Dazu sei noch einmal das Prinzipschaltbild einer Newmanmaschine dargestellt:

Bild 48 : Ersatzschaltbild einer Newmanmaschine

Die Newman-Maschine kann man grundsätzlich als eine Art Gleichstrommotor

ansehen:

Bei ihr wird durch die Batterien auf der linken Seite eine elektrische Leistung in das

Motor-System eingespeist : Pin .

Newman hat allerdings nicht behauptet, daß seine Maschinen reine

Gleichstrommaschinen sind und auf diese Funktion optimiert seien, sondern seine

Maschinen müßte man als "Energiemaschinen" ansehen, die mehr Energie aus dem

Gesamtsystem abgeben würden, als man vorne als elektrischen Input Pin einspeisen

würde.

Deshalb muß man also zur Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades auch alle in der

Maschine entstehenden Energiekomponenten mit in die Bilanz einbeziehen und

untersuchen und nicht nur den mechanischen Leistungsoutput betrachten, der im Prinzip im Augenblick der einzige "technisch brauchbare" Output der Newman-Maschine ist.

(Solange man nicht die Spulenerwärmung zu Heizzwecken verwenden und die

HF-Ströme gleichrichten und in brauchbare elektrische Ausgangsleistung umformen

kann)

Nach dem normalen Energieerhaltungssatz müßte sich also die eingespeiste

Batterieleistung Pin in folgende Komponenten aufteilen :

1. Funkenverluste (Wärme - und HF-Abstrahlung an den Kommutatorkontakten),

2. Ohmsche Wärmeverluste in dem Spulenwiderstand ( I2*R ) ,

3. Lichtleistung infolge Zündung der Leuchtstofflampen durch die Induktionsspannung der Spule und

4. Mechanische Antriebsleistung des Magnetrotors (Überwindung der

Reibungskomponenten bei bestimmten Rotationsgeschwindigkeiten).

Um jetzt den Gesamtwirkungsgrad ygesamt des Newman-Systems zu bestimmen,

muß man also die Leistungsbeträge der Punkte 1 bis 4 addieren und ins Verhältnis

zur Batterie-Eingangsleistung Pin setzen.

Die Leistungsbestimmung der Punkte 1 bis 4 könnte am besten erzielt werden, wenn

man die ganze Newman-Maschine beim Betrieb eine bestimmte Zeit in ein

entsprechend großes Calorimeter stellen würde.

Dann könnte man über den Umweg der Lufterwärmung sehr genau die abgegebenen

Leistungen innerhalb der Maschine messen, denn die Spulenerwärmung und die

mechanischen Reibungsverluste des Magnetrotors und die Funkenwärme würden so

die Luft innerhalb des Calorimeters aufheizen.

Würde man das Calorimeter dann auch zusätzlich als Faraday'schen Käfig aufbauen, so

müßte es möglich sein, auch noch die anfallende Hf-Strahlung in Wärme umzusetzen.

Da mir aber kein Calorimeter dieser Art zur Verfügung stand, mußte ich mir andere

geeignete Meßverfahren überlegen.

Da ich auch kein HF-Watt-Meter bekommen konnte und die Lichtleistung von

unregelmäßig aufblitzenden Leuchtstofflampen auch sehr kompliziert zu bestimmen

ist, konnte die Leistungsermittelung der Punkte 1 und 3 nicht durchgeführt werden.

Da diese Leistungen bei der Newman-Maschine aber vorhanden sind und bei den

größeren Newmanmaschinen auch sehr stark ins Gewicht fallen, liegen meine

Messungen also unter dem tatsächlichen Leistungsoutput der Maschine.

Ich habe mich also bei den Messungen für die Ausgangsleistungsbestimmung auf die

Punkte 2 und 4 ( Ermittelung der entstehenden Spulenwärme und die mechanischen

Reibungsverluste des sich drehenden Magnetrotors) beschränken müssen.

a.) Bestimmung der eingespeisten elektrischen Eingangsleistung Pin:

Da der Kommutator beim Betrieb der Newmanmaschine schnell schaltet, fließt ein

gepulster Gleichstrom in den Newmanmotor hinein.

Daher muß man den arithmetischen Mittelwert des Stroms Iin bei konstanter

Batteriespannung für die Batterie-Eingangsleistung-Bestimmung Pin ermitteln, was

sich auch in der Formel :

T

Pin= 1_ IUb* Iin(t)*dt niederschlägt.

T 0

Also versuchte ich, die Eingangsleistung Pin, die in die Newmanmaschine

hineingeht, möglichst genau zu bestimmen.

Im Prinzip würde man zur genauen Eingangsleistungs-Messung ein digitales

Sampling-Volt-Amperemeter (Wattmeter) verwenden.

Damit muß man aber bei der Newmanmaschine extrem vorsichtig sein, da durch

das Schalten des Kommutators un die große Induktivität der Spule, sehr hohe

Induktionsspannungen (im KV-Bereich, HF-Bursts ) auf den Batterieleitungen

auftreten, so daß man sich sehr schnell die Eingänge "zerschießt", falls sie nicht

genügend spannungsfest sind und man dann Probleme mit der Reparatur dieses

sehr teuren Meßgerätes bekommt.

Also habe ich darauf verzichtet und stattdessen "integrierende" Drehspul-

Zeigerinstrumente verwendet.

Bei der Meßreihe am 10.5.88 versuchte ich, den pulsierenden Eingangsgleichstrom

durch den arithmetischen Mittelwert eines Drehspulmilliamperemeters zu bestimmen

und mit der konstanten Batteriespannung zu multiplizieren, um die Eingangsleistung

Pin zu bestimmen.

Bei der Endmessung am 18.10.88 hatte ich durch Tiefpaßfilterung einen fast reinen Gleichstrom und eine Gleichspannung an meinen Meßgeräten zur Verfügung.

Daher konnte ich dann das obenstehende Integral der Eingangsleistung durch eine

einfache Multiplikation von Eingangsspannung und Eingangsstrom ersetzen.

b.) Bestimmung der ohmschen Verlustleistung innerhalb des Spulenwiderstandes

Um Punkt 2 (Ohmsche Wärmeleistung im Spulenwiderstand) zu bestimmen, muß man

den Effektivwert des Stroms in der Spule messen, diesen quadrieren und mit dem

ohmschen Spulenwiderstand (in meinem Fall 16,9 kOhm) multiplizieren. Dann hat

man :

POhmVerlust= I2eff * R bestimmt.

Der Effektivwert des Stroms ist der quadratische Mittelwert des periodisch

fließenden Stroms. Er wird dur_c_h__di_e__fo_l_g_ende Gleichung beschrieben :

Ieff= É T1- 0iTi2(t)dt

Den Effektivwert des Stroms in der Spule habe ich mit einem thermoelektrischen

Milliamperemeter des Types Marek 25.210 gemessen, daß durch seinen eingebauten

Thermoumformer mit der Genauigkeitsklasse 2 bei allen Gleich- und Wechsel-

strom-Kurvenformen bis 10 KHz durch einen Thermowandler den Effektivwert

ermittelt.

c.) Bestimmung der mechanischen Rotationsverlustleistung

Es sollte durch folgendes Meßverfahren die mechanische Verlustleistung (Punkt 4):

PmechVerlust=MReibung* wDrehzahl bestimmt werden.

Durch die Reibung der Kommutatorkontakte und der Kugellager, die die Magnetrotorwelle tragen, muß bei bestimmten Drehzahlen des Magneten ein

entsprechendes Drehmoment MReibung erbracht werden, um genau diese

Reibungsverluste zu überwinden und den Rotor auf einer konstanten

Winkelgeschwindigkeit w zu halten.

Es wurde daher versucht, von außen durch einen 12 bzw. 24 Volt Gleichstrommotor

(Autoscheibenwischer-Motor ) die Welle mit dem Magneten und dem Kommutator

auf die gleiche Rotationsgeschwindigkeit zu bringen, wie sie auch alleine durch den

Betrieb der Newmanspule erreicht wird.

Durch Differenzbildung der elektrischen Eingangsleistung in den 12 bzw. 24 Volt

Motor bei gleicher Drehzahl, einmal im Leerlauf und einmal im an die Newmanwelle

angekoppelten Zustand , kann man so die mechanische Verlustleistung des Rotors

durch eine rein elektrisch meßbare Leistung ermitteln.