DE176845C

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Publication number: DE176845C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 e. GRUPPE

OTTO TITUS BLATHY in BUDAPEST.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. März 1906 ab.

In den elektrischen Zählern nach Ferrarisschern Prinzip werden bekanntlich vom .Hauptstrom und von der Spannung gespeiste Elektromagnete angeordnet, deren auf die Zählerscheibe wirksame Feldstärke im allgemeinen sich proportional mit dem erregenden Strome bezw. mit der erregenden Spannung ändert. Für verschiedene Zwecke ist es jedoch wünschenswert, ein anderes, und zwar ein für

ίο den jeweiligen Zweck genau bestimmtes Verhältnis, zwischen den Änderungen des erregenden Stromes bezw. der erregenden Spannung und den entsprechenden wirksamen Feldstärken zu schaffen. Bisher wurden zu diesem Zwecke verschiedene Mittel vorgeschlagen, durch welche für gewisse Zwecke geeignete, von der proportionalen Änderung abweichende Verhältnisse erreicht werden konnten, doch ermöglichten es diese Mittel nicht, die Ver-

ao hältnisse zwischen der Änderung des den Zähler durchfließenden Stromes bezw. der Spannung und den wirksamen Feldstärken allen Anforderungen entsprechend zu gestalten.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung. soll jedoch eben dies bezweckt werden. Dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß in dem magnetischen Kreislauf des zu beeinflussenden Feldes oder in einem magnetischen Neberischluß dieses Feldes, oder aber in dem magnetischen Kreislaufe einer mit dem betreffenden Elektromagneten in Reihe geschalteten Selbstinduktionsspule ein bewegliches magnetisches Schlußstück (aus einem beliebigen paramagnetischen Stoffe) angeordnet ist, welches unter der Einwirkung der Änderungen der Stromstärke oder der Spannung (bezw. der Wechselzahl) seine Stellung zu ändern vermag und hierdurch den magnetischen Widerstand des betreffenden magnetischen Kreislaufes bezw. des magnetischen Nebenschlusses ändert.

Die Anordnung kann entweder derart getroffen werden, daß der zu beeinflussende magnetische Kreislauf selbst auf das bewegliehe Sc.hlußstück wirkt, oder aber derart, daß das bewegliche Schlußstück unter die Wirkung eines anderen Feldes gestellt wird. Und zwar wird diese letztere Anordnung dann zu wählen sein, wenn z. B. für gewisse Zwecke die Stellung des beweglichen Teiles des Eisenkernes nicht von den Änderungen des den betreffenden, magnetischen Kreis erregenden Stromes bezw. der Spannung, sondern von einer anderen Größe beeinflußt werden soll, z. B. wenn die Stellung des beweglichen Teiles beim Hauptstrommagneten nicht von den Änderungen der Stromstärke, sondern von den Änderungen der Spannung oder der Wechselzahl bedingt werden soll.

Hier soll bemerkt werden, daß eine Änderung der Wechselzahl die gleiche Wirkung jedoch in entgegengesetztem Sinne wie eine Änderung der Spannung ausübt, d. h. eine Verminderung der Wechselzahl wird die gleiche Wirkung ausüben wie eine Zunahme d,er Spannung. Demnach sind alle auf die Spannung bezughabenden Bemerkungen sinngemäß auch für die Änderungen der Wechselzahl gültig.

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Im nachstehenden sind verschiedene beispielsweise Anwendungsfälle der neuen Anordnung beschrieben.

Bekanntlich ist es bei Zählern nach Ferrarisschem Prinzip wünschenswert, daß die Feldstärke der Hauptstrommagneten und damit auch das Drehmoment in einem bestimmten größeren Maße zunehme als die Stromstärke, um die durch die Bremswirkung

ίο des Hauptstromfeldes selbst verursachte Verzögerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Zählerscheibe auszugleichen. Zur Erreichung dieses Zweckes kann im Sinne der Erfindung die in den Fig. i, 2 und 3 in drei Ausführungsbeispielen dargestellte Anordnung ge-' troffen werden. Der Eisenkern des Hauptstromelektromagneten H ist durch einen Luftzwischenraum L unterbrochen, zu welchem ein magnetisches Schlußstück A derart geradlinig (Fig. 1 und 2) oder drehbar (Fig. 3) beweglich angeordnet ist, daß durch die Bewegung dieses Schlußstückes A der magnetische Widerstand des den Luftzwischenraum L einschließenden magnetischen Kreislaufes zweckentsprechend geändert wird. Das bewegliche Schlußstückj4 ist in beliebigergeeigneterWeise geführt oder gelagert, so daß dasselbe unter der Wirkung des wechselnden Erregerstromes, entgegen einer geeignet bemessenen Gegenkraft, z. B. der Federn F (Fig. 1 und 2), eines Gewichtes G (Fig. 3) oder einer besonderen magnetischen Gegenkraft, mehr oder weniger angezogen wird. Nimmt z. B. in vorliegendem Falle die Stromstärke J zu, so wird das Schlußstück A in Fig. 1 tiefer in den Spalt L hineingezogen, in Fig. 2 den Flächen P, P der Magnetschenkel genähert und in Fig. 3 gegen die wagerechte Stellung gedreht, so daß in jedem Falle der magnetische Widerstand in dem magnetischen Kreislaufe des Hauptfeldes verringert wird und somit die Stärke des auf die Scheibe Y wirkenden Feldes in höherem Maße zunimmt, als dies sonst die Zunahme der Stromstärke bedingen würde.

Der Zusammenhang zwischen Ström und Hauptfeld kann durch geeignete Wahl der Gestalt und der Abmessungen des Luftzwischenraumes und des Schlußstückes so bestimmt werden, daß die weiter oben erwähnte Korrektion bewirkt wird. In Fig. 1 z. B. übt für die Bestimmung dieses Gesetzes der Winkel, welchen die Keilflächen des Schlußstückes A miteinander bilden, und in Fig. 3 die Gestalt der Begrenzungsfläche a, a oder der punktiert angedeuteten Hörner b, b des Schlußstückes A, einen bestimmenden Einfluß aus.

Wie in der Patentschrift 174392, Kl. 21 a, dargelegt worden ist, können die Einflüsse der Spannungs- oder Wechselzahlschwankungen auf die Zählerkonstante dadurch ausgeglichen werden, daß das wirksame Feld des Nebenschlußmagneten in einem bestimmten höheren Maße zu- und abnimmt als die Spannung bezw. die Wechselzahl. Auch dieser Anforderung kann im Sinne der Erfindung durch Anordnung des beweglichen Schlußstückes Genüge geleistet werden. Da das durch die Spannung gelieferte Gesamtfeld den Änderungen der Spannung in gleichem Maße folgt, muß zur Erreichung des beabsichtigten Zweckes' dieses Gesamtfeld in zwei Teile geteilt werden, und zwar in einen auf die Scheibe treibend wirkenden und einen unwirksamen Kreislauf. Das bewegliche Schlußstück wird dann in dem wirksamen Teil des magnetischen Kreislaufes angeordnet, so daß durch die Änderungen der Stellung des beweglichen Schlußstückes das Verhältnis der Verteilung der magnetischen Kraftflüsse in den beiden Teilen derart geregelt wird, daß das Verhalten des auf die Zählerscheibe wirkenden Teiles des Feldes dem gewünschten Gesetze entspricht. In Fig. 4 ist die Zweiteilung des magnetischen Kraftflusses in den wirksamen Kreislauf JVw-' und in den unwirksamen Ns durch den magnetischen Nebenschluß Z, Z mit Luftzwischenraum / bewirkt. Das bewegliche Schlußstück A ist im wirksamen Kreislauf Nw angeordnet. In Fig. 5 ist die Zweiteilung des magnetischen Kraftflusses durch eine mit dem Nebenschlußmagneten N in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule S mit Luftzwischenraum / erreicht. Der Nebenschlußelektromagnet ist ähnlich wie auf Grund der vorhergehenden Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, ausgestaltet. Nimmt die Spannung und somit die Erregung des Gesamtfeldes (N -\- S) zu, so wird das bewegliche Schlußstück A angezogen und der magnetische Widerstand im Nebenschlußmagnet selbst verringert, so daß die Verteilung der Kraftlinien in den Kreisläufen N und 5 zu gunsten des ersteren geändert wird. Wie in der obenerwähnten Patentschrift ausführlich erklärt, werden hierdurch die Angaben des Zählers von den Änderungen der Spannung und Wechselzahl innerhalb weiter Grenzen unabhängig gemacht und kann auch der Stahlbremsmagnet wesentlich kleiner genommen werden, als es sonst der Fall sein könnte, oder auch durch einen Elektromagneten ersetzt werden.

Da im Sinne der Erfindung der Zusammenhang zwischen der wirksamen Feldstärke des Nebenschlußmagneten und der denselben erregenden Spannung einem bestimmten entsprechend gewählten Gesetze folgend gestaltet werden kann, läßt es sich durch geeignete Wahl dieses Gesetzes erreichen, daß die Abmessungen des Bremsmagneten nach Belieben

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verringert werden können und es kann sogar der Bremsmagnet vollkommen beseitigt werden.

Wenn wir nämlich zur Feststellung der Bedingungen, unter denen dies eintreten kann, in der Gleichung der Zählerkonstante"

■ C = -^- (N² + B²

ίο (wo C die Zählerkonstante, V die Spannung, JV das wirksame Nebenschlußfeld, B das Bremsfeld und H das Hauptstromfeld bedeutet, wobei H² wegen seiner Kleinheit gegenüber JV² vernachlässigt werden kann) B gleich O setzen, so reduziert sich die Gleichung auf C=VN. Diese Gleichung besagt, daß, wenn die Zählerkonstante C unveränderlich sein soll, bei einem Anwachsen der Spannung V das durch diese Spannung erregte wirksame Nebenschlußfeld entsprechend vermindert werden muß. Es muß sich also

. das wirksame Nebenschlußfeld in umgekehrtem Verhältnis zur Spannung ändern. Wird diese Bedingung erfüllt, so kann der Bremsmagnet gänzlich fortgelassen werden.

Zur Erreichung dieses Zweckes wird der von der Spannung erregte Gesamtkraftfluß in einen auf die Zählerscheibe wirksamen und in einen unwirksamen Teil geteilt und in diesem letzteren das eingangs gekennzeichnete bewegliche Schlußstück angeordnet.

Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsbeispiele dieser Einrichtung.

In Fig. 6 ist die Zweiteilung des Kraftlinienflusses in den wirksamen Fluß Nw und in den unwirksamen Ns durch einen magnetischen Nebenschluß bewirkt, in welchem das bewegliche, um die Achse x. drehbar gelagerte Schlußstück A angeordnet ist, welches, wie oben bereits erwähnt, unter der Gegenwirkung einer Feder F oder einer anderen Gegenkraft (Schwerkraft, Magnet) steht.
In Fig. 7 ist die Zweiteilung ähnlich wie in Fig. 5 mittels einer mit dem Nebenschlußmagneten in Reihe geschalteten Selbstinduktionsspule 5 bewirkt. Nur ist hier das bewegliche Schlußstück A an der Selbstinduktionsspule S angebracht.

Wenn die Spannung zunimmt, so wird in beiden Fällen durch die wachsende Anziehungskraft das Schlußstück A derart verstellt, daß der magnetische Widerstand in dem unwirksamen Kreislauf JVs verringert und dementsprechend die Verteilung des Kraftflusses in den beiden Kreisläufen zu gunsten des unwirksamen Kreislaufes geändert wird, so daß bei Zunahme der Spannung die wirksame Feldstärke des Nebenschlußmagneten N ab-

nimmt. · · .

Die in Fig. 6 und 7 dargestellten beiden Anordnungen können auch vereinigt werden, indem z. B. ein Elektromagnet nach Fig. 6 mit einer Selbstinduktionsspule nach Fig. 7 in Reihe geschaltet wird, wobei die Wirkung der beiden beweglichen Schlußstücke sich gegenseitig unterstützt.

Bei den obigen Beispielen ist die Stellung des beweglichen magnetischen Schlußstückes durch die Änderungen derselben Größe (Spannung oder Stromstärke) bedingt, durch welche das zu beeinflussende Feld erregt wird. Es kann aber die Stellung des beweglichen Stückes, wie bereits eingangs erwähnt wurde, auch durch eine andere Größe beeinflußt werden, z. B. ein im Eisenkern des Hauptstrommagneten angeordnetes bewegliches Stück durch die Änderungen der Spannung. Eine solche Anordnung kann z. B. ebenfalls dazu dienen, den Bremsmagneten in seinen Dimensionen zu verringern, oder durch einen Elektromagneten zu ersetzen oder auch um die Anordnung besonderer Bremsmagnete ganz überflüssig zu machen. Hierzu gelangt man auf Grund folgender Überlegung:

Wenn wir von der Gleichung der Umdrehungszahl der Zählerscheibe ausgehen und in dieser Gleichung

η = K

B² + N² +

(wo H das wirksame Hauptstromfeld, JV das wirksame Nebenschlußfeld, B das Bremsfeld und K eine Konstante bedeutet), B gleich O annehmen, und da H gegenüber JV klein ist, den Betrag//² vernachlässigen, so erhalten wir für

— K ^H

ⁿ~~ ~N

und für die gemessene Energie

V-I=K¹

N'

wo K und K¹ Konstanten bedeuten, V die Spannung und / die Stromstärke.
'■ Aus dieser Gleichung ist

JV-F-/

H =

und wenn das Spannungsfeld JV proportional mit der Spannung V ist, ergibt sich, daß H proportional mit F² · / sein muß.

Das heißt also, wenn der Bremsmagnet fortgelassen werden soll, kann dies auch dadurch erreicht werden, daß sich die Stärke des Hauptfeldes nicht nur proportional mit dem durch den Zähler fließenden Strome J, sondern auch proportional mit dem Quadrate · der Spannung V ändern muß.

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Dies kann im Sinne der Erfindung z. B. dadurch erreicht werden, daß das im Kern des Hauptstrommagneten H (Fig. 8) angeordnete um die Achse χ drehbare bewegliche Stück D, durch dessen Stellung die Stärke des Hauptstromfeldes geändert wird, mit dem Anker G eines anderen von der Spannung V erregten Elektromagneten oder Solenoids M verbunden ist. Die Verhältnisse müssen nun

ίο derart gewählt werden, daß bei einer Änderung der Spannung das bewegliche Stück D so viel verstellt wird, daß sich die Stärke des Hauptstromfeldes H proportional mit dem Quadrate der Spannung ändert.

Da bei Änderungen der durch den Hauptstrommagneten H fließenden Stromstärke der Magnet H selbst auf das Schlußstück D zu wirken trachtet, so muß "die Anordnung derart getroffen werden, daß der Einfluß des Magneten M überwiegt.

Die Verhältnisse können derart gewählt werden, daß die Änderung der Stellung des Schlußstückes D gleichzeitig die an der Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Korrektion bewirkt.

Die Stelle des Elektromagneten M kann auch die Selbstinduktionsspule der.Fig. 7 vertreten, in welchem Falle die Bewegungen, welche das Schlußstück A unter der Wirkung der Änderungen der Spannung oder der Wechselzahl ausführt, dem beweglichen Schlußstücke D des Hauptstrommagneten mitgeteilt werden.

Aber auch der Spannungselektromagnet selbst des Zählers kann zur Beherrschung ■ des beweglichen Schlußstückes des Hauptstrommagneten benutzt werden, wie dies in Fig. 9 veranschaulicht ist. N ist der Nebenschlußelektromagnet und H der Hauptstrommagnet, A ist das eingangs beschriebene bewegliche Schlußstück des Nebenschlußmagneten und D ein bewegliches Stück am Hauptstrommagneten. Die beiden beweglichen Teile A und D sind mittels eines schematisch angedeuteten Verbindungsgliedes R miteinander derart verbunden, daß das Stück D die Bewegungen des Stückes A mitmacht. Die Verhältnisse können durch geeignete Wahl der Gestalt und Abmessungen des Stückes A, der auf diese wirkenden Gegenkraft der Feder F oder dergl. usw. derart bestimmt werden, daß sich die Stärke des Hauptstromfeldes im Sinne der obigen Ausführungen auch proportional mit dem Quadrate der Spannung ändert.

Durch geeignete Wahl der Verhältnisse kann es wie bei Fig. 8 auch hier erreicht werden, daß gleichzeitig die an der Hand der Fig. 1 beschriebene Korrektion des Hauptstrommagneten erzielt wird.

Um die Phasen der verschiedenen Felder in bestimmte Beziehungen zueinander zu bringen, kann es zweckmäßig sein, das oder die beweglichen magnetischen Schlußstücke mit kurzgeschlossenen Windungen oder Kupferstreifen zu versehen, wie dies beispielsweise in den' Fig. 2 und 6 ersichtlich gemacht ist, wo die in sich geschlossenen Kupferstreifen mit T bezeichnet sind.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Einrichtung an Wechselstromzählern nach Ferrarisschem Prinzipe, um die Beziehungen zwischen der. Stärke der auf die Zählerscheibe wirkenden magnetischen Felder und der dieselben erregenden Stromstärken oder Spannungen (bezw. der Wechselzahl) zweckentsprechend bestimmen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß in dem magnetischen Kreislauf eines oder mehrerer der Zählerfelder oder in einem magnetischen Nebenschlüsse dieser Felder, oder aber in dem magnetischen Kreislaufe einer mit dem betreffenden Elektromagneten in Reihe geschalteten Selbstinduktionsspule ein bewegliches Schlußstück aus paramagnetischem Stoffe angeordnet ist, welches seine Stellung unter der Einwirkung der Änderungen der Stromstärke oder der Spannung (bezw. der Wechselzahl) zu ändern vermag und hierdurch den magnetischen Widerstand des betreffenden magnetischen Kreislaufes bezw. Nebenschlusses ändert.

2. Ein Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schlußstück in dem magnetischen Kreislauf des Hauptstrommagneten derart angeordnet ist, daß die Feldstärke des Hauptstrommagneten in größerem jVtaße sich ändert als die Stromstärke, um die durch die Bremswirkung des Hauptstromfeldes selbst verursachte Verzögerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Zählerscheibe auszugleichen.

3. Ein Zähler nach Anspruch 1, bei welchem das durch die Spannung erregte Gesamtfeld in einen auf die Scheibe treibend wirkenden und in einen unwirksamen Teil geteilt ist (z. B. durch einen magnetischen Nebenschluß oder durch eine mit dem Spannungselektromagneten in Reihe ' geschaltete Selbstinduktionsspule), dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schlußstück derart in dem wirksamen Teil des Kreislaufes angeordnet ist, daß bei Schwankungen der Spannung bezw. der Wechselzahl die wirksame Feldstärke in größerem Maße sich ändert als die Spannung bezw. die Wechselzahl.

■Λ

Hb

4. Ein Zähler nach Anspruch 1, bei welchem das durch die Spannung erzeugte Gesamtfeld in einen auf die Scheibe treibend wirkenden und in einen unwirksamen Teil getrennt ist (z. B-. durch einen magnetischen Nebenschluß oder durch eine mit dem Spannungselektromagneten in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule), dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schlußstück in dem unwirksamen Teil des magnetischen Kreislaufes derart angeordnet ist, daß bei Schwankungen der Spannung (bezw. der Wechselzahl) die Stärke des wirksamen Teiles des Nebenschlußfeldes sich in geringerem Maße oder in entgegengesetztem Sinne ändert als die Spannung.

5. Ein Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schlußstück in dem magnetischen Kreislauf des Hauptstrommagneten angeordnet ist und unter der Einwirkung eines von der Spannung erregten Elektromagneten oder Solenoides oder des Nebenschlußmagneten des Zählers gestellt ist, derart, daß die Stärke des Hauptfeldes nicht nur von der Stromstärke, sondern auch von der Spannung in Abhängigkeit gebracht ist.

6. Bei den Zählern nach Ansprüchen 1 bis 5 die Anordnung von in sich kurzgeschlossenen Windungen aus gut leitendem Metalle an den beweglichen Schlußstücken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.