DE105846C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

FRANK HOLDEN in LONDON und ALEXANDER'S. GARFIELD in PARIS.

Oscillirender Wattzähler.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 5. November 1898 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Wattstundenzähler zum Registriren der elektrischen Arbeit eines elektrischen Stromkreises. Durch die . vorliegende Erfindung wird bezweckt, einen durchaus verlä'fslichen, genauen und preiswerthen Strommesser oder Elektrizitätszähler dieser Art zu schaffen.

Man hat schon früher vorgeschlagen, Mefs- oder Zä'hlinstrumente zu construiren, welche eine periodische relative Bewegung der beiden Spulen der Wattmefsvorrichtung haben, jedoch das Hauptbestreben ging immer dahin, eine Bewegung der Spulen zu erhalten, welche proportional den Watt ist. Obwohl solch eine Anordnung genaue Angaben für grofse Stromstärken geben mag, werden solche für kleinere Stromstärken nur möglich sein durch die gröfste Genauigkeit in der Construction des Mefsinstrumentes, so dafs das Instrument entweder bezüglich seiner Genauigkeit zu wünschen übrig lä'fst, oder für die praktische Verwendung zu theuer wird.

Der vorliegende Wattstundenzähler ist nun so construirt, dafs eine bewegliche Nebenschlufsspule innerhalb einer vom Haupt- oder Nutzstrom durchflossenen Spule eine begrenzte Schwingung ausführen kann. Der Stromkreis oder Spannungskreis dieser Nebenschlufsspule, welche von einstellbaren, den Strom zuführenden Federn in ihre eine Endlage gezogen wird, wird durch ein Uhrwerk in bestimmten Zeiträumen geschlossen; dieser Nebenschlufsspule ertheilt nun der die Hauptspulen durchfliefsende Nutzstrom ein Drehungsmoment, welches den das Instrument momentan durchfliefsenden Watt proportional ist und diese Bewegung unter .Vermittelung eines einseitig sperrenden Schaltwerkes auf eine unter Bremswirkung stehende Scheibe überträgt, welche ihrerseits ein Zählwerk weiterdreht.

Ein wichtiges Merkmal des vorliegenden Mefsinstrumentes besteht darin, dafs die bewegliche Spule einen gleichbleibenden Ausschlag erhält bei allen Stromstärken innerhalb des Mefsbereiches des Instrumentes, so dafs selbst bei den kleinsten Stromstärken fast genau dieselbe Genauigkeit erhalten wird wie bei den gröfsten Stromstärken, ohne dafs eine verwickelte oder schwierige Construction des In- · strumentes nothwendig ist. Das Mefsinstrument ist so angeordnet, dafs die Angaben der zu messenden Stromstärken in bestimmten festgesetzten Zwischenräumen genommen werden, wie solche wünschenswerth erscheinen, z. B. nach Ablauf einer oder zweier Minuten, und dafs diese auf einander folgenden Angaben von einem Zählwerk summirt werden.

Das Mefsinstrument wird, wie nachstehend beschrieben,· von einem Uhrwerk betrieben, welches sich auf elektrischem Wege selbst aufzieht, oder welches auch ein gewöhnliches Uhrwerk sein kann, das jedoch ein Aufziehen nur in längeren Zwischenräumen erfordert.

{2. Auflage, ausgegeben am 'Jrj. Mär\ iqoo.J

Auch können mehrere solcher Mefsinstrumente von einem Uhrwerk betrieben werden. Das Uhrwerk kann in dem Strommessergehäuse eingeschlossen sein oder einen besonderen Theil desselben bilden.

Zum besseren Verständnifs der vorliegenden Erfindung und um die praktische Ausführung derselben zu ermöglichen, soll nunmehr die Erfindung an der Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben werden..

Fig. ι ist eine theilweise im Schnitt gezeichnete Vorderansicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht und

Fig. 3 eine theilweise im Schnitt gezeichnete obere Ansicht des Wattstundenzählers.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, welche die Schaltungsweise erläutert.

Der aus nichtmagnetischem Material gefertigte Hauptrahmen A besitzt Arme α, α¹ und α'², zwischen welchen senkrechte Spindeln B B¹ derart angeordnet sind, dafs sie mit möglichst wenig Reibung laufen. Diese Spindeln liegen mit einander in einer geraden Linie und werden von mit Achat oder dergl. ausgefütterten Schraubenlagern getragen bezw. gehalten. Von den Seiten des Rahmens A gehen zwei Ansätze A¹A'² ab, welche zwei Spulen C C tragen. Diese Spulen liegen einander gegenüber und sind so angeordnet, dafs der zu messende bezw. zu registrirende Strom durch sie hindurchgeht. Die Spulen sind von dem Rahmen isolirt und astatisch mit einander verbunden. Auf der Spindel B sitzt eine Nebenschlufsspule D, welche aus zwei astatisch mit einander verbundenen Theilen zusammengesetzt ist. Die äufseren Enden dieser Spule D ragen in die mittleren Oeffnungen der Spulen C C, welche auf diese Weise ein magnetisches Feld für die Spule D bilden, und die letztere mit ihrer Spindel B zwingen, eine gewisse Schwingung in den Oeffnungen der Spulen C C zu machen. Die Nebenschlufsspule D ist aus Neusilber oder aus einem anderen Metalle von hohem Widerstände gefertigt und erhält vortheilhaft die in der Zeichnung gezeigte Form.

Auf dem oberen Ende bezw. nahe dem oberen Ende der Spindel B sitzt ein Ebonitblock E, welcher die beiden Klemmen b b¹ der Nebenschlufsspule D trägt. An jede dieser beiden Klemmen ist ein dünner Metallstreifen b³ bezw. b* befestigt, welcher eine Dicke von ungefähr 0,0254 mm hat und um einen Theil des Ebonitblockes E herumgewunden ist, wie dies am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Jeder Streifen" b^z und b* ist an das eine Ende einer Drahtfeder F angeschlossen. Letztere sind ihrerseits an einstellbaren Metallfedern G befestigt. Diese Federn G bilden die Klemmen des Nebenschlufsstromkreises und sind an einem Ebonitblock H befestigt, welcher von dem Arm α des Hauptrahmens getragen wird. Die Federn G sind ferner mit Einstellschrauben g versehen, mit welchen die Kraft, welche bestrebt ist, die Spule D zu treiben, geändert und auf das richtige Mafs eingestellt werden kann. In Verbindung mit den Federn G können, wenn nothwendig, Hülfswiderstände angewendet werden, jedoch werden solche unter gewöhnlichen Umständen nicht erforderlich sein, d. h. z. B. in Stromkreisen für Beleuchtungszwecke von ungefähr 230 Volt, vorausgesetzt, dafs die Spule D aus Neusilber, wie oben erwähnt, oder aus einem anderen Metall von hohem Widerstand besteht.

Auf der Spindel JB sitzt in der Nähe ihres unteren Endes ein Arm b⁵, welcher an seinem freien Ende eine leicht drehbare Klinke J trägt, welche in Zähne oder Vertiefungen j einer horizontalen Scheibe J eingreift. Letztere sitzt fest auf der Welle B¹. Die Anordnung ist eine solche, dafs die Winkelbewegung der Spule D nur in einer Richtung auf die genannte Scheibe J übertragen wird, ohne dafs diese durch die Zurückbewegung der Spule beeinflufst wird. Eine zweite leichte Klinke J¹ ist drehbar an dem Arme a^l des Hauptrahmens derart befestigt, dafs sie die Scheibe J gegen Rückwärtsdrehen sperrt. Diese aus nichtmagnetischem Material hergestellte Scheibe hat bei verhältnifsmäfsig leichtem Gewicht ein grofses Trägheitsmoment. Die Bewegung bezw. der Ausschlag der Spule D wird durch Anschläge d begrenzt, welche gegen die Seiten der Oeffnung in den Spulen C C schlagen; es kann aber auch jede andere beliebige Anschlagsvorrichtung in Anwendung gebracht werden.

Unterhalb der Scheibe J sitzt fest auf der Spindel B¹ eine Scheibe K, welche aus Eisen, Stahl oder einem anderen magnetischen Material angefertigt ist und sich zwischen den Polen eines kleinen hufeisenförmigen permanenten Stahlmagneten L dreht. Die Pole dieses Magneten sind so angeordnet, dafs, obgleich jeder eine grofse Oberfläche in nächster Nähe der magnetischen Scheibe darbietet, sie doch nicht einander gegenüberliegen, sondern schräg einander gegenüberstehen, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Durch dieses Mittel wird für einen permanenten Magneten von bestimmter Stärke der Magnetismus in der Eisenscheibe ein Maximum und in dem Luftraum ein Minimum. Der Magnet L ist auf einem Träger Z befestigt, welcher eine Einstellung der Pole mit Bezug auf die Mitte der Scheibe K ermöglicht. Durch diese Anordnung wird, wenn einmal richtig eingestellt, eine constante Kraft . erzeugt, welche jeder Bewegung der Scheibe K entgegenwirkt.

Ein auf der Spindel B' vorgesehenes Schneckenrad M dient zum Antreiben eines geeigneten Zähl- oder Registrirwerkes, welches

auf der Zeichnung nicht besonders dargestellt ist, da dasselbe von beliebiger zweckmäfsiger Construction sein kann.

Das oben erwähnte Uhrwerk dient zur Verbindung des Nebenschlufsstromkreises mit dem Hauptstromkreise, dessen . elektrische Energie registrirt werden soll; es schliefst dabei den Stromkreis für eine genügend lange Zeit (2 oder 3 Secunden), um der Spule zu ermöglichen, sich durch ihren ganzen Ausschlagbereich bewegen zu können. Dies bedingt jedoch keine Construction, welche nicht schon für diese Zwecke bekannt ist.

In der schematischen Darstellung Fig. 4 stellen O O¹ die die Lampen O² speisenden Drähte der Hauptleitung dar, die Spulen C C sind durch Drähte cc¹ mit dem Draht O der Hauptleitung und unter einander durch einen Draht c² verbunden. Die zwischen den Spulen C C angeordnete Spule D ist durch einen Draht d¹ mit dem Draht c und durch einen Draht d² mit dem Uhrwerk JV verbunden. Das Uhrwerk ist mit einem Stromschlufsstück η versehen, welches durch das Uhrwerk gegen ein Coritactstück d³ bewegt wird, das seinerseits durch eine Leitung d* an den anderen Draht O¹ der Hauptleitung angeschlossen ist.

Ist der Stromkreis geöffnet, so zwingt die Wirkung der Federn FF die Spule D, sich zu drehen, bis der eine ihrer Anschläge d gegen die Innenwandung einer' der Spulen C C stöfst. Wirkt jedoch beim Schliefsen des Nebenschlufsstromkreises ein Strom auf das Mefsinstrument ein, d. h. geht ein Strom durch die Spulen C C, so bewirkt die gegenseitige Wirkung der Ströme ein Drehmoment in der Spindel B, welches proportional den das Instrument momentan durchfliefsenden Watt ist. Die Bewegung der Spindel B wird durch die Klinke / auf die Scheibe / übertragen und zwingt dieselbe, sich mit derselben Geschwindigkeit zu drehen, bis der Ausschlag der Spule D durch einen der oben erwähnten Anschläge d begrenzt wird. Kurz darauf unterbricht das Uhrwerk den Nebenschlufsstromkreis und gestattet der Spule D, in ihre Anfangsstellung zurückzuschwingen, während die Scheibe I infolge ihrer Trägheit ihre Drehbewegung fortsetzt, bis sie durch die Wirkung der Bremsoder Dämpfungsvorrichtung KX zur Ruhe gebracht wird.

Durch richtige Einstellung der Spannung der Federn FF kann der Ablenkungswinkel der Scheibe J proportional den Watt gemacht werden, welche z. Z. der Beobachtung geleistet werden. Die erforderliche Spannung für die Federn wird durch Versuche beim Einstellen des Mefsinstrumentes gefunden.

Es mag erwähnt werden, dafs sich vorliegende Erfindung nicht auf die besondere Form der oben beschriebenen Federconstruction beschränkt, da auch andere Anordnungen angewendet werden können. Z. B. kann die beschriebene Federconstruction durch zwei Spiralfedern, wie solche für gewöhnlich in elektrischen Instrumenten zur Anwendung kommen, ersetzt werden.

Die Constante des Mefsinstrumentes kann dadurch vermehrt werden, dafs man den Widerstand des Nebenschlufsstromkreises vergröfsert, dafs man den Ablenkungswinkel der Spule D verringert, oder dafs man den Magneten L stärker wählt oder seine Pole mehr dem Rande der Scheibe K nähert. Bei grofsen Stromstärken hat die Spannung der Federn F nur wenig Einwirkung auf die Ablesungen, so dafs eine genaue Einstellung erlangt wird, indem man zuerst die grofse Stromstärke durch das eine oder andere der oben angegebenen Mittel richtig anzeigen läfst bezw. zur richtigen Anzeige bringt dadurch, dafs man den Magnet verschiebt, und dafs man dann die genannten Federn FF durch Drehen der Schrauben g einstellt, bis die Ablesung für kleinere Stromstärken ebenfalls richtig ist. Hierauf wird eine weitere Einstellung des Magneten bei grofser Stromstärke gemacht, um die Abweichungen in der Spannung der Federn auszugleichen, und schliefslich macht eine letzte Einstellung bei kleinen Stromstärken das Mefsinstrument derart fertig, dafs es alle Stromstärken, welche innerhalb des Mefsbereiches liegen, für die Praxis genau und richtig genug anzeigt.

Da die auf Dämpfung wirkende Kraft, welche durch den Verlust durch Hysteresis in der Scheibe K verursacht wird, constant ist und nicht mit der Geschwindigkeit derselben sich ändert, wie dies der Fall ist bei magnetischen Dämpfungsvorrichtungen, welche mit den bisher üblichen Kupferscheiben ausgerüstet sind, so giebt das Mefsinstrument sehr genaue Ablesungen selbst bis zu den kleinsten Stromstärken herab, welche es überhaupt anzuzeigen bezw. zu registriren vermag, da die verschiedenen Reibungskräfte immer verhältnifsmäfsig sehr klein bleiben.

Da die Temperatur-Coefficienten für Neusilber und für den Verlust durch Hysterisis in dem Eisen nur gering sind, so hat das Mefsinstrument auch nur einen geringen Temperatur-Coefßcienten. Da ferner die Nebenschlufsverbindung höchstens nur für 3 Secunden stattfindet und dann für den übrigen Theil einer Minute geöffnet bleibt, so kann der Widerstand des Nebenschlufsstromkreises nur 300 Ohm betragen mit einem Durchschnittsverlust von einem Watt in dem Nebenschlufsstromkreis bei i'o.o Volt Spannung in dem Hauptstromkreis. Ein solcher Verlust kann jedoch noch verringert werden, indem man Beobachtungen in längeren Zwischenräumen nimmt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Oscillirender Wattzähler, bei welchem eine bewegliche Nebenschlufsspule innerhalb einer vom Hauptstrom durchflossenen Spule eine begrenzte Schwingung ausführen kann, dadurch gekennzeichnet, dafs der Stromkreis dieser Nebenschlufsspule, welche in bekannter Weise von nachstellbaren, den Strom zuführenden Torsionsfedern in ihre eine Endlage gezogen wird, durch ein Uhrwerk in gewissen Zeiträumen für einige Secunden geschlossen wird, wodurch die Spule ihre Bewegung 'mit einer den das Instrument momentan durchfliefsenden Watt proportionalen Geschwindigkeit ausführt und diese Bewegung unter Vermittelung eines einseitig sperrenden Schaltwerkes auf eine unter Bremswirkung stehende Scheibe überträgt, welche ihrerseits das Zählwerk entsprechend weiterdreht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.