Ηλεκτροστατική μηχανή Wimshurst (Βίμσχουρστ)

Η ηλεκτροστατική μηχανή Whimshurst αποτελείται από δύο παράλληλους δίσκους που φέρουν στην περιφέρεια τους ακτινωτά μεταλλικά ελάσματα.
Οι δύο δίσκοι στρέφονται αντίθετα.
Μπροστά από κάθε δίσκο (τον εσωτερικό όπως βλέπουμε τη μηχανή, και τον εξωτερικό πίσω από τη συσκευή) υπάρχει μεταλλικό στέλεχος που φέρει στα άκρα του δύο βουρτσάκια (ψήκτρες). Οι ψήκτρες πρέπει να εφάπτονται στα ακτινωτά μεταλλικά ελάσματα των δίσκων όταν περιστρέφονται οι δίσκοι.
Τα δυο αυτά στελέχη με τα βουρτσάκια είναι κάθετα μεταξύ τους και σχηματίζουν με την οριζόντια διάμετρο των δίσκων γωνία περίπου 45 μοιρών.
Οι δίσκοι στα άκρα της οριζόντιας διαμέτρου τους, περιβάλλονται από δυο ακιδοφόρα μεταλλικά πεταλοειδή στελέχη που σκοπό έχουν την συγκέντρωση του θετικού και αρνητικού φορτίου (ο ένας το θετικό και ο άλλος το αρνητικό), επαγωγικά. Μερικές φορές αντί για ακίδες υπάρχουν ξανά ψήκτρες, που δεν πρέπει να εφάπτονται στα ακτινωτά ελάσματα των περιστρεφόμενων δίσκων.

Συντήρηση της μηχανής

1) Διατηρούμε τη μηχανή σε χώρο ξηρό.
2) Πριν από κάθε χρησιμοποίηση ξεσκονίζουμε τη μηχανή με ένα πινέλο προσέχοντας να μην αγγίζουμε με τα δάχτυλα τις ψήκτρες.
3) Στρέφουμε το χειροστρόφαλο έχοντας τις σφαίρες σε επαφή και σιγά-σιγά τις απομακρύνουμε. Εάν δεν παράγεται ηλεκτρικός σπινθήρας αυτό μπορεί να οφείλεται στην υγρασία που η μηχανή φέρει. Στην περίπτωση αυτή πλησιάζουμε τη μηχανή κοντά σε μια θερμή πηγή, π.χ. σόμπα, τόσο ώστε να στεγνώσει χωρίς όμως να υπερθερμανθεί.
4) Αν η μηχανή εξακολουθεί να μην διεγείρεται, τότε φορτίζουμε τη μια ψήκτρα αυτής με ράβδο εβονίτη ή γυαλιού που την φορτίσαμε με τριβή σε μάλλινο ύφασμα ή νάυλον σακούλα.

Είναι αυτοδιεγειρόμενη συσκευή παραγωγής ηλεκτρικών φορτίων διαφοράς δυναμικού έως 150 KV με μικρή όμως δυνατότητα παροχής ρεύματος (ένταση ρεύματος της τάξης μερικών mA)
Δύο πλαστικοί δίσκοι, διαμέτρου 25 - 30 cm μπορούν να περιστρέφονται χειροκίνητα, με αντίθετη μεταξύ τους φορά, μέσω συστήματος ιμάντων. Ακτινωτά πάνω στους δίσκους είναι στερεά προσαρμοσμένα λεπτά ελάσματα αλουμινίου.
Η περιστροφή των δίσκων προκαλεί παραγωγή ηλεκτρικών φορτίων, μέσω της τριβής των ελασμάτων πάνω σε πολύκλωνες ψήκτρες που βρίσκονται εκατέρωθεν των δίσκων. Τα φορτία οδηγούνται σε δύο πυκνωτές και σε δύο ακροδέκτες παροχής υψηλής τάσης. Κατάλληλο σύστημα μονωτών αποτρέπει τη διαρροή των φορτίων. Όταν η διαφορά δυναμικού υπερβεί το φράγμα των 20 kv/cm περίπου εμφανίζεται ανάμεσα στις σφαιρικές απολήξεις των πόλων στιγμιαία ηλεκτρική εκκένωση, μήκους μερικών εκατοστών.
Τα φορτία λαμβάνονται από τους πόλους μέσω αγωγών, αφού απομακρυνθούν μεταξύ τους οι απολήξεις. Όταν οι πυκνωτές δεν είναι συνδεδεμένοι μέσω υπάρχοντος ειδικού αγωγού, τότε προκαλούνται συχνότερες, αλλά ασθενέστερες εκκενώσεις.
Για την αποδοτικότερη λειτουργία της συσκευής, απαιτείται οι κλώνοι των ακίδων να είναι σε καλή κατάσταση και να βρίσκονται σε ελάχιστη επαφή με τα ελάσματα, ενώ οι ειδικοί συλλέκτες που συγκρατούν τις ακίδες, να είναι κάθετοι μεταξύ τους.
Η συνηθέστερη αιτία μη παραγωγής φορτίων, είναι η ύπαρξη υγρασίας στην ατμόσφαιρα. Η συσκευή είναι προσαρμοσμένη σε βάση από συμπαγές ξύλο και συνοδεύεται από εφεδρικούς ιμάντες και διαφανές πλαστικό κάλυμμα για την προστασία από σκόνη ή υγρασία.
Ενα βίντεο που εξηγεί την παραγωγή των φορτίων



Επισκευή της ηλεκτροστατικής μηχανής Βίμσχουρστ
(από φυλλάδιο του ΕΚΦΕ Τρικάλων- Ευάγγελος Τζαφογιάννης, Αριστείδης Ανδρέας – Τρίκαλα 2005)
Γενικός Έλεγχος
Ελέγχουμε τα παρακάτω:
1) Αν οι ψήκτρες των μεταλλικών ράβδων εφάπτονται στα ελάσματα που είναι κολλημένα περιφερειακά σε κάθε δίσκο.
2) Αν η γωνία που σχηματίζει η ράβδος (που βρίσκεται προς το μέρος της χειρολαβής περιστροφής) με την κατακόρυφη είναι περίπου 45 μοίρες, και αν οι δύο ράβδοι που φέρουν τις ψήκτρες είναι κάθετες μεταξύ τους.
3) Αν το μεταλλικό στέλεχος που βρίσκεται μέσα στα κυλινδρικά δοχεία (πυκνωτές) ακουμπά στον πυθμένα του δοχείου και αν βρίσκεται σε επαφή με τον πεταλοειδή αγωγό.
4) Αν οι πεταλοειδείς αγωγοί, στην οριζόντια διάμετρο των δίσκων, περιβάλλουν τους δύο δίσκους. Αν φέρουν ψήκτρες, αυτές οι ψήκτρες των πεταλοειδών αγωγών να μην εφάπτονται στα ελάσματα (ώστε να φορτίζονται από επαγωγή)

Μετά τον έλεγχο ρυθμίζουμε την απόσταση των ακροδεκτών στα 1 – 1,5 cm και θέτουμε σε περιστροφή τους δίσκους. Αν δεν έχουμε στιγμιαία ηλεκτρική εκκένωση, τότε καθαρίζουμε με σφουγγαράκι συρμάτινο (σφουγγαράκι κουζίνας) τις ψήκτρες και τα ελάσματα των δίσκων.
Αν ξανά δεν έχουμε ηλεκτρικό σπινθήρα, τότε πρέπει να αποσυναρμολογήσουμε τη συσκευή και να εξετάσουμε κάθε μέρος χωριστά.

ΛΥΣΙΜΟ της ΜΗΧΑΝΗΣ
1) Πριν να λύσετε τη μηχανή προσπαθήστε να κάνετε ένα σχεδιάγραμμα της, για να ξέρετε αργότερα που θα συνδέσετε τα διάφορα μέρη της (συνήθως στις διάφορες επισκευές μας περισσεύουν εξαρτήματα). Αν δεν μπορείτε να φτιάξετε ένα σκίτσο, φωτογραφήστε την από διαφορετικές μεριές.
2) Λύσιμο της μηχανής
Βγάζουμε τους ιμάντες από τις τροχαλίες. Ξεβιδώνουμε τα παξιμάδια που συγκρατούν τον άξονα περιστροφής των δίσκων στη μεταλλική βάση και αφαιρούμε τους δίσκους. Ξεβιδώνουμε τις βίδες που υπάρχουν στις τροχαλίες για να μπορέσουμε να αφαιρέσουμε και τον άξονα των τροχαλιών.

3. Αφού λύσουμε τη μηχανή καθαρίζουμε τα διάφορα τμήματα
3α) Πλένουμε τους δίσκους με νερό και απορρυπαντικό, για να αφαιρέσουμε τη σκόνη που έχει μαζευτεί.
3β) Καθαρίζουμε τις ψήκτρες και όπου υπάρχουν επαφές μετάλλων (από τα οξείδια) τρίβοντας με συρματάκι.
3γ) Καθαρίζουμε τους άξονες και τα κινητά μέρη από τα γράσα και τα λάδια.
3δ) Καθαρίζουμε τους πυκνωτές για να είμαστε σίγουροι ότι πυκνωτές θα λειτουργούν κανονικά, καλύπτουμε τα μέρη που είναι από αλουμίνιο με λεπτό φύλλο αλουμινίου.

4. Αντικατάσταση διαφόρων μερών της μηχανής
4α) Ιμάντες: Ένα μέρος της μηχανής που συνήθως καταστρέφεται και θέλει αλλαγή είναι οι ιμάντες. Μπορούμε να βρούμε στην αγορά τους ιμάντες που ζητάμε (σε καταστήματα οικοδομικών, πλαστικοί ιμάντες που χρησιμοποιούνται σε αρμούς, συγκολλήσεις). Μπορούμε να αγοράσουμε ιμάντα με το μέτρο και αφού τον προσαρμόσουμε να κολλήσουμε τις άκρες του. Η συγκόλληση γίνεται με θέρμανση με κολλητήρι ή αναπτήρα, συμπιέζοντας τις μαλακές άκρες. Ακόμα υπάρχουν δερμάτινοι ιμάντες που συνδέονται με μεταλλικό συνδετήρα, ένας επιδιορθωτής υποδημάτων (τσαγκάρης) μπορεί να μας βοηθήσει.
Προσοχή: Ο ιμάντας που βρίσκεται προς το μέρος της χειρολαβής περιστροφής τοποθετείται κανονικά, ενώ τον άλλο ιμάντα τον στρίβουμε ώστε να σχηματίσει ένα οκτώ. Οι θέσεις αυτές πρέπει να διατηρούνται.

4β) Μεταλλικά ελάσματα που βρίσκονται περιφερειακά στους δίσκους
Με οδηγό ένα από τα ελάσματα που έχουμε, κόβουμε από αλουμίνιο πάχους 0,1 mm.
Αλουμίνιο με αυτό το πάχος μπορούμε να έχουμε από τα κουτιά των αναψυκτικών, αφού πρώτα τα καθαρίσουμε από τα χρώματα και τις βαφές. Τα ελάσματα αυτά τα κολλάμε στις θέσεις που λείπουν με σιλικόνη ή άλλη κόλλα ειδική για μέταλλα και πλαστικά.
Αν χρησιμοποιήσουμε ελάσματα από χαλκό, πρέπει οι ψήκτρες να είναι από άλλο μέταλλο.

4γ) Δοχεία πυκνωτών (Φιάλες Λαιντεν)
Ελέγχουμε αν τα εσωτερικά και εξωτερικά φύλλα αλουμινίου έχουν υποστεί φθορές (διατρήσεις από σπινθήρες). Αν ναι, μπορούμε να τα αντικαταστήσουμε με χοντρό αλουμινόχαρτο.
Αν τα γυάλινα δοχεία ή τα πλαστικά έχουν σπάσει μπορούμε να τα αντικαταστήσουμε με άλλα γυάλινα ποτήρια ή πλαστικά δοχεία (που φτιάχνουν τον φραπέ).
Ακόμη μπορούμε να αλλάξουμε τα καλώδια που συνδέουν τους πυκνωτές.
Ενδέχεται παρ’ όλες τις προσπάθειες και ενώ η ατμόσφαιρα είναι ξηρή, η μηχανή να μην παράγει σπινθήρα. Τότε ελέγχουμε μήπως γίνεται εκφόρτιση σε άλλα σημεία εκτός από τους ακροδέκτες – συνήθως γίνεται στους πυκνωτές- . Μπορούμε να δούμε τους σπινθήρες (το βράδυ σίγουρα) ή να ακούσουμε το θόρυβο που κάνουν. Για να αποφύγουμε την εκφόρτιση στα σημεία αυτά, τα απομακρύνουμε μεταξύ τους.
Η υγρασία τους χειμερινούς μήνες αντιμετωπίζεται με ένα πιστόλι θερμού αέρα (π.χ. σεσουάρ μαλλιών)
Μην ξεχνάτε ότι εχθρός της μηχανής Βίμσχουρστ είναι η σκόνη, γι αυτό προστατέψτε την, καλύπτοντας την με πλαστική σακούλα ρούχων. (Φυλλάδιο του ΕΚΦΕ Τρικάλων – Ευάγγελος Τζαφογιάννης, Αριστείδης Ανδρέας, Τρίκαλα 2005)