DE131371C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

ΛΙ 131371 KLASSE 21 e.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mefsgeräthe zur Messung von Gleich- und Wechselströmen, bei welchen nur ein kleines, leichtes Eisenstückchen beweglich ist, während beide Stromsysteme, d. h. sowohl die das Eisenstück magnetisirende Spule, wie auch die dasselbe ablenkende Windung, ruhend angeordnet sind.

Eine ähnliche Anordnung mit zwei ruhenden Stromsystemen und beweglichem Eisenstück ist bereits durch D. R. P. 33950 bekannt geworden. Es handelt sich dabei um ein Instrument mit Torsionsablesung, welches nur zum Messen von Stromstärke und Spannung bestimmt ist. ■ Im Gegensatz hierzu, abgesehen von den Unterschieden in der besonderen Ausführung, bezweckt die vorliegende Anordnung die Ausführung des Mefsgeräthes als direct zeigendes und in Schaltung als Volt-, Ampere- oder Wattmeter. Es ist hierdurch zuerst erreicht, auch für Gleichstrom ein Wattmeter mit ruhendem Stark- und Schwachstromsystem herzustellen. Dabei ist das zweite ablenkende Stromsystem als glatte, das erste Stromsystem im Mefsbereich eng umschliefsende Trommelwickelung ausgeführt.

Die besondere magnetische Anordnung und Ausführung des ablenkenden Stromsystems bewirkt eine grofse Empfindlichkeit des Mefsgeräthes, sowie in Verbindung mit einer bestimmten Gestaltung des ablenkenden Systems eine völlig gleichmäfsige Scala bei dem Wattmeter, eine in einem sehr großen Bereiche, z. B. ⁹/₁₀, gleichmäfsige Scala bei dem VoIt- und Amperemeter.

Zur Erläuterung des Gesagten diene die einfache Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, wobei Fig. 1 einen Schnitt des Mefsgeräthes in der Bewegungsebene des Zeigers, Fig. 2 einen Querschnitt des Mefsgeräthes nach der Mittellinie ni-n der Fig. 1 unter der Annahme darstellt, dafs sich das Eisenstück ebenfalls in der Mittelstellung befindet. .

Das eine der beiden erwähnten festen Stromsysteme besteht aus zwei kreisrunden Spulen a und b (Fig. 2), die mit ca. 3 bis 4 mm Zwischenraum parallel über einander angeordnet sind. Läfst man durch beide Spulen einen Strom — und zwar durch jede in entgegengesetzter Richtung zur anderen — hindurchfliefsen, so entsteht in dem Zwischenräume ein durchaus gleichmäfsiges, radiales magnetisches Feld, wie es in. Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet ist. In diesem Felde ist das T-förmige Eisenstück C, das an der auf Spitzen laufenden Achse d befestigt ist, beweglich angeordnet. Das Eisenstück kann durch den Zeiger Z äquilibrirt sein. Der Eisenkern C nimmt die Polarität des radialen Feldes an, bleibt aber, von dem Erdmagnetismus abgesehen, ohne Richtkraft, da das radiale Feld in der Richtung des Radius, in welche sich das Eisenstück nur einstellen kann, überall gleichmäfsig ist. Man giebt deshalb dem beweglichen System künstlich eine Richtkraft durch die Torsionsfeder f oder durch die Schwerkraft u. s. w.

Die in Fig. 1

dargestellte Lage des Eisenstückchens möge die durch die Feder f geschaffene Ruhestellung sein und von hier aus soll dem beweglichen System in der Richtung der . äufseren Pfeile ein Ausschlag von 90⁰ ertheilt werden, so dafs es also symmetrisch zu der Linie m-n einen Ausschlagswinkel von

45° besitzt. Ebenfalls zu dieser Linie m-n symmetrisch sind nun zwei Wickelungen W₁ W₂ angebracht, die die Spulen α und b theilweise umschliefsen. Diese Spulen W₁ w* bilden mit einander einen Winkel von ca. 45 °. Wie aus Fig. ι hervorgeht, ist die Wickelung von W₁ W₂ theils parallel, theils senkrecht zu dem radialen Felde der Spulen α und b ausgeführt. Die Stromrichtung in JJ^₁W₂ ^{lst s0} gewählt, dafs die in dem Punkte g der Linie mn zusammentreffenden Theile der Windungen eine gleichmä'fsige und zu m-n symmetrisch angeordnete Stromschicht, von h bis i reichend, bilden, vor welcher sich das Eisenstück C bewegt. Der Bogen hi, den die Stromschicht bedeckt, ist so grofs genommen, dafs in der Anfangsund Endstellung von c die Stromschicht noch etwas übergreift.

Die Wirkungsweise ist sehr einfach. Der Eisenanker C wird durch das radiale Feld polarisirt und würde hierdurch allein noch keine Ablenkung erfahren. Diese erhält er erst durch die Stromschicht W₁ W₂. Die Ablenkung wird verhältnifsmäfsig kräftig sein, denn die für ein Maximum der ablenkenden Kraft zu erfüllenden Bedingungen sind vorhanden: die Richtung der Kraftlinien, des Stromleiters, sowie der Bewegung stehen auf einander senkrecht. Der Anker C wird sich daher bei entsprechender Feld - und Slromrichtung von /; nach i zu bewegen. Sind, wie bei dem Volt- und Amperemeter, beide Stromsysteme, d.h. α und b einerseits, W₁ und w₂ andererseits, hinter einander geschaltet, so erhält man eine genau quadratische Scala, welche nur im Anfang durch die in den unteren Grenzen der Stromstärke nicht proportionale Magnetisirung etwas geändert wird.

Diese quadratische Scala kann man jedoch leicht in sehr hohem Mafse dadurch in eine gleichmäfsige überführen, dafs man die ablenkenden Windungen W₁W₂ nach einer bestimmten Curve, in Fig. 1 durch gekreuzte Punkte angedeutet, ausführt. Der Verlauf dieser Curve wird dadurch bestimmt, dafs man im gleichen Mafse, wie die Magnetisirung des Eisensegmentes C mit wachsender Stromstärke ebenfalls zunimmt, die Entfernung zwischen dem Eisenstück C und den ihm parallelen Theilen der Windungen W₁ W₂ gröfser werden läfst. Man kann auf diese Weise eine bis zu ⁰J₁₀ gleichmäfsige Scala erzielen.

Benutzt man jedoch die Anordnung in Schaltung als Wattmeter, indem man z. B. α und b als Spannungsspulen, W₁ w.₂ als Slarkstromspulen ausführt, so ergiebt die ursprüngliche Ausführung der Spulen W₁ w_o in Fig. 1 eine völlig gleichmäfsige Scala.

Was allgemein die Verwendbarkeit, sowie die Genauigkeit dieser Art Instrumente anbelangt, so sind dieselben zunächst sowohl für j Gleichstrom als auch für Wechselstrom verwendbar.

Bei Gleichstrommessungen ist allerdings ein Einflufs der Hysteresis vorhanden, doch ist derselbe sehr gering, weil bei der grofsen Empfindlichkeit der Instrumente nur ein ausgeglühtes, weiches Eisenstückchen zur Verwendung kommt. Die Empfindlichkeit der Instrumente wird aber in der That, wie a priori einzusehen, sehr grofs sein müssen, einmal infolge der vorstehend beschriebenen, äufserst günstigen magnetischen Anordnung, sodann aber, weil beide Stromsysteme kräftige Felder ausbilden, da man nicht wie bei den Instrumenten mit beweglicher Spule gezwungen ist, dem beweglichen System nur wenige Windungen zu geben, um es möglichst leicht zu machen. Ein weiterer Vorzug der Instrumente besteht in der erzielbaren gleichmäfsigen Scala.

In Schaltung des Instrumentes als Wattmeter wird man aus mechanischen und elektrischen Gründen die das gleichmäfsige Feld bildenden Spulen als Spannungsspulen ausführen. Besonders der Hysteresis wegen ist dies von Vortheil, denn in der Mehrzahl der Fälle wird von den die Leistung darstellenden Factoren die Stromstärke die gröfseren Schwankungen aufweisen, während die Spannung annähernd constant bleibt.

Die die Hysteresis betreffenden Ueberlegungen kommen bei der Verwendung der Instrumente für Wechselstrom überhaupt nicht in Betracht. Hier wird es sich nur um die Periodenzahl und die Curvenform des verwendeten Wechselstromes handeln, da ja bei den Instrumenten keine rein elektrodynamischen Systeme zur Anwendung kommen, sondern die Instrumente Eisen enthalten. Aber auch hier dürfte der Umstand, dafs nur ein ganz schwaches und ausgeglühtes EisenstUckchen vorhanden ist, den Fehler auf ein sehr geringes Mafs zurückfuhren.

Der ganz offensichtige Vorzug der beschriebenen Instrumente vor den Inductionsinstrumenten besteht einmal darin, dafs hier keine volle Scheibe, sondern nur ein winziges Eisenstückchen beweglich angeordnet ist, wodurch eine grofse Genauigkeit erzielt wird, und dann darin, dafs der Einflufs von Periodenzahl und Curvenform des Wechselstromes bei dieser Art von Instrumenten nicht so direct und bedeutend ist, wie bei den gewöhnlichen Induetionsinstrumenten.

Für den Gebrauch der Instrumente als Voltmeter und Amperemeter sei noch bemerkt, dafs es nicht unbedingt nöthig ist, den Eisenanker von einem absolut gleichmäfsigen Felde zu polarisiren, die Magnetisirung desselben kann vielmehr durch eine gewöhnliche Spule erfolgen, da in der Nulllage beide Stromsysteme stromlos sind.

Claims (5)

1. Der durch die Fig. ι und 2 veranschaulichte Erfindungsgedanke läfst sich in einer ganzen Reihe verschiedener Ausführungsformen realisiren, von denen nachstehend einige beschrieben werden sollen.

   Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform leidet an einer gewissen Unsymmetrie. Die mechanische Kraft greift nur einseitig zur Achse an, was bei genauen Mefsinstrumenten stets von Nachtheil ist. Man beseitigt diese Einseitigkeit dadurch, dafs man den Eisenanker nach der in Fig. 3 angedeuteten Form ausbildet. Der in dem Eisenanker C durch das mittlere radiale Feld beider Spulen erzeugte Magnetismus findet doppelten Rückschlufs in den beiden Armen s und if, die, ebenfalls aus Eisen bestehend, die beiden Spulen aufsen umfassen. Die äufsere Wickelung wird dann als glatte Trommelwickelung ausgeführt, wie in Fig. 4 angedeutet. Der Vortheil dieser Anordnung besteht einmal in mechanischer Beziehung darin, dafs die Arme s und t mit dem inneren Eisenkörper C äquilibrirt werden können; weiterhin darin, dafs die Empfindlichkeit des Instrumentes erhöht wird, denn die Arme s und t unterliegen gleichfalls einem ablenkenden Einflufs, und zwar seitens der äufseren Stromschicht,· die, auf die Achse bezogen, in demselben Sinne wirkt, wie die innere Stromschicht auf den Anker C.

   Man kann nun diese Anordnung nach Fig. 3 noch weiter vereinfachen, indem man sie gewissermafsen halbirt, wodurch man zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform gelangt. Hier ist nur eine innere Spule vorhanden und der Anker hat die dargestellte, annähernd S-förmige Gestalt. Die äufsere feste Stromschicht wird wieder als einfache Trommelwickelung ausgeführt. Bei der praktischen Ausführung der Anordnung nach Fig. 5 wird zweckmäfsig eine sehr langgestreckte Stromspule α verwendet und die der Spulenachse parallelen Ansätze C C des Eisenkernes ebenfalls sehr lang gemacht.

   Paten τ-A N Sprüche:

   i. Elektrisches Mefsgeräth . für Gleich- und Wechselstrom mit einem ein magnetisches Feld erzeugenden · ruhenden Stromsystem, welches einen drehbar gelagerten Eisenanker polarisirt, und einem zweiten, gleichfalls ruhenden, den Eisenanker ablenkenden Stromsystem, gekennzeichnet durch die Ausführung des zweiten ablenkenden Stromsystems als glatte, das erste Spulensystem im Mefsbereich eng umschliefsende Trommelwickelung von solcher Anordnung, dafs die für ein Maximum der ablenkenden Kraft nöthigen Bedingungen erfüllt sind und eine gleichmäfsige Scala erzielt wird.
2. 2. Ausführung des unter 1. beschriebenen Mefsgeräthes als Volt- oder Amperemeter, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung des ablenkenden Stromsystems, dafs mit wachsendem Ausschlage die Entfernung zwischen Eisenstück und ablenkender Windung gröfser wird, um die mit wachsender Stromstärke steigende Magnetisirung durch den gröfseren Abstand auszugleichen und hierdurch eine gleichmäfsige Scala zu erzielen.
3. 3. Ausführung des unter 1. beschriebenen Mefsgeräthes als Wattmeter, bei welchem die das magnetische Feld zur Polarisirung des Eisenankers ausbildende Spule durch die Spannung erregt, während der Starkstrom durch die ablenkende Spule fliefst, welche von dem Eisenstück überall gleichen Abstand besitzt (Fig. 4).
4. 4. Ausführungsform des Mefsgeräthes nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Bildung des gleichmäfsigen magnetischen Feldes zwischen zwei einander parallelen Stromspulen, in deren radialem Felde sich ein T-förmiges Eisenblechstückchen bewegt, in Verbindung mit dem aus zwei symmetrischen, einen Winkel von etwa 45 °' mit einander einschliefsenden Hälften gebildeten ablenkenden Stromsystem, welches das erste theilweise umschliefst und eine einen Bogen von etwas über 90° bedeckende gleichmäfsige Stromschicht bildet, vor welcher sich der Eisenkern bewegt.
5. 5. Ausführungsform des Mefsgeräthes nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die zweiseitige Ausbildung des beweglichen Eisenstückes, dessen eine Seite zwischen zwei einander parallelen Stromspulen, die das gleichmäfsige .Feld bilden, sich bewegt, während die andere zweiarmige Seite des Eisenstückes die beiden Spulen aufsen umfafst.

   ,6. Ausführungsform des unter 1. beschriebenen Mefsgeräthes, gekennzeichnet durch die Ausbildung des beweglichen Eisenstückchens als symmetrisches, eckiges S (Fig. 5), dessen der Ablenkung unterliegende und der Achse parallele Arme die erregende Spule an entgegengesetzten Seiten umfassen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.