DE137358C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Um den durch einen elektrischen Stromkreis fliefsenden Strom messen zu können, sind Elektricitätszähler gebaut worden, welche aus einem durch ein Uhrwerk getriebenen Zählmechanismus bestehen, wobei das Pendel oder die Unruhe durch einen Elektromagneten geregelt wird, dessen Windungen einen Theil des Stromkreises bilden und zwischen dessen Polen ein Anker schwingt, welcher mit der Hemmung des Uhrwerkes in Verbindung steht. Wenn der Anker nach der Mittellinie' des zwischen den Magnetpolen entstehenden magnetischen Feldes bewegt wird, bringt das Trägheitsmoment des Ankers und der mit ihm verbundenen Theile zugleich mit der Wirkung der Hemmung den Anker über die Mittellinie hinweg nach dem anderen äufsersten Punkt des Ausschlages. Dann bringt das magnetische Feld den Anker wieder zurück nach der Mittellinie des magnetischen Feldes hin, durch welche hindurch er dann wieder wie vorher getrieben wird, so dafs der Anker, so lange Strom fliefst und bis das Uhrwerk abgelaufen ist, durch die Mittellinie hindurch hin und her schwingt, wobei die Anzahl der Schwingungen von der Stärke des durch die Spule fliefsenden elektrischen Stromes abhängt und durch das Zählwerk angezeigt wird.

Bei einer Ausführungsform dieser Anordnung sind segmentförmige Anker in feststehenden, vom zu messenden Strom dürchflossenen Spulen so angeordnet worden, dafs sie in derselben um einen gewissen Anschlagwinkel schwingen können, wobei der Schwingungsmittelpunkt aufserhalb der Spulen liegt, durch welche die Anker hindurchragen.

Derartige Anordnungen haben keinen praktischen Erfolg gehabt, weil es sich als unmöglich herausgestellt hat, auch nur in geringem Grade eine Proportionalität oder Genauigkeit, wie sie für praktische Zwecke nöthig ist, zu erreichen, so dafs diese Anordnungen, obwohl sie zum Messen von Strömen bestimmt waren, als Mefsinstrumente nicht angesehen werden können.

Zweck vorliegender Erfindung ist, diesen Uebelstand zu vermeiden und einen einfach construirten Elektricitätszähler zu schaffen, der sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom innerhalb eines beträchtlichen Aenderungsbereiches der Stromstärke genau registrirt.

Diese Wirkung wird dadurch erreicht, dafs der Anker vollständig innerhalb des inneren Hohlraumes der von dem zu messenden Strom durchflossenen Spule angeordnet ist, so dafs er um eine Mittelachse in rechten Winkeln zur Spulenlänge schwingen kann und nach Art der Magnetnadel eines Galvanometers gänzlich durch das magnetische Feld innerhalb der Spule eingehüllt ist. Der Anker wird also unmittelbar durch die Spule magnetisirt und schwingt in einem magnetischen Feld, dessen Kraftlinien fast gleichförmig über seinen Querschnitt vertheilt sind, wodurch bewirkt wird, dafs der Anker über die Spulenachse in einem Mafse hinwegschwingt, welches innerhalb eines beträchtlichen Aenderungsbereiches der Stromstärke proportional ist.

Fig. ι zeigt in Vorderansicht, Fig. 2 im Grundrifs und Fig. 3 im Schnitt nach Linie A-A der Fig. 2 einen nach vorliegender Erfindung eingerichteten Elektricitätsmesser, Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie B-B der Fig. 2.

Bei der in Fig. 1,2 und 3 dargestellten Anordnung bezeichnet α ein gewöhnliches Uhrwerk, an dessen einem Ende die Federtrommel b angeordnet ist, während das andere Ende des Räderwerkes der Uhr von dem Hemmrad c gebildet wird, in welches eine gewöhnliche Ankerhemmung eingreift. Der Anker d des Hemmwerks sitzt auf einer Spindel /, mit welchem der Schwunghebel g des Hemmwerks fest verbunden ist; dessen gabelförmiges Ende h kommt abwechselnd mit dem Stift i einer Scheibe k der Unruhewelle I in Berührung, welcher auch das Unruherad m trägt, das nicht mit einer Unruhefeder versehen ist. Das Unruherad kann auch fehlen; die Aufgabe desselben wird in diesem Falle durch die Masse des Magnetankers und der damit verbundenen Theile erfüllt. Der Anker η besteht aus einem dünnen Stabe oder zweckmäfsiger aus einer Anzahl von Stäben oder Eisendrähten, wie dargestellt, die an der Unruhespindel / in solcher Stellung befestigt sind, dafs, wenn kein Strom durch die Spulen hindurchfliefst, das Hemmwerk den Anker in der einen oder anderen seiner Hubgrenzlagen festhält, in welcher die Eisenstäbe gegen die Achse der Spule oder Wickelung ο geneigt sind; letztere umschliefst den Anker η in der Weise, wie eine Galvanometerspule ihre Magnetnadel, wie dargestellt, so dafs, wenn der zu messende elektrische Strom durch die Spule hindurchfliefst, die letztere bestrebt ist, den Anker in die durch Linie g-g bezeichnete mittlere Lage zu bringen. Hierdurch wird der Anker infolge der demselben und seinen Zubehörtheilen, z. B. dem Unruherad m dabei mitgetheilten lebendigen Kraft im Verein mit der von der Hemmung auf den Unruhearm / ausgeübten Triebkraft in Schwingung versetzt, und die Geschwindigkeit der Schwingungen ist dem durch die Spule fliefsenden Strome in einer für praktische Zwecke hinreichenden Annäherung proportional. Die Spule ο ist zweitheilig ausgeführt, um für die Welle I Raum zu erhalten.

Das Zählgetriebe s kann in beliebiger Weise eingerichtet sein und besteht zweckmäfsig aus einem gewöhnlichen, mit drei oder vier Zifferblättern ausgerüsteten Zählwerk; der Antrieb kann von irgend einem Theile des Uhrwerksgetriebes α erfolgen.

Die Erfinder haben gefunden, dafs die beschriebene Anordnung beim praktischen Gebrauch sich sehr gut bewährt, indessen ist die Erfindung auf die dargestellte Anordnung nicht beschränkt. Zum Beispiel kann der magnetische Stromkreis in verschiedener Weise ausgeführt sein und kann die Form und Anordnung der Theile desselben in verschiedenster Weise gewählt werden, vorausgesetzt, dafs der Anker stets in der beschriebenen Lage in der Spule angeordnet ist und auch sonst gewisse Bedingungen bezüglich der Form und Stärke des magnetischen Feldes, der Gestalt und des Gewichts der von dem Hemmwerk ausgeübten Antriebskraft eingehalten werden müssen, um eine zufriedenstellende Wirkung zu erzielen. Zur Klarstellung der Erfindung sollen diese Bedingungen im Folgenden erörtert werden.

W⁷enn das Feld zu stark ist oder die Vertheilung der Kraftlinien keine gleichmäfsige, sondern eine solche ist, dafs, während der Anker durch den mittleren Theil des Feldes schwingt, eine Ubermäfsig starke magnetische Kraft in demselben inducirt wird, so tritt leicht der Fall ein, dafs der Anker in der Mittellage festgehalten wird, und zwar entgegen der Antriebskraft, welche vom Uhrwerk durch das Hemmwerk auf den Magnetanker ausgeübt wird, statt dafs diese Antriebskraft denselben bis zu seinen Hubgrenzen treibt. Dieselbe Neigung tritt ein, wenn der Anker zusammen mit seinen Zubehörtheilen oder dem Unruherad, wenn ein solches vorhanden ist, zu schwer ist und im Verhältnifs zur Antriebskraft des Hemmwerks eine zu bedeutende Trägheit hat, oder wenn diese Theile zu leicht sind, um die Wirkung des Hemmwerks durch eine gewisse lebendige Kraft zu unterstützen.

Da sich die Schwingungsweite des magnetischen Ankers vermindert, wenn die Kraft des magnetischen Feldes sich vergröfsert, so ist es nöthig, für einen beträchtlichen freien Ausschlag aus der Mittellage für den schwächsten Strom zu sorgen, und infolge dessen mufs die magnetische Induction über den ganzen Winkelraum bei diesem schwächsten Strom hinreichend stark sein, um den Anker aus seiner Ruhelage zu bringen, ohne dafs in der Mitte eine so grofse Kraftliniendichte entsteht, dafs der Anker in der Mittellage festgehalten wird. Dieser maximale Ausschlagwinkel ist gröfser als es für die Wirkung des Hemmwerks nöthig ist.

Um die Proportionalität der Schwingungszahl des magnetischen Ankers zur Stromstärke zu sichern, ist es nöthig, dafs die Stärke der Magnetisirung des schwingenden Ankers der Stärke des zu messenden Stromes proportional ist.

Die Erfinder haben durch zahlreiche Versuche festgestellt, dafs es bei verschiedenen Formen solcher Zählapparate möglich ist, durch Anwendung geeigneter Mittel die hierdurch bedingten nachtheiligen Nebenwirkungen zu vermeiden oder sehr zu vermindern. Alle

oben angeführten Bedingungen werden in einfachster und wohlfeilster Weise durch die in Fig. ι bis 4 dargestellte Anordnung erfüllt, bdi-welcher die Magnetisirungsspule ο wie eine gewöhnliche Galvanometerspule ausgebildet ist, so dafs sie den magnetischen Anker η umschliefst und einen hinreichenden inneren Durchmesser hat, um die Schwingung des letzteren in ihrem Inneren zu gestatten. Das magnetische Feld verläuft dabei vollständig in Luft. Der Anker kann in einfacher Weise aus einem dünnen Stabe oder einem Drahtbündel bestehen, welches der Nadel eines gewöhnlichen Galvanometers entsprechend angeordnet ist. Bei der Form, welche sich hinsichtlich der Erfüllung der oben angeführten Bedingungen als die beste erwiesen hat, ist der Magnetanker indessen so ausgebildet, wie der in Fig. i, 2, 3 und 4 mit η bezeichnete Anker. Derselbe besteht, wie dargestellt, aus einer Anzahl parallel zu einander angeordneter Drähte, die in Form einer Scheibe oder eines Gitters in irgend geeigneter Weise zweckmäfsig mittelst eines aus Ebonit oder anderem nicht leitenden Material bestehenden Rahmens bezw. einer Scheibe auf der Unruhespindel befestigt sind; die Drähte verlaufen dabei parallel zur Achse der Magnetspule, wenn der Anker sich in der Mittellage seines Ausschlages befindet. Bei dieser Anordnung wirkt praktisch die ganze Magnetisirungskraft der Spule in allen Lagen, weiche der magnetische Anker während seiner Schwingung einnimmt, auf den letzteren ein, und es sind daher magnetische Verluste fast gänzlich vermieden. Die Schwingungszahl ist daher proportional der Stromstärke, bis die Sättigung des Ankereisens beginnt. Aufserdem wird es hierdurch ermöglicht, dafs der Anker schon durch einen sehr schwachen Strom in Schwingung versetzt wird.

Wenn im äufseren feststehenden Theil des magnetischen Feldes Eisen verwendet ist und die von dem zu messenden Strom durchflossene Wickelung oder Spule auf diesem Eisen angebracht ist, so dafs der magnetische Anker durch die Induction der zwischen den Polen dieses Eisens bezw. durch den Luftraum zwischen den Enden desselben übergehenden Kraftlinien magnetisirt wird, so ist die Bedingung der Proportionalität, wenn auch nur in Annäherung, nicht leicht zu erreichen, da magnetische Verluste zwischen den Polen des durch den Strom erregten Theiles des Feldes bezw. des eisernen Theiles desselben nicht zu vermeiden sind, auch wenn man den Luftzwischenraum zwischen diesen Polen und dem Anker sehr klein macht, in welchem Falle das Bestreben eintritt, den Anker in der Mitte seines Ausschlages festzuhalten.

Durch eine derartige Vertheilung des Eisens ist bisher versucht worden, ein praktisch brauchbares Mefsinstrument herzustellen, aber die Versuche sind aus den oben angeführten Gründen nicht von Erfolg begleitet gewesen. Hingegen ist bei der vorliegenden Anordnung alles Eisen aufser dem zum-Anker benutzten entbehrlich, so dafs das Eisen auf einen sehr geringen Betrag beschränkt ist, und durch die Lage des Ankers vollkommen innerhalb der Spule ist erreicht, dafs die Schwingungen des Ankers direct proportional der Stärke des hindurchfliefsenden Stromes sind, innerhalb weiter Grenzen von Schwankungen der Stromstärke, so dafs ein derartiger Elektrizitätszähler bei verschiedenen Belastungen praktisch brauchbar ist. Ferner kann mit einem solchen Instrument in gleicher Weise Wechselstrom und Gleichstrom gemessen werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Ein Elektricitätszähler für Gleich - und Wechselstrom, bei welchem der zu messende Strom beim Hindurchfliefsen das Schwingen eines Ankers verursacht, welcher in Verbindung mit der Hemmung eines Uhrwerkes arbeitet, welch letzteres einen Zählmechanismus antreibt, aber keine Unruhefeder oder entsprechende Theile besitzt, dadurch gekennzeichnet, dafs der schwingende Eisenanker in allen Stellungen gänzlich vom magnetischen Feld innerhalb der Spule eingehüllt ist, nach Art der Magnetnadel in einem Galvanometer, wobei der Anker unmittelbar durch die Spule magnetisirt wird und durch den Strom und die Hemmung veranlafst wird, um eine zur Spulenachse senkrechte Achse mit einer Geschwindigkeit hin- und herzuschwingen, welche der Stromstärke auch bei beträchtlichen Schwankungen derselben proportional ist.
2. 2. Eine Ausführungsform des Elektricitätszählers nach Anspruch 1, bei welcher der Anker aus Eisendrähten zusammengesetzt ist, die parallel zu einander in einer gemeinsamen Ebene, in Form einer Scheibe . oder eines Gitters angeordnet sind, so dafs der Anker praktisch der ganzen, von der Spule ausgeübten magnetischen Inductionskraft in allen Lagen seines Weges unterworfen ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.