DE179284C

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Publication number: DE179284C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Im D. R. P. 167708 ist allgemein ein Verfahren beschrieben, um mittels sogenannter Variatoren, d. h. stark variirender Widerstände von hohem Temperaturkoeffizienten, meistens aus dünnem Eisendraht bestehend, prozentual um ein Vielfaches verstärkt die auftretenden und zur Anzeige zu bringenden Spannungs- oder Stromänderungen auf Meßoder Anzeigeapparate, Relais oder dergl. zu übertragen.

Das geschilderte Verfahren kann nun entweder nach den einfachen Nebenschluß- oder Abzweigemethoden, oder nach Differential-, Brücken- und dergl. Schaltungen zur Ausführung gebracht werden, stets ist jedoch ein Regulierwiderstand im Meßstromkreise erforderlich, um den Gleichgewichtszustand bezw. den Punkt, bei welchem die Bewegung erfolgen soll, einzustellen, und diese Reguliereinrichtung kann auch gleichzeitig zur Ablesung der herrschenden Betriebsspannung oder dergl. benutzt werden.

In den Fig. 1 bis 6 sind die verschiedenen Einrichtungen dargestellt.

Fig. ι zeigt das einfache Schema, wobei der Vorschaltwiderstand 2 den größten Teil der Spannung absorbiert, während an den Variationswiderstand 1 ein Elektromagnet 3 angeschlossen ist, der bei Erreichung bestimmter Spannung auf den Anker 4 wirkt und eine Signaleinrichtung in Bewegung setzt.

Fig. 2 zeigt die einfache Differentialschaltung' nach Art des Differentialgalvanometers, wobei von dem Variationswiderstand 1, der z. B. 10 Volt normal absorbieren möge, die eine Wickelung 5 des Relais 3 und von einem äquivalenten konstanten Widerstände 7 die andere Wickelung 6 abgezweigt wird.

Mittels Kontaktes 9 kann die Größe von 7 justiert werden, während die allgemeine Einstellung und Regulierung mit Hilfe des Kontaktes 8 am Vorschaltwiderstande 2 erfolgt. Der Vorschaltwiderstand 2 absorbiert z. B. etwa 200 Volt Spannung in 220 Voltanlagen. Bei Überschreitung bestimmter Grenzen der Spannung wird wiederum eine Signaleinrichtung mittels des Relais 3 in Bewegung gesetzt.

Fig. 3 zeigt das Schema der Wheatstonesehen Brücke in Anwendung auf diese Variationswiderstandskombination, wobei 1 und 5 die in den entgegengesetzten Zweigen befindlichen Variationswiderstände, 3 und 4 die konstanten Vergleichswiderstände sind; in der Brücke ist eine Signal- oder Anzeigeeinrichtung 6 angebracht, die Einstellung erfolgt mittels des den größten Teil der Spannung absorbierenden Vorschaltwiderstandes 2.

Wenn man in der Brücke ein elektromagnetisches oder sonstiges Relais anbringt, so kann bei zu hoher oder zu niedriger Spannung eine Anzeige- oder Signaleinrichtung bewegt werden; der Punkt, bei welchem dies erfolgt, wird mittels der Verschiebung am

Regulierwiderstande 2 eingestellt, und zwar ergibt sich dieser Punkt bei symmetrischer Brücke darin, wenn bei einer bestimmten Spannung, z. B. dem Sollwert der Spannung (220 Volt), der unveränderte Widerstand von 3 und von 4 gleich dem hierbei auftretendem Widerstandswert des Variators 1 oder 5 ist. Wenn z. B. jeder der Variationswiderstände ι und 5 für ein Reguliergebiet von 10 bis 30 Volt eingerichtet ist, innerhalb dessen also der Strom nahezu genau konstant gehalten wird, und wenn diese Stromstärke, bei welcher der dünne Eisendraht gerade zu der dem Reguliergebiet entsprechenden Glut gebracht wird, 0,1666 Amp. beträgt, so würde demnach bei dunkelster Rotglut, also am Anfange des Reguliergebiets, der „. ., _A , . _ΛΓ . . ίο Volt Eigenwiderstand des Variators τ

O,i666 Amp.

= 60 Ohm betragen, und bei 30 Volt hat sich der Eigenwiderstand des Variators auf 180 Ohm gesteigert.

Bei normaler Spannung wird der von dem Variator absorbierte Spannungsbetrag ent-²^ sprechend der mittleren Rotglut 20 Volt betragen müssen; dies entspricht 120 Ohm Widerstandswert.

Um das Gleichgewicht in der Brücke zu erzielen, muß demnach mit dem Vorschaltwiderstande 2 so lange reguliert werden, bis gerade 20 Volt von dem Variator 1 und von dem Variator 5 aufgenommen werden, wenn, wie in dem Beispiel angenommen ist, der Widerstand 3 gleich Widerstand 4 = 120 Ohm konstant gemacht ist.

Es würde demnach für die vorliegenden Beträge der Vorschaltwiderstand 2 normal 180 Volt (220 — 2 χ 20 Volt) absorbieren müssen, das sind bei 2 X 0,1666 = 0,333 Amp.

Gesamtstrom im Vorschaltwiderstande —

0,333

= 540 Ohm. An dieser Stelle würde demnach auf dem Gleitwiderstande die Marke »220 Volt« sich befinden können; ändert sich die Netzspannung z. B. auf 225 Volt, so würde man, um wiederum Gleichgewichtszustand in der Brücke zu haben, nunmehr 225 — 2X20 = 185 Volt durch den Vorschaltwiderstand 2 aufnehmen müssen, das

sind

0.333

= 555 Ohm.

Somit wäre eine Verschiebung bei dieser veränderten Netzspannung um 15 Ohm an der Skala des Regulierwiderstandes erforderlich, bezw. an diesem Punkte desselben würde sich die Marke »225 Volt« befinden müssen.

Man hat sonach mittels Verschiebung des Regulierwiderstandes bis zum Eintreten des Gleichgewichtszustandes, was durch O - Ausschlag eines in der Brücke liegenden Galvanoskops oder durch Aufhören eines Klingelsignals oder des Tönens eines Telephons (bei Wechselstrom) oder sonstiger Anzeigeeinrichtung angezeigt werden kann, ein einfaches Mittel, um die herrschende Spannung auf der Skala des Regulierwiderstandes abzulesen, indem man dieser Art eine Nullmethode, wie sie des Beispiels halber hier als Brückenschaltung dargestellt ist, zur Einstellung dieses Punktes benutzt, und vermeidet demnach Anzeige- oder Meßeinrichtungen mit direktem Ausschlag bezw. direkter Erregung.

Fig. 6 zeigt eine derartige Einrichtung in ihren Einzelheiten gemäß dem Schema Fig. 3. Die Variatoren in der Brücke sind durch 3 und 6, die konstanten Vergleichswiderstände durch 4 und 5 dargestellt, der gemeinschaftliehe Vorschaltwiderstand ist in zwei Teile der Bequemlichkeit halber zerlegt, nämlich in den regulierbaren Teil 1 und in den unverändert bleibenden Teil 2.

Mittels eines Gleitkontaktes oder der Kurbei 9 stellt man den Punkt des Gleichgewichts auf der Kontaktreihe 7 ein, wobei 8 der Drehpunkt der Kurbel ist, um den ferner ein Zeiger 10, welcher mittels Schraube 12 gegegenüber dem Ansatz 11 der Kurbel 9 verstellt werden kann, drehbar ist; dieser zeigt auf der Skala 13 die herrschende Spannung an. Die Kurbel wird so weit verschoben, bis ein Galvanoskop 22, welches bei Stellung des um 20 drehbaren Umschalters 21 auf Kontakt 17 in die Brücke geschaltet ist, auf ο zeigt, oder bis ein an Stelle von 22 eingeschaltetes Telephon bei Wechselstrom die geringste Lautstärke aufweist, und man hat auf diese Weise ein Mittel zur Messung der Spannung nach einer Nullmethode, gleichmäßig für Gleich-, Wechsel- und Drehstrom verwendbar.

Durch die Teilung des Vorschaltwiderstandes 2 an der Klemme 25 kann man auch einen zweiten Meßbereich, z.B. 110 Volt benutzen, wobei der Vorschaltwiderstand, wie bei dem früheren Beispiel gezeigt, entsprechend in einfacher Art sich berechnet.

In dieser Art lassen sich auch weitere Meßbereiche anbringen und auch andere als Spannungsmessungen, z. B. Isolationsmessungen vornehmen.

Bei Stellung des Brückenumschalters 21 auf Kontakt 18 ist die Brücke geöffnet und auf Kontakt 19 kurzgeschlossen. Wenn noch kein Gleichgewichtszustand infolge falscher Stellung der Kurbel 9 auf Regulierwiderstand ι erreicht ist, so wurden bei abwechselnder Schließung und öffnung der Brücke (zwischen 18 und 19) die Variationswiderstände 3 und 6 auch abwechselnd heller

bezw. dunkler werden, was durch ein entsprechendes Gehäuse 23 mit Fenster 24 an dem glühenden, in einer Glasbüchse eingegeschlossenen Eisendraht noch deutlicher beobachtet werden kann.

Erst wenn die Kurbel 9 auf der richtigen Stelle des Vorschaltwiderstandes steht, also Gleichgewichtszustand erreicht ist, findet kein Unterschied in dem Glühgrade bei Ausschaltung der Brücke mehr statt. Die alsdann an 13 abgelesene Spannung entspricht dem richtigen Werte, und auf diese Weise kann man auch andere Meßinstrumente, wie z. B. 14, die zum Punkt 15 und 16 dieses Meßkreises parallel geschaltet sind, in einfacher Form nacheichen bezw. vergleichen, unabhängig von der Größe ihres Eigenwiderstandes, da derselbe nicht den Meßkreis beeinflußt.

Außer dieser Ablesung der Spannung auf der Teilung des regulierbaren Vorschaltwiderstandes kann man auch, wie beschrieben, selbsttätige Anzeigeeinrichtungen mittels Relais, Glocke, Glühlampen und dergl. in die Brücke schalten und ein Auftreten falscher Spannung selbsttätig melden. Alsdann wird diese Anzeigeeinrichtung an die Klemmen 19 und 20, wie die punktierten Linien zeigen, angeschlossen, während der Umschalter 21 auf 18 steht, also die Brücke im übrigen geöffnet oder auch auf 17 gestellt ist, wobei dann die Meß- und Anzeigeeinrichtungen gleichzeitig in Tätigkeit gesetzt werden können.

In Fig. 3 ist als Anzeigeeinrichtung auch eine einfache Glocke mit Selbstunterbrecher in die Brücke geschaltet.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß je nach dem Fehler der Spannung die Glocke verschieden laut tönen wird, da entsprechend dem Fehler der Spannung die in der Brücke herrschende Spannungsdifferenz mehr oder weniger groß ist.

Man hat auf diese Weise eine direkte Abstufung der Signalisierung nach der Größe des Fehlers. Ebenso lassen sich auch Registrier- oder sonstige Einrichtungen von der Brücke aus bewegep.

Fig. 4 zeigt die Anwendung einer unsymmetrischen Brücke, wobei 1 und 5 wiederum die Variationswiderstände der entgegengesetzten Zweige, 3 bezw. 4 und 8 die konstanten Vergleichswiderstände sind, während mit 2 der Regulierwiderstand angedeutet ist. Es sind zwei Brückenzweige 6 und 7 dargestellt, die zwischen Punkt c und a bezw. c und b geschaltet sind.

Wie die Pfeile andeuten, würde bei zu

hoher die eine, bei zu niedriger Spannung die andere Anzeigeeinrichtung in Tätigkeit treten. Durch Anwendung einer nicht im Nullzustande, sondern auch bei normaler Spannung einen gewissen, wenn auch kleinen Spannungsbetrag aufweisenden Brücke ist man in der Lage, die Trägheit von Anzeigeeinrichtungen infolge der Masse, der Remanenz und dergl. zu kompensieren, also gleichsam eine »Anlaufskraft« zu gewinnen, die selbst noch nicht zur Bewegung ausreicht, aber das Ansprechen selbst bei geringen Variationen der Spannung alsdann nach Belieben erleichtert.

In derselben Weise kann man auch eine einzige schräg liegende sogenannte »gestörte« Brücke anstatt der beiden Brücken 6 und 7 anwenden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung, um auch größere Kraftleistungen zu erzielen. Man ist zwar allgemein in der Lage, mit Hilfe der beschriebenen Einrichtungen nach Belieben große Kräfte auszulösen, indem man alle Brückenzweige für einen stärkeren Stromverbrauch dimensionirt, z. B. mehrere kleine parallel geschaltete Variationswiderstände, oder auch solche für größere Ströme, etwa bis zu ι Amp. aufwärts anwendet, an Stelle der vorher geschilderten kleinen Dimensionen für z. B. 0,1666 Amp.

Die in Fig. 5 geschilderte Anordnung benutzt eine Art Planetengetriebe zur Ver-Stärkung der Wirkung der Brücke. Hier sind z. B. zwei kleine Elektromotoren α und b dargestellt; der Nebenschluß des einen Elektromotors α erhält z. B. konstante Erregung, indem er dem Variationswiderstande vorgeschaltet ist, also einen konstanten Strom bekommt, während der Nebenschluß des anderen Elektromotors b eine starke, mit den Spannungsschwankungen wechselnde Erregung empfängt, denn sein Nebenschluß ist von einem Variationswiderstande abgezweigt, dem ein Vorschaltwiderstand vorgeschaltet ist. Es werden also an dem einen Nebenschluß, der z. B. mit 20 Volt erregt wird, die Spannungsschwankungen eines 220 Voltnetzes in nahezu zehnfach vergrößertem Maße sich äußern.

Die Tourenzahl des Elektromotors b wird stark variieren, während der Motor α nur eine wenig schwankende Tourenzahl erhält.

Die Differenz der Geschwindigkeiten wird durch die Zahnräder auf ein Planetenrad c übertragen, von dem aus die Bewegung dann weiter auf Umschalter, Zellenschalter, Regulierwiderstände usw. wirken kann.

In dieser oder ähnlicher Weise lassen sich auch Einrichtungen mit größerer Energieleistung mit erhöhter Empfindlichkeit in Bewegung setzen.

Außer den vorher erwähnten elektromagnetischen, akustischen Signal-, Meß-, Anzeige- und Regelungsvorrichtungen dient die vorher

erwähnte und näher beschriebene optische Einrichtung, in der Beobachtung der Glühgradveränderung bestehend, als einfaches Mittel zur Kontrolle elektrischer Stromkreise 5 ohne irgendwelche weiteren Meßinstrumente, und sie hat den Vorteil, für Gleich- und Wechselstrom ohne weiteres benutzbar zu sein; auch die einfache Beobachtung des Glühgrades selbst gibt bei einiger Übung

ίο schon ein Mittel zur Feststellung an die Hand, da man selbst bei Schwankung von wenigen Volt bereits deutlich die Zunahme oder Abnahme des Glühens der dünnen Eisendrähte an den Variationswiderständen der Brückenzweige wahrnehmen kann.

Claims

Patent-Ansprüche:

I. Einrichtung zur Empfindlichkeitssteigerung elektrischer Anzeige- und Re- gulierungsgeräte mittels Zusammenschaltung von die Stromstärke konstant haltenden Widerständen von hohem positiven Temperaturkoeffizienten (z. B. Eisen) und konstanten Widerständen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der jeweilig herrschenden Spannung das Gleichgewicht der Widerstandskombination durch Veränderung der Größe eines oder mehrerer im Meßstromkreise enthaltener, den größten Teil der Spannung aufnehmender konstanter Widerstände eingestellt wird, welche Veränderung als Maß der herrschenden Spannung erforderlichenfalls benutzt werden kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei statt eines in die Brücke geschalteten Meßgerätes, Indikators oder Telephons auch eine als Selbstunterbrecher oder Schalter ausgeführte Kurzschlußvorrichtung der Brücke angewendet ist, mittels deren abwechselnder Schließung und Öffnung an den im Glühzustande befindlichen Widerständen von hohem Temperaturkoeffizienten der Gleichgewichtszustand sichtbar gemacht werden kann.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Verwendung als selbsttätige Signal- und Regelungseinrichtung des elektrischen Zustandes durch Einschaltung von Relais in die Brücke, wobei durch Einstellung des mit Teilung versehenen Regulierwiderstandes die genannte Wirkung bei jeder gewünschten Spannung erreicht werden kann.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Widerstandsunterschiede der Brückenseiten, auch unter normalen Verhältnissen Spannungsdifferenzen in der Brücke herrschen zwecks Erzielung einer Anlaufsspannungsdifferenz zur Erhöhung der Anfangsempfindlichkeit und zur Unterscheidung des Charakters der Spannungsänderung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,