DE190467C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 190467 KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. November 1906 ab.

Zur Messung des Verbrauches elektrischer Energie werden zur Zeit sehr häufig Apparate benutzt, welche aus einem permanenten Magneten und einem in dem Magnetfelde umlaufenden Anker bestehen. Dieser wird meist parallel zu einem Widerstände, durch welchen der Verbrauchsstrom fließt, geschaltet, und

• die Umdrehungszahl des Ankers ist bei dieser Anordnung dem Strome direkt proportional;

ίο der Apparat kann somit als Elektrizitätszähler, welcher Amperestunden registriert, Verwendung finden.

Man hat nun verschiedentlich versucht, einen nach obigem Prinzip hergestellten Zähler derart zu vervollkommnen, daß die Umdrehungszahl des Ankers dem Produkt aus der Stärke des Verbrauchsstromes und der zwischen den Verbrauchsleitungen herrschenden Spannung proportional ist, damit der Zähler Wattstunden registriert.

Auch sind schon Versuche angestellt worden, solche Zähler nach einem besonderen Verfahren, bei welchem die Elektrizitätsmessung, in zwei getrennt registrierbare Teile zerlegt werden sollte, für geringe Schwankungen der Gebrauchsspannung spannungsempfindlich zu machen. Es ist aber bis jetzt kein derartiger Apparat bekannt geworden, welcher den Anforderungen der Praxis entsprochen hätte.

Durch nachstehend beschriebene Einrichtung läßt sich jeder nach dem ersten Prinzip hergestellte Amperestundenzähler in einfachster Weise zu einem vollkommenen Wattstundenzähler umwandeln, ohne daß der Aufbau des Zählers irgendwie geändert werden müßte.

Das Drehmoment, welches an dem Anker des sogenannten Amperestundenzählers wirksam ist, entsteht bekanntlich durch das konstante Kraftfeld des permanenten Magneten und durch das mit dem Verbrauchsstrome sich ändernde Kraftfeld des Ankers. Um in jedem Falle das maximale Drehmoment zu erreichen, muß die Richtung der Kraftlinien des einen Feldes senkrecht zu derjenigen der Linien des anderen Feldes sein, dagegen entsteht kein Drehmoment, wenn die Linien beider Felder in gleicher Richtung verlaufen.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß durch die zwischen den Verbrauchsleitungen bestehende Spannung die Richtung der Kraftlinien eines Feldes zu der Richtung der Linien des anderen Feldes so geändert wird, daß bei maximaler Spannung auch das Drehmoment ein Maximum erreicht und andererseits, wenn die Spannung gleich Null ist, auch das Drehmoment des Ankers gleich= Null wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel "zur Erreichung des vorstehenden Zweckes.

M ist ein permanenter Magnet, in dessen Felde der Anker A rotiert; K ist der mit der Wicklung ' des Ankers in Verbindung stehende Stromwender,- dessen einzelne Lamellen in einer bestimmten Schraubenlinie

verlaufen, welche so viel Steigung erhalten kann, daß je nach der Wicklung z. B. das obere Ende einer Lamelle um 90⁰ gegen das untere Ende verdreht ist. B sind die Bürsten, welche in der Ruhelage auf dem unteren Ende der Stromwenderstege aufliegen. Wie aus den Figuren zu ersehen ist, sind die Bürsten nicht fest, sondern beweglich angeordnet, und zwar bilden sie die Verlängerung der einen Seite des aus isolierendem Materiale hergestellten zweiarmigen Hebels H, welcher seinen Drehpunkt in den Spitzenlagern D D

■ hat. Die andere Seite des Hebels H trägt eine Spule S, in welche das Polhorn P hineinragt. Der Hebel wird durch die Feder F, welche an einer Seite mit dem — Pol der Leitung und an der anderen Seite mit der Wicklung der Spule S in Verbindung steht, im stromlosen Zustande des Zählers in einer Anfangslage erhalten, so daß die Spule 5 gerade über der Spitze des Polhornes P steht. Der Querschnitt desselben nimmt nach unten etwas zu, wodurch die Spule S bei Stromdurchgang unter Spannung der Feder F bestrebt ist, sich dem Magneten M zu nähern. Die Bürsten B sind durch feine Drahtspiralen mit den Enden des Widerstandes W, durch welchen der Verbrauchsstrom fließt, verbunden, und eine der Bürsten steht außerdem mit der Spule S in Verbindung.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist nun folgende:

Fließt zunächst in den Verbrauchsleitungen kein Strom, so hält die Feder F den Hebel H in einer Stellung fest, in der die Bürsten B die unteren Enden der Stromwenderstege berühren. Hierbei haben die Spulen des Ankerst eine solche Stellung zu dem Kraftlinienfelde des Magneten M, daß selbst bei Stromdurchgang durch den Widerstand W, wenn die Spule S stromlos ist, ein Drehmoment auf den Anker nicht ausgeübt werden kann, denn die Kraftlinien beider Magnetfelder verlaufen parallel zueinander. Besteht zwischen den Verbrauchsleitungen die normale Spannung, so fließt auch durch die Spule S ein schwacher Strom, welcher bewirkt, daß die Spule sich dem Magneten M nähert. Dadurch werden die Bürsten in eine andere Lage gebracht (z, B. in die punktiert gezeichnete Linie in Fig. 1), und es ist leicht einzusehen, daß jetzt die Umschaltung der Ankerspulen infolge der schraubenförmigen Siege in einer anderen Stellung als vordem erfolgt. Die Richtung der Kraftlinien des Ankers und der des Magneten ist nun senkrecht zueinander, und das Drehmoment des Ankers erreicht das Maximum. Solange durch den Widerstand W kein Strom fließt, kann der Anker trotz der günstigen Lage der Magnetfelder nicht umlaufen, denn das Kraftfeld des Ankers ist gleich Null, wenn der Widerstand W stromlos ist. Erst wenn Stromverbrauch durch Lampen usw. eintritt, entsteht das Ankerkraftfeld und der Anker beginnt sich zu drehen mit einer Geschwindigkeit, welche abhängig ist von dem Verbrauchsstrome und der jeweiligen Stellung der Bürsten B auf dem Stromwender bezw. von der Richtung der Kraftlinien beider Magnetfelder zueinander.

Ändert sich im Betriebe die Spannung, während der Verbrauchsstrom konstant bleibt, so stellt die Spule 5 die Bürsten sofort derart auf dem Stromwender ein, daß die Geschwindigkeit des Ankers stets genau proportional dem Produkt aus Spannung und Stromstärke = Watt ist. Der Zähler registriert also in Wattstunden. Da in den meisten Elektrizitätswerken die Spannung selten mehr als 5 Prozent nach oben oder unten schwankt, so hat man es ganz in der Hand, durch größere oder geringere Steigung der schraubenförmigen Stromwenderstege eine genaue Einstellung in der Lage, welche der normalen Spannung entspricht, zu erzielen. Die Form der Stromwenderstege braucht nur einmal entweder durch Rechnung oder durch Versuche ermittelt zu werden und ist dann für alle Zählergrößen festgelegt. Die Regelung kann bequem durch Verstellen des Polhornes P oder der Spule S erfolgen. Ebenso kann die Feder jF zur Einstellung auf eine bestimmte Spannung gebraucht werden.

Die Bürsten mit dem Hebel H und der Spule S lassen sich sehr gering im Gewicht herstellen; infolgedessen ist auch die Reibung in den Spitzenlagern sehr klein, und die Vorrichtung spricht schon auf Änderungen der Spannung an, die weniger als 1 Prozent betragen. Durch entsprechende Abmessung der Stromwenderstege und durch geeignete Ausführung der beweglichen Spule 5 läßt sich das Spannungsmeßbereich des Zählers von Null bis zum Maximum und darüber hinaus vollständig proportional gestalten.

Anstatt den Anker A parallel zu dem Widerstände zu schalten, wie Fig. 3 schematisch zeigt, kann man mit Vorteil auch die Spule S an den Widerstands legen, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist. In diesem Falle fließt durch den Anker dauernd ein von der Netzspannung abhängiger Strom, während durch die Spule S nur dann Strom fließt,- wenn aus den Leitungen. Strom entnommen wird. Die gegenseitige Wirkung des vom Anker erzeugten Kraftfeldes und des Kraftfeldes vom permanenten Magneten aufeinander ist dieselbe als nach Schaltung Fig. 3. Ein Unterschied besteht nur insofern, als auch das vom Anker erzeugte Feld bei normaler Spannung in den Verbrauchsleitungen immer in

maximaler Stärke vorhanden ist; jedoch verlaufen die Kraftlinien beider Felder parallel zueinander, solange keine Stromentnahme aus den Leitungen stattfindet. Erst wenn dieser Fall eintritt, wird das Ankerfeld durch die Spule S entsprechend gedreht, so daß der Anker umzulaufen beginnt.

Außer der in Fig. ι und 2 angegebenen Einrichtung sind noch andere Möglichkeiten vorhanden, um die gegenseitige Lage der Kraftfelder und die Richtung der Kraftlinien in der gewünschten Weise zu ändern, z. B. kann man den Stromwender auf der Achse drehbar und mit der Ankerwicklung beweglieh verbunden anordnen; eine von der Spannung erregte Spule kann hierbei die Verschiebung des Stromwenders, welcher parallel zur Achse laufende Schlitze besitzt, bewirken, indem dieselbe eine mit dem Stromwender verbundene Bremsscheibe zurückzuhalten sucht, so daß sich die Umschaltlage ändert. Auch lassen sich die Bürsten, welche auf dem Stromwender aufliegen, in einem Kreisbogen um den Stromwender durch eine Spule herumbewegen, wodurch ebenfalls die Umschaltlage verschoben bezw. die gegenseitige Lage der Kraftlinienfelder geändert wird.

Claims (2)

Pa tent- Ansprüche:

1. Elektrizitätszähler für Gleichstrom mit permanentem Magneten und einem in dessen Felde angeordneten Anker, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Lage der das wirksame Drehmoment erzeugenden magnetischen Kraftfelder durch eine von dem Verbrauchsstrome, einem Teile desselben oder einem von den Verbrauchsleitungen abgezweigten Nebenschlußstrome durchflossene Spule derart verändert wird, daß die Umdrehungen des Ankers dem Produkt aus Spannung und Stärke des Verbrauchsstromes direkt proportional werden.

2. Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Anker verbundene Stromwender schraubenförmig verlaufende Stege besitzt und die auf diesen schleifenden Bürsten durch eine Elektromagnetspule in der Längsrichtung der Stege bewegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.