-
Elektrisches Hitzdrahtinstrument Die Erfindung bezieht sich auf ein
elektrisches Hitzdrahtinstrument, bei dem die Längenänderung des unter Spannung
stehenden Hitzdrahtes zur Anzeige benutzt wird. Unter den thermischen Meßgeräten
zur Messung elektrischer Ströme nehmen die Hitzdrahtinstrumente eine Sonderstellung
ein. Gegenüber anderen thermischen Instrumenten, wie z. B. Bimetallstromrnessern,
zeigen sie eine Reihe von Vorzügen, wie z. B. kleinerer Eigenverbrauch, sind jedoch
dafür mechanisch wesentlich empfindlicher. Ihre Wirkungsweise beruht darauf, daß
die mechanische Längenänderung, die ein Stück Draht von der Erwärmung durch den
hindurchfließenden Strom erfährt, unter Einschaltung entsprechend geeigneter und
großer Übersetzungen auf die Zeigerachse übertragen wird. Dabei wird die Verstellkraft
einer vorgespannten Feder entnommen:, die auf die Zeigerachse wirkt und gleichzeitig
die kraftschlüssige Verbindung von Zeigerachse über übersetzungselemente bis zum
Hitzdraht gewährleistet. In dieser Bauweise ist einer der wesentlichsten Gründe
für die mechanische Empfindlichkeit derartiger Instrumente zu suchen. Die Feder
wirkt nämlich, um das mechanische Übersetzungsverhältnis der übertragungselemente
vervielfacht als Spannkraft auf den Hitzdraht. Da dieÜbersetzungsverhältnisse in
der Praxis um i zu So herum liegen, wirken demnach schon bei wenigen Gramm Federkraft
nicht unerhebliche Zugkräfte auf den Hitzdraht. Vergegenwärtigt man sich, daß der
Durchmesser der Hitzdrähte bei einigen hundertstel bis höchstens zehntel Millimetern
liegt und darüber hinaus ihre Festigkeit bei den erforderliehen
Temperaturen
von einigen hundert Grad noch erheblich absinkt, so wird hierdurch verständlich,
daß Hitzdrahitinstrumente sowohl gegen elektrische Überlastung als auch gegen mechanische
Beanspruchung sehr empfindlich sind. Man strebt deshalb an, die auf den Hitzdraht
wirkende Spannkraft möglichst weitgehend zu vermindern. Bei der ältesten bekanntgewordenen
Anordnung traten diese Schwierigkeiten nicht auf, weil die Längenänderung des Hitzdrahtes
unmittelbar, also ohne Übersetzungsglieder, auf die Zeigerachse übertragen wurde.
Da hierbei jedoch eine unverhältnismäßig große Hitzdrahtlänge erforderlich ist,
um brauchbare Zeigerausschläge zu erzielen, wurden diese Geräte so unhandlich, daßsieh
diese Bauart nicht durchsetzen konnte.
-
Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt:, daß
zwei oder mehr in ihrer Wirkung gegeneinander gerichtete Kräfte, wie z. B. Federkräfte,
wirksam sind, deren eine lediglich die kraftschlüssige Verbindung der Übertragungselemente
für die Bewegung infolge Längenänderung bei Stromfluß im Hitzdraht aufrechterhält,
während die Differenz der Kräfte den Hitzdraht spannt. Die Anordnung der die Kräfte
erzeugenden: Federn kann beispielsweise so getroffen werden, daß die eine, nämlich
die zur kraftschlüssigen Verbindung der Übertragungselemente vorgesehene, als Spiralfeder
auf der Zeigerachse angeordnet ist. Die zweiteFeder, die beispielsweise die Form
einer einseitig eingespannten Blattfeder haben kann, bildet mit ihrem freien Ende
den Befestigungspunkt für den Hitzdraht. Dieses freie Federende folgt also den durch
den Meß,strom bewirkten Längenänderungen des Hitzdrahtes. Diese Bewegung wird über
Fühlhebel oder ähnliche bekannte Bauelemente und Segment,-oder Fadentriebe, wie
sie z. B. in Manometern oder Meßuhren Anwendung finden, entsprechend übersetzt auf
die Zeigerachse übertragen. Dabei ist der Fühlhebel so gegenüber der Blattfeder
angeordnet, daß die Kraft der an der Zeigerachse befestigten Spiralfeder der Blattfederkraft
entgegenwirkt. Auf diese Weise wird nur die Differenz der Blattfederkraft und der
Kraft der Spiralfeder, vervielfacht um das Übersetzungsverhältnis der Übertragungselemente,
als Spannkraft auf den. Hitzdraht wirksam. So isst es möglich, die den Hitzdraht
spannende Kraft derart klein zu bemessen, daß, sie auch bei hohen Betniebstemperatuxen
weit unter der zulässigen Belastung. des -Hitzdrahtes. bleibt: Die Kompensation
der durch Raumtemperaturschwankungenbedingten Längenänderung des. Hitzdrahtes kann
in an sich bekannter Weise entweder als Grundplattenkompensation oder als Paralleldrähtkompensation
erfolgen. Bei. der letzteren werden Kompensationsdraht und Meß-draht gemeinsam an
einem Ende federnd aufgehängt, während das andere Ende des Kompensationsdrahtes
fest mit der Grundplatte verbunden und das des Meßdrahtes an der Feder befestigt
ist, deren durch den Meßetrom bedingte Bewegung, wie- oben beschrieben, auf den
Zeiger übertragen wird. Bei der konstruktiven Durchbildung der Drahtkompensation
werden in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Enden des. Meß@: bzw.
Kompensationsdrahtes, die gemeinsam federnd aufgehängt werden sollen, über eine
leicht drehbar gelagerte Walze geführt und an ihr befestigt, wobei die Walze derart
unter Federkraft steht, daß. sie die beiden Drähte spannt. Hierbei mußi man beachten,
daß, Meß- und Kompensationsdraht genügend weit voneinander liegen, damit keine Wärmeübertragung
durch Strahlung zwischen ihnen eintreten kann. Die erfindungsgemäße Lösung, die
Drähte an einer unter Federspannung stehenden Walze zu lagern, ermöglicht es, den
Abstand zwischen den beiden Drähten groß zu halten, ohne daß, die durch die Raumtemperaturschwankungen
bedingte Längenänderung beider Drähte sich auf das Zeigerwerk auswirkt. Außerdem
hat man so die Möglichkeit, einen aus geeignetem Material, wie z. B. Aluminium,
hergestellten, Strahlungsschutz zwischen beiden Drähten vorzusehen.
-
Die Bauweise nach der vorliegenden, Erfindung ergibt eine ganze Reihe
von Vorzügen gegenüber den üblichen Instrumenten, die aus dem mechanischen Aufbau
nicht ohne weiteres. ersichtlich sind. Als besonderer Vorzug sei erwähnt, daß man
im Gegensatz zur. üblichen bei der erfindungsgemäßen Konstruktion in der Größe des
Übersetzungsverhältnisses zwischen Hitzdraht und Zeiger in weitesten, Grenzen uneingeschränkt
.ist, da die Kraft, die den Meßdraht spannt, von dem Übersetzungsverhältnis vollkommen
unabhängig ist. Daraus ergibt sich, daß man mit außergewöhnlich kleinen Längenänderungen,
d. h. also mit niedrigen Drahttemperaturen, bereits zudem gewünschten Drehwinkel
der Zeigerachse gelangen kann. Dies wiederum bedeutet, daß nach dem Erfindungsgedanken
gebaute Hitzdrahtinstrumente wesentlich höher überlastbar sind, als die bisher bekanntgewordenen.
Darüberhinaus wird die allgemein bekannte Stoßempfindlichkeit von Hitzdrahtinstrumentern,
die vor allem bei hohen Fadentemperaturen besonders groß wird, durch den Erfindungsgedanken
weitgehend beseitigt. Der Grund hierfür ist, daß; wie bereits ausgeführt, die Belastung
des Meßdrahtes durch die auf ihn wirkende Spannkraft weit unter der Warmfestigkeit
des Materials, gehalten werden kann: Auf diese Weise kann, man also Hitzdrahtinstrumente
bauen, die auch den Anforderungen eines rauhen Betriebes gewachsen sind. Die Anwendung
großer Übersetzungen gestattet aber auch die Verwendung kleiner Meßdrahtlün@gen
und damit die Einhaltung handlicher Abmessungen der Instrumente. Die niedrige Betriebstemperatur
bietet des weiteren noch den Vorteil, daß alsi Hitzdrahtmaterial auch unedle Metalle
verwendet werden können, da mit abnehmender Betriebstemperatur auch die Gefahr -der
thermischen Korrosion kleiner wird.
-
Der auf den Strom bezogene Skalencharakter solcher Instrumente ist
deren Natur nach ein. quadratischer. Es ist natürlich möglich, mit den bekannten
Mitteln, auch bei dem erfindungsgemäßen Hitzdrahtinstrument den Skalencharakter
in gewünschtem Sinne zu verändern.
-
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß man an Stelle der Federkräfte
selbstverständlich auch
Gravitationskräfte in. Form von Gewichten
oder, was sogar gegenüber den Federkräften in Sonderfällen von Vorteil sein kann,
magnetische Kräfte verwenden kann.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel in:
schematischer Darstellung veranschaulicht.
-
Der Hitzdraht i und der Kompensationsdraht 2 sind beide über eine
in ihren Lagern 3 leicht drehbare Achse 4 gewickelt, die über einen daran befestigten
Hebel 5 durch eine Schraubenfeder 6 gedreht wird und dadurch die Drähte unter Spannung
hält. Das andere Ende des Kompensationsdrahtes ist in Punkt 7 mit dem Gehäuse fest
verbunden. Das andere Ende des Hitzdrahtes steht mit der, einseitig eingespannten
Blattfeder 8 über das an dieser Feder befestigte Teil 8a in Verbindung, an der der
Fühler 9 anliegt. An diesem Fühler ist der Hebel io mit dem Zahnsegment i i befestigt,
welcher den Zeiger 12 über das Ritzel 13 gegen die Kraft der Spiralfeder 14 drehen
kann. Diese Spiralfeder ist so gespannt, daß sie das Bestreben hat, das Ritzel 13
entgegen dem Uhrzeigers:inn zu drehen. Ändert der Hitzdraht i unter der Einwirkung
des Meßstromes, der von den Klemmen 15 über die Zuleitungsdrähte 16 und die Federn
6 bzw. 8 zugeführt wird, seine Länge, so ändert das freie Ende der Feder 8 seine
Lage und bewegt, dadurch über den. Fühler 9 und den Hebel io mit dem Segment ii,
die um die Achse 17 drehbar sind, das Ritzel 13 und damit den Zeiger 12. Dadurch
entsteht auf der Skala 18 ein Anzeigewert, der der Größe des Meßstromes entspricht.
Hierbei wirkt die Feder 14 über das Übersetzungsgetriebe 9, 10, Il, 13 ständig so
auf die Feder 8, daß in jedem Falle nur die Differenz zwischen der Kraft der Feder
8 und der der Feder 1q., vervielfacht um das Übersetzungsverhältnis des obengenannten
Getriebes, als Spannkraft auf den H.itzdraht wirksam wird.