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Elektrizitätszähler.
Vorliegende Erfindung hat einen Motorzilhler zum Gegenstando, bei welchem der Ankerstrom theoretisch gleich Null und praktisch beliebig lilein sein kann.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht, zum Teil Schnitt, Fig. 2 ein lotrechter Querschnitt, Fig. 3 ein wagerechter Schnitt. Fig. 4 zeigt perspektivisch eine Ankerspule. Fig. 5 zeigt einen Zähler, ähnlich wie Fig. 1, aber mit anderer Schaltung. Fig. 6 zeigt eine Abänderung der Schaltung des festen Widerstandes der Fig. 1. Fig. 7 zeigt einen Motos'zähler mit armiertem Magneten und scheibenförmigem Anker. Fig. 8 zeigt einen Zähler mit Scheiben-
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und 8. Fig. 10 zeigt einen Zähler mit unipolarem Feld. Fig. 11 ist ein wagerechtor Schnitt einer Abänderung des Zählers. Fig. 12 und 13 zeigen weitere Abänderungen des Zählers.
In Fig. 1-4 ist E ein permanenter Hufeisenmagnet mit Polschuhen an den Schenkel, zwischen welchen ein kleiner glockenförmiger Anker F angeordnet ist ; derselbe besteht
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sammengeklebt und bilden einen festen, formbeständigen und leichten Anker. Im Innern des Ankers befindet sich ein im Raume fester, zylindrischer Eisenkern G. Der Anker ist L'lockenförmig, d. h. unten offen, um die metallene, nicht magnetische Stütze des Kernes ( ; t'intreten zu lassen. Bei dem vorliegenden Zähler treten demnach im Gegensatze zum Siemensschen Trommelanker, bei welchem sich der Kern mit den Spulen dreht, keinerlei llysteresiserscheinungen auf. wenn der Anker in Drehung versetzt wird.
Die den Anker tragende Weite rnht mit dem unteren Ende auf einem Stein, der in die Schraube H ein- Resctzt ist, während der obere Teil von einem Ständer gestützt wird. Eine Schraube
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genau proportional wären zu E. Benützt man ein kräftiges Feld und einen Anker mit einer Bewicklung von sehr geringem Widerstande, so kann die Proportionalität ohne merk- lichen Fehler als vorhanden angesehen werden. Die Geschwindigkeit des Zählers ist proportional der Stromstärke im Draht B und das Uhrwerk, welches die Zahl der Um-
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seine Hauptleitung an. Man ersieht hienach den Vorzug des vorliegenden Zahlers gegen- über denjenigen, bei weichem Foucaultströme oder im Wasser oder Luft bewegte Flügel zur Anwendung gelangen.
Bei diesen letzteren wächst nämlich die zur Unterhaltung der Drehung des Ankers erforderliche Arbeitsmenge sehr schnell mit dem zu messenden Strom (Siemens, Rowland) oder ist immer beträchtlich (Thomson, Hookham, Raab), mit einem Wort, Zähler mit Bremsen sind Motoren von geringerem Nutzeffekt, welche eine beträchtliche Arbeit leisten, die in den Bremsen verloren geht. Der vorliegende Zähler dagegen ist ein Motor von hohem Nutzeffekt, der leer läuft und bei welchem allo Vorsichts- JIl3ssregeln getroffen sind, um alle Verluste durch Foucaultströme, Hysteresis, Reibung usw. zu vermeiden, oder nach Möglichkeit einzuschränken.
Die Überlegenheit der vorliegenden Einrichtung leuchtet sofort ein, wenn man berücksichtigt, dass die Ursache des Stillstandes oder des mangelhaften Funktionieren der üblichen Zähler zumeist in der Funkenbildung an den Bürsten besteht, durch welche ein mangelhafter Kontakt veranlasst wird. Der vor-
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beispielsweise der Thomsonzählor 5 Watt verbraucht (d. h. 25000mal soviel). Es liegt somit auf der Hand, dass der vorliegende Zähler in dieser Hinsicht einen grossen Vorteil bietet. Ein anderer Vorteil des vorliegenden Apparates besteht darin, dass die umgebende Temperatur keinen Einnuss äussert, weder auf den Neusilber-oder Nickelindraht, noch auf die Erregung des Magneten.
Der vorliegende Zähler ist praktisch unempfindlich gegen Änderungen der Temperatur, denn die elektromotorische Gegenkraft (e = k # #) und demnach die Winkelgeschwindigkeit hängt nur ab von der Potentialdifferenz an den Klemmen A, A, und einer Konstruktionskonstanten k und keineswegs vom Widerstand der Spulen. Bei Zählern mit Bremsen ändert sich die Bremskraft mit der Temperatur der Umgebung, weil der Leitungswiderstand von Kupfer bei durch Induktion wirkenden Hrcmson oder Viskosität der Flüssigkeiten, in welchem die Flügelräder sich bewegen, sich mit der Temperatur ändern und bei Windrädern auch mit dem Luftdruck usw.
Wenngleich die Reibung bei dem vorliegenden Zähler äusserst klein ist, so dass man den Zähler zumeist im ganzen Messbereich für praktisch genau ansehen kann, so gibt es doch gewisse Fäl ! e (beispielsweise wenn ein sehr grosser Zähler sehr schwache Ströme. messen muss), wo es wünschenswert ist, die durch die Reibung veranlasste geringfügige Ungenauigkeit ver- ständig zu beseitigen. Dies kann man durch die in Fig. 5 gezeigte Einrichtung erzielen.
Ein dem in Fig. 1 gezeigter ähnlicher Zähler ist derart geschaltet, dass die Bürste J)' nicht direkt, sondern durch Vermittlung eines Widerstandes P an die Klemme Al an- geschlossen ist, der Widerstand P ist etwa 1/2 oder 1/. 1 des Ankerwiderstandes ; cin zweiter, sehr grosser Widerstand R, der beispielsweise bei einer Leitungsspannung von 110 Volt 40. 000mal so gross ist, wie der Ankerwiderstand, zweigt einerseits bei Q zwischen der HÜ1'ste D'und dem Widerstand P ab und ist andererseits an den zweiten Speiseleiter A" angeschlossen.
Der äusserst schwache, auf diese Weise von einem Speiseleiter zum anderen durch den Anker gehende Strom, der konstant ist, erzeugt ein Drehpaar, welches dem
Reibungsdrehpaar, das nach dem Gesetz von Coulomb ebenfalls konstant ist, gleich und
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widerstand in Reihenschaltung verbunden werden. Diese Leitung wird in Parallelschaltung an die Punkte angeschlossen, zwischen welchen man die Voltstunden messen will.
Der Widerstand des Drahtes B kann jeden beliebigen Wert haben und selbst unendlich gross sein ; macht man den Widerstand von B unendlich gross und unterhält man an den Punkten A, A'eine konstante Potentialdifferenz, beispielsweise durch eine Batterie von konstanter Spannung, so hat man noch immer einen Voltstundenzähler oder Stundenzähler. wenn das Uhrwerk ein@e entsprechende Übersetzung aufweist.
Es genügt eine Batterie von
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man nur, wie in Fig. 1, den Anker eines magnetischelektrischen Motors sich in luftleere Räume drehen lässt und ihn mit keiner Bremse verbindet, und dabei auch Sorge trägt, dass die Verluste durch innere Arbeit, Hysteresis, Foucaultstromo jn den benachbarten Teilen, Streuung infolge unsymmetrischer Verteilung der Ankerbewickiung und schliesslich durch passive Widerstände (Reibung an den Lagern, an den Bürsten und im Uhrwerk) vermieden werden.
Diese Verluste werden vermieden, wenn der Apparat weder bewegliches Eisen noch bewegliche'Metallteile enthält, in welchen sich Foucaultströme entwickeln könnten, so wie auch keine benachbarten leitenden Teile enthält, in welche Ableitung stattfinden könnte (wie beim Zähler von Raab) und wenn schliesslich die Reibung auf das geringstmögliche Mass herabgebracht und die Bremswirkung praktisch vermieden ist. Fig. G zeigt eine Abänderung der in Fig. 1 veranschaulichten Schaltung des Widerstandes B, wodurch ein Amperestundenzäbter mit veränderlichem Tarif erzielt werden kann.
Die
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Teilwiderstände, so ändert man auch die Potentialdifferenz fUr jeden Nebenschluss und somit auch die Ganggeschwindigkeit des Motors, welche diese potentialdifferenzen am Zähler verzeichnet. Fig. 7 und 8 zeigen Zähler mit Scheibenankcr, welche im wesentlichen mit dom in Fig. 1 veranschaulichten Zähler übereinstimmen.
Der unipolare Zähler nach Fig. 10 besteht aus einer Kupforglocke, die durch einen in einen Quccksilbernapf tauchendon Draht mit einer der Klemmen verbunden ist, da das Feld durchaus gleichmässig ist, so entstehen bei der Drehung der Kupferglocko keine Foucaultströme in der letzteren. Der vorstehend mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Apparat kann, wie erwähnt, als Ampèrestundenzlhler oder als Voltstundenzähler verwendet werden. Man kann ihn auch als Wattstundenzähler benutzen, wenn man am Kerne 0 der Fig. 3 zwei einander diametral gegenüberliegende Nuten anbringt, in welche man eine Spule von feinem Draht einlegt, deren Enden mit den Speiseleitern des Netzes verbunden Rind (Fig. 11). In diesem Falle ist die Stromstarke in dieser Spule proportional der Spannung des Netzes.
Ist die Stromrichtung derart bemessen, dass die Kraftlinienzahl 2 # des permannenten Magneten E bei normaler netzspannung auf die Hälfte verringert wird, so wird der Apparat zu einem Wattstundenzähler, denmn wenn die Spannung sich um 1% erhöht, so wachst auch der Strom in der Spule auf dem Kern um 1% und die resultierende
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gaben des Zählwerkes um l"/o.
Dasselbe Resultat erreicht man durch die in Fig. 12 gezeigte Anordnung mit einem
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Kloktromagneten d bewegt, dessen feindrahtige Bewicklung in Parallelschaltung an das Netz angeschlossen und derart bemessen ist, dass bei mittlerer Spannung die Kraftlinienzahl des Elektromagneten gleich ist der halben liraftlinionzahl des permanenten Magnetes. Bei der Rotation des Ankers wird durch den Elektromagneten eine elektromotorische Kraft induziert, welche gleich ist der Hälfte der durch den permanenten Magneten induzierten elektromotorischen Gegenkraft, aber dieser letzteren entgegengesetzt ist, so dass, wenn der Erregungsstrom des Elektromagneten um 1% wächst, die im Anker induzierte elektromotorische Gegenkraft sich um 1% verringert und demnach die Winkelgeschwindigkeit des Motors um 1') wächst.
Fig. 13 zeigt eine andere Ausführungsform desselben Apparates
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