DE146257C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein elektrisches Meßgerät mit selbsttätiger Zurückführung der beweglichen Ausrüstung in die Nullstellung mittels eines umsteuerbaren Motors. Die Neuerung an dem Meßgerät besteht darin, daß der Arm, welcher den Kontakt mit zwei die Drehrichtung bestimmenden Spitzen herstellt, in zwei Stützen, welche von den die Ausrüstung haltenden unabhängig sind, drehbar gelagert ist und durch die bewegliche Ausrüstung mittels einer Feder zwecks Dämpfung der Schwingungen bei Herstellung der elektrischen Kontakte bewegt wird.

Die Erfindung wird an einem Wattmeter näher beschrieben, welches sich zur Messung der Gesamtleistung' von Drehströmen verwenden läßt. Es kann jedoch auch zur Messung der Gesamtleistung von zwei beliebigen Stromkreisen oder auch unter entsprechenden Abänderungen zur Messung eines einzigen Stromkreises dienen. Die Ablesung findet auf einem Zifferblatt, oder auf einer Trommel oder einem Papierstreifen, wie bei gewöhnlichen Registriervorrichtungen statt.

In der Zeichnung ist das Meßgerät in einer beispielsweisen Ausführungsform veranschaulicht. Fig. ι zeigt dasselbe in seinen wesentlichen Teilen mit den Verbindungen, welche besonders für einen dreiphasigen Stromkreis berechnet sind. Fig. 2 ist ein Schaltungsschema zur Benutzung des Meßgeräts für Dreiphasenstrom. Fig. 3 zeigt ein Schaltungsschema zur Messung der Leistung von zwei Gleichstromstromkreisen. Fig. 4 gibt das Schaltungsschema zur Messung der Leistung von vier Gleichstromstromkreisen.

Zwei gleiche Spulen 1 und 2 liegen im Nebenschluß zur \^erteilungsleitung etwas getrennt voneinander; sie bestehen aus dünnem, isoliertem Draht und sind mittels eines kleinen Rahmens 3 starr, aber isoliert voneinander, verbunden. Der Rahmen ist auf der' in der Mitte liegenden Welle 4 gelagert, die durch die beiden Spitzen 5, 5' getragen wird und sich um deren gemeinschaftliche Achse zusammen mit den Spulen 1, 2 und dem Rahmen 3 drehen kann. Die von der Leitung abgezweigten Ströme werden mittels zweier Paare von biegsamen Drähten 6, 6' und 7, 7', welche eine gewisse Verschiebung der Ausrüstung gestatten, in die Spulen 1, 2 hinein und hinaus geleitet.

Die Spulen 1, 2 sind zur Hälfte in der Mitte zweier Hauptstromspulen 8, 9 angebracht, die in Reihe zur Hauptleitung liegen und aus Drähten gebildet werden, welche der Stärke des durch sie fließenden Stromes angemessen sind.

Die Schaltung ist im Falle eines dreiphasigen Stromkreises die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte. Die Spulen 1, 2 liegen hierbei im Nebenschluß zu den drei Drähten der Leitung, während die Spulen 8, 9 in Reihe zu den beiden ersten Drähten angeordnet sind. Zwei induktionsfreie Widerstände 10, 11 von einem Material, das einen sehr geringen Wärmekoeffizienten hat, dienen nötigenfalls zur Regelung des in die Spulen 1, 2 geleiteten Stromes und zur Verminderung der Induktion und des Wärmekoeffizienten.

Die kleine Welle 4 bildet zwar in mechanischer Hinsicht ein starres Ganzes zwischen den zwei Spitzenlagern 5, 5', ist aber elektrisch durch einen Isolator 12 in zwei Teile geteilt. Sie kann zusammen mit der Ausrüstung mittels einer Spiralfeder 13 in Umdrehung versetzt werden, die an einem Ende mit einem starren Arm 14 (s. Fig. 1) und am anderen Ende mit einer kleinen, in Verlängerung der Welle 4 liegenden Welle 15 in Verbindung steht. Die Welle 15 trägt ein Zahnrad 16, das von einer durch einen kleinen Elektromotor 18 angetriebenen Schnecke 17 in Drehung versetzt werden kann.

Eine dritte kleine Welle 19, konaxial mit den vorigen, ist mit der Welle 4 durch eine Feder 20 und Arm 21 und 14 verbunden und trägt einen starren. Arm 22, der in eine Platinplatte ausläuft. Diese Platte kann zwischen zwei festen Spitzen 23, 24 schwingen, welche ebenfalls aus Platin bestehen und nicht weit voneinander entfernt sind, so daß eine elektrische Berührung zwischen dem Arm 22 und einer der beiden Spitzen 23, 24 hergestellt werden kann.

Die Schnecke 17 treibt noch ein zweites Rad 25, welches mittels eines Zahnrades 26 eine Zahnstange 27 in Bewegung setzt, wie aus Fig. ι ersichtlich ist.

Diese Zahnstange trägt einen sich längs einer mit Gradteilung versehenen Skala 29 bewegenden Zeiger 28 und einen Stift oder eine Feder 30, welche auf einen Bogen Papier, mit dem eine durch ein Uhrwerk 32 getriebene Trommel 31 belegt ist, die Abschiebungen der Zahnstange 27 aufzeichnet. Mit dem Arm 22 (s. Fig. 2) ist leitend mittels eines biegsamen Drahtes 33 eine Bürste i8' des Motors verbunden, während die andere 18" durch den Draht 34 (Fig. 2) mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstandsspulen 35, 36 in Verbindung steht. Die Kontaktspitze 23 ist durch den Draht 37 an das andere Ende der Widerstandsspule 35 und die Spitze 24 durch den Draht 38 an das der Widerstandsspule 36 angeschlossen.

Diese beiden Endpunkte der Widerstandsspulen 35, 36 haben entgegengesetzte Polarität in bezug auf den Vereinigungspunkt, so daß ein Strom, je nachdem der Arm 22 mit der Spitze 23 oder 24 in Berührung kommt, in den Anker des Motors in einer oder in der anderen Richtung geleitet wird. Dieser wird dann, wie bekannt, in der einen oder in der anderen Richtung in Drehung versetzt und es wird demnach die Feder 13 mittels der Schnecke 17 und des Zahnrades 16 ent\veder gespannt oder nicht. Wenn sich der Arm 22 in der mittleren Stellung zwischen den Spitzen 23 und 24 befindet,' läuft kein Strom in dem Anker, der Motor steht still und die Feder 13 hält den Arm 22 in einer Zwischenstellung' zwischen den Spitzen 23 und 24.

Gesetzt, der Stromkreis werde von einem Strom durchflossen, so entstehen zwischen den Spulen 1, 8 und den Spulen 2,' 9 gleichgerichtete elektrodynamische Wirkungen, welche darnach streben, die beweglichen Teile des Meßgerätes in Drehung zu versetzen, und zwar mit einer Kraft, welche der Gesamtleistung des dreiphasigen Stromkreises proportional ist. Damit dies der Fall ist, müssen die Verbindungen derart angeordnet sein, daß die beiden elektrodynamischen Wirkungen dieselbe Richtung haben. Ferner müssen die Spulen 8, 9 (und demnach auch 1, 2) weit genug voneinander abstellen, damit die Spule 8 nicht auf Spule 2 und Spule 9 nicht auf Spule 1 wirken kann. Obgleich diese Drehung der beweglichen Ausrüstung nicht groß ist, so wird sie doch mittels der kleinen Welle 4, des Armes 21 und der Feder 20 auf den Arm 22 übertragen, welcher mit einer der beiden Spitzen 23, 24, z. B. mit 23, in Berührung kommt. Hierauf kommt der Motor in Drehung und dreht mittels der Schnecke 17 auch das Schraubenrad 16 und demnach auch das Ende der Feder 13. Die Verbindungen sind derart angeordnet, daß die Drehung der Feder das Bestreben hat, die bewegliche Ausrüstung in umgekehrter Riehtung zu der durch die Wirkung des Stromes veranlaßten Drehung zu drehen. Wenn die Spannung der Feder 13 der Wirkung des Stromes das Gleichgewicht hält, so wird die bewegliche Ausrüstung und demnach auch der Arm 22 in die ursprüngliche Lage zurückgeführt werden, wodurch der Motor zum Stillstand gebracht wird, da der Kontakt zwischen dem Arm 22 und der Spitze 23 aufgehoben ist. Das Ende der Feder 13 und demnach auch die Zahnräder 16, 25, 26 werden sich unreinen der Energie des Stromes proportionalen Winkel gedreht und die Zahnstange 27 mitgenommen haben, deren Verschiebung gleichfalls zu ,der Energie des Stromes proportional ist. Wenn an dem Zahnrad 26 ein Zeiger angebracht wäre, so würde dieser auf einem kreisförmigen Zifferblatt die Leistung des Stromes in Watts angeben; es kann aber auch an der Zahnstange ein Zeiger 28 befestigt sein, oder eine Schreibfeder oder ein Bleistift 30 kann die Leistung des Stromkreises in Watts in jedem Augenblick zahlenmäßig angeben.

Tritt nun eine Erhöhung in der Leistung des Stromes ein, dann wird aus den erörterten Gründen die Feder 13 der Wirkung des Stromes auf die bewegliche Ausrüstung nicht mehr das Gleichgewicht halten können und der Arm 22 wird wiederum mit der Spitze 23 in Berührung kommen, so daß, nachdem die Berührung wieder hergestellt ist, der Motor in derselben Richtung sich drehen wird wie

früher, bis das Gleichgewicht zwischen der Wirkung des Stromes und der Wirkung der Feder 13 wiederum hergestellt ist. In diesem Augenblick wird infolge Unterbrechung des Kontaktes zwischen der Spitze 23 und dem Arme 22 der kleine Motor stehen bleiben. Nimmt man nun an, daß die Leistung ^des Stromes abnimmt, dann ist die Wirkung der Spannung der Feder 13 stärker als die Wirkung des Stromes auf die bewegliche Ausrüstung, so daß der Arm 22 mit der anderen Spitze 24 in Berührung gebracht wird. Dadurch wird sich der Motor in umgekehrter Richtung drehen, indem er die Spannung der Feder 13 vermindert, bis dieselbe wiederum der Wirkung des Stromes auf die bewegliche Ausrüstung das Gleichgewicht hält, worauf der Motor infolge Entfernung des Armes 22 von der Spitze 24 zum Stillstande gelangen wird. Sowohl im ersten' als im zweiten Fall werden sowohl der Zeiger auf der Skala, wie der Bleistift oder die Feder auf der Trommel Zahlen angezeigt bezw. aufgezeichnet haben, die der Leistung des Stromes in Watts proportional sind.

Es ergibt sich demnach, daß jedem Werte der Leistung des Stromes eine bestimmte Stellung des Zeigers auf der Skala bezw. des Stiftes oder der Feder auf der Trommel entspricht, so daß der Apparat als Zeige- und Registrier-Wattmeter dienen kann.

Die Fig. 2 stellt ein genaues Schaltungsschema der Verbindungen sowohl der Spulen des Wattmeters, wie des Motors dar, falls es sich um einen dreiphasigen Strom handelt. Von einem beliebigen Stromkreise, welcher im vorliegenden Fall dem dreiphasigen Verteilungsnetz angehört, wird nötigenfalls unter Vermittelung eines Transformators 39 eine Ableitung hergestellt, welche die Feldspule 45 des kleinen Motors und die beiden induktionslosen Widerstände 35 und 36 enthält. Dadurch wird erzielt, daß die Endpunkte der Widerstände 35 und 36 entgegengesetzte Polaritäten mit Bezug auf den Mittelpunkt erhalten, was eine notwendige Bedingung für die Wirkung des Motors 18 ist.

Wenn der Apparat mit Wechselstrom arbeitet, so unterliegt die bewegliche Ausrüstung Schwingungen, durch welche die Herstellung eines guten Kontaktes zwischen dem Arme 22 und den Spitzen 23 oder 24 beeinträchtigt werden kann. Zur Vermeidung dieses Übelstandes wird die Übertragung der Bewegung vom Arme 22 mittels einer biegsamen Feder 20 bewirkt. Der Arm 22 hat ein solches Beharrungsvermögen an sich, daß die schnellen, am Ende der Feder 20 übertragenen Schwingungen von dem Arm 22 kaum verspürt werden, während die Bewegungen der drehbaren Ausrüstung und der Feder 13 übertragen werden.

Der Kontakt des Armes 22 mit einer der Spitzen 23, 24 ist sonach stets sicher und stabil, wie wenn der Apparat mit Gleichstrom arbeitet.

Derselbe Apparat kann zur Messung der Gesamtleistung zweier beliebiger Stromkreise dienen. Es genügt, daß die Spule 8 in Reihe und die Spule 1 in Nebenschluß zu dem ersten Kreis und die Spirale 9 in Reihe und diejenige 2 in Nebenschluß zu dem anderen geschaltet ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich.

So könnte man mit drei oder vier oder mehr feststehenden, in Reihe geschalteten und drei oder vier oder mehr in Nebenschluß geschalteten beweglichen, aber mit der kleinen Welle 4 starr verbundenen Spulen die Leistung von drei oder vier oder mehr untereinander unabhängigen oder nicht unabhängigen Stromkreisen messen. Die Fig. 4 gibt schematisch die Anordnung der Spulen für den Fall von vier Kreisen an. Sollte man dagegen die Energie eines einzigen Stromkreises zu messen haben, so genügt eine einzige, die Spannung messende und eine Strom messende Spule.

Claims (1)

1. 85 Patent-Anspruch :

   Ein elektrisches Meßgerät mit selbsttätiger Zurückführung der beweglichen Ausrüstung auf die Nullstellung mittels eines umsteuerbaren Motors, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kontakt mit zwei die Drelirichtung bestimmenden Spitzen herstellende Arm. in zwei Stützen, welche von den die Ausrüstung haltenden unabhängig sind, drehbar gelagert ist und durch die bewegliche Ausrüstung mittels einer Feder zwecks Dämpfung der Schwingungen bei Herstellung der elektrischen Kontakte bewegt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.