DE206219C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 206219 KLASSE 21 e. GRUPPE

ALBERT LOTZ in CHARLOTTENBURG.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Oktober 1906 ab.

Es ergeben sich des öfteren Fälle, in welchen die Eichkurve elektrischer Meßgeräte nicht den erwünschten Verlauf nimmt. Den Grund hierfür bilden vielfach von der Meß-Stromstärke abhängige Änderungen der magnetischen Streuung und Permeabilität oder des Ohmschen Widerstandes, oder die quadratische Funktion des Stromes, insbesondere aber (ausschließlich oder gleichzeitig) die zu

ίο überwindenden Reibungsmomente der Geräte selbst sowie der von diesen etwa anzutreibenden Registriervorrichtungen oder Zählwerke. Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Einrichtung besteht nun darin, daß bei solchen Geräten an den zu verändernden Stellen des Meßbereiches (Eichkurve) mittels elektrischer Stromwärme erregte Thermoelemente zur Einwirkung gebracht werden, die in der Gerätewickelung selbst oder in einer der letzteren beigeordneten Hilfswickelung angeordnet sind. Der Gegenstand der Erfindung ist durch Beispiele in Fig. 1 bis 6 der Zeichnung erläutert und nachstehend beschrieben. '

In der Zeichnung bedeuten t, t_x usw. Thermoelemente bzw. Batterien solcher, e, e_y die sie erregenden Stromwärmeerzeuger, wie z. B. elektrische Widerstände, Hitzdrähte, Lampen, vom Strome erwärmte Apparatewickelungen oder sonstige derartige Leiter. . Selbstverständlich kann jedoch die Strom wärme solcher Vorrichtungen anstatt unmittelbar auch durch weitere Apparateteüe, wie Eisenkerne, Isolationen 0. dgl., auf die Thermoelemente übertragen werden.

a, h sind die Gerätewickelungen bzw. diesen beigeordnete Hilfswickelungen, wie z. B. Anker, Spulen usw., in welchen die Thermoströme als Hilfs- oder Gegenspannungen oder Ströme verlaufen bzw. elektromagnetische, elektrodynamische u. dgl. Hilfs- oder Gegenwirkungen ausüben sollen, w, W₁, r, d, d_v I, g sind Stromregelungsmittel verschiedener Art, g gleichzeitig auch Wärmeschutzvorrichtungen, sh elektrische Leiter des Gerätes, z. B. sogenannte Nebenschlüsse (Shunts).

Da selbstverständlich die Stärke dieser Hilfs- oder Gegenthermoströme bzw. Spannungen und deren Wirkung nicht immer ohne weiteres das erforderliche Maß haben wird, die Möglichkeit von dessen richtiger und bequemer Bemessung aber natürlich von großer Wichtigkeit bei Meßgeräten ist, so sei zunächst kurz erwähnt, wie sich die Regelung mit einfachsten, leicht herstellbaren Mitteln sowie erforderlichenfalls auch praktisch stufenlos bewerkstelligen läßt, und zwar auch ohne in die Thermo- oder Primärstromkreise eingeschaltete Kontaktregelungswiderstände, wie z. B. w (Fig. 2 und 3), oder einfache geeignet bemessene Widerstände, wie w (Fig. 1 und 6), oder Thermoelementeschalter, wie r (Fig. 3). Wie aus der Zeichnung ersichtlich, können behufs einer solchen Regelung die sekundären Thermoelemente (t, i_x usw.) oder ihre Erreger (e, e_x usw.), oder zwischen beiden Gruppen störend oder übertragend wirkende Mittel, wie z. B. die Diaphragmen bzw. Schieber d (Fig. 1 und 2), bzw. die Linse I (Fig. 2) oder die Luftzirkulation regelnde Klappen, Schieber u. dgl., wie d, d_x, d₂ (Fig. 6), von Wärmeschutzvorrichtungen, wie z. B. g (Fig. 6) oder diese selbst, zum Teil oder insgesamt, jede Gruppe für

sich oder mehrere zugleich, in ihrer gegenseitigen Lage verändert werden. Wie ohne weiteres aus der Zeichnung zu ersehen, lassen sich derart die Thermoströme auch um winzig kleine Beträge, also praktisch stufenlos verändern oder auf solche Beträge einstellen. Ferner kann in dieser Weise eine Regelung der Thermoströme nicht nur bis auf Null erfolgen, sondern, wie aus Fig. 6 hervorgeht,

ίο erforderlichenfalls auch in die umgekehrte Richtung übergehend, indem z. B. die Stromwärme von (Jj durch Veränderung der Stellungen der Schieber d, ä_x mehr oder weniger auf die einen oder die gegenpoligen Kontaktstellen der Thermoelemente t_x geleitet werden kann. Ein Fall der Anwendung des vorliegenden Verfahrens und dessen Einrichtungen ergibt sich nun z. B. bei sogenannten Amperestundenzählern, und zwar sowohl bei solchen, bei denen die drehbar angeordnete Wickelung, der Anker, wie z. B. α (Fig. 1), parallel zu einem vom Verbrauchsstrome durchflossenen Nebenschluß-

. widerstand (Shunt) wie sh geschaltet und daher nur von einem geringen Teile des Verbrauchsstromes durchflossen ist, als auch bei solchen, wo kein Shunt vorhanden ist und der gesamte Verbrauchsstrom durch den Anker selbst geleitet wird, wie z. B. durch den Anker a (Fig. 6). _

Die Eichkurve solcher Zähler nimmt nun bekanntlich bei niedriger Belastung zufolge der nicht kompensierten Reibungsmomente etwa den durch Kurve I (Fig. 4) gezeigten ungünstigen Verlauf, d. h. der Anlauf erfolgt erst bei einer höheren Belastung, wie erwünscht, und die Angaben bei geringer Belastung sind aus demselben Grunde verhältnismäßig zu niedrig. Nun läßt sich aber bekanntlich bei diesen Zählern ein Hilfsdrehmoment zur MiI-derung der meßtechnisch negativen Wirkung von deren Reibungsmoment sowie zur Begünstigung des Anlaufs nicht in ebenso einfacher Weise erzeugen wie z. B. bei elektrodynamischen Wattstundenzählern durch An-Ordnung einer vom Spannungsstrome gespeisten Hilfsspule. Der Grund hierfür ist der, daß ein durch den Anker eines Amperestundenzählers geleiteter, z. B. ebenfalls von der Netzspannung abgezweigter Hilfsstrom bei den Zählern mit Shunt zum weitaus größten Teile durch diesen verläuft wegen seines gegenüber dem Ankerwiderstande geringen Ohmschen Widerstandes, in den Ankern ohne Shunt aber eine naturgemäß für die volle Verbrauchs-Stromstärke berechnete geringe Windungszahl ' durchläuft und also auch in letzterem Falle nur ein verschwindend kleines Hilfsdrehmoment erzeugen bzw. praktisch wirkungslos bleiben wird, sofern seine Stärke, wie z. B.

bei Wattstundenzählern üblich, mit Rücksicht auf den entstehenden Eigenwattverbrauch nur wenige Milliampere beträgt. Andernfalls müßte seine Stärke auf eine in wirtschaftlicher Hinsicht unzulässige Höhe gebracht werden.

Durch die Anwendung der vorliegenden Ein- 65 richtung ist jedoch die Verbesserung der Eichkurve solcher Zähler bzw. die Erzeugung eines ausreichenden Hilfsstromes in demselben ebenfalls ermöglicht, und zwar bei geringem Energieaufwande. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer solchen Ausführungsform. Die unmittelbare Verbindung des Ankers α eines Amperestundenzählers mit dessen Nebenschluß sh ist einerseits aufgehoben und ein oder mehrere Thermoelemente wie t sind mit α und sh in Reihe geschaltet, t wird von einem in den Primärstrom, in vorliegendem Falle z. B. in die Netzspannung eingeschalteten Stromwärmeerzeuger beliebiger Art erwärmt und erzeugt derart einen Hilfsstrom in dem Anker α und dadurch naturgemäß ein Hilfsdrehmoment, sofern die Polfolge von i.und sh richtig gewählt ist.

Wird nun die Stärke dieses Hilfsstromes in der bereits erläuterten Weise, also z. B. mittels Versteilens des Diaphragmas d (Fig. 1), auf eine geeignete Stärke- ein für allemal eingestellt, so kann dadurch die Eichkurve eines solchen Zählers, wie leicht einzusehen, etwa wie die Kurve II (Fig. 4) verlaufend gestaltet werden, bzw. wie diejenige eines mit Anlaufspule ausgerüsteten Wattstundenzählers.

Bei Amperestundenzählern, welche keinen Shunt haben, können die Thermoelemente, welche den Ankerhilfsstrom erzeugen und die Eichkurve ändern, parallel zum Anker .a geschaltet werden, wie z. B. ^₁ (Fig. 6).

In beiden Fällen kann der Hilfsstrom natürlich auch nur durch einen Teil der Wicke- ' lung des Ankers geleitet werden oder durch eine auf dem letzteren angebrachte besondere Hilf s Wickelung unter Anwendung weiterer Stromzuführungskontakte bzw. z. B. einer dritten Bürste, welche in bekannter Weise z. B. mit der Achse oder einem Schleifring in Verbindung stehen kann, so daß ein Hilfsstrom über letzteren und z. B. eine der normal vorhandenen Bürsten durch nur einen Teil des Ankers oder durch dessen Sonderwickelung verläuft.

Da bei solchen Geräten durch den bei vorliegender Einrichtung erzeugten Hilfsstrom naturgemäß die Tendenz zum Leerlaufen auftritt, so kann dieses auch hierbei in üblicher Weise durch eines der bekannten Mittel verhindert werden, wie z. B. durch ein auf der Achse bzw. dem Anker angeordnetes und von irgendeinem Magnetfelde, z. B. dem Dauermagnetfeld des Zählers, in einer gewissen Stellung angezogenes Eisenstückchen.

In manchen Fällen wird das Bedürfnis auftreten, die Eichkurve, wenn dieselbe z. B. wie Kurve I (Fig. 4) in ihrem Endverlaufe zu hoch

ansteigt, herunterzudrücken, wie ζ. Β. Kurve III, oder aber umgekehrt. Dies läßt sich durch die Anwendung der neuen Einrichtung ebenfalls erreichen. In Fig. 2 sind z. B. in die parallel zu einem Nebenschluß sh geschaltete Gerätewickelung a, z. B. den Anker eines Amperestundenzählers, die Thermoelemente t_x eingeschaltet, welche von der in sh fließenden bzw. in diesem Falle von der veränderlichen ■ Verbrauchsstromstärke erregt bzw. erwärmt werden.

Bei geringer Stromstärke in sh, also bei Beginn der Eichkurve, wird die Stromwärme und damit die Erregung der Thermoelemente jedoch nur sehr klein sein bzw. praktisch gleich Null, bei steigendem Strom aber schnell anwachsen, und zwar etwa proportional dem Quadrat der Stromstärke in sh, so daß die Thermostromspannung und deren Stromwir-

2o-kung dementsprechend gegen das Ende der Eichkurve zunimmt und diese demgemäß ändert.

Es ist klar, daß durch dieses Verfahren und eine solche Schaltung bzw. einen sich in zunehmendem Maße in Abhängigkeit von dem Grundstrome des Gerätes geltend machenden Extrastrom die Eichkurve eines Gerätes je nach Einschaltung der- Thermoelemente im Endverlaufe herunter- oder heraufgedrückt bzw. überhaupt verändert und schließlich auch in die entgegengesetzte Wirkung übergeführt werden kann.

Dabei kann, wie in Fig. 2 gezeigt, gleichzeitig auch der Beginn der Kurve durch einen von Thermoelementen, wie z. B. t, erzeugten Hilfs-. oder Gegenstrom wie beschrieben geändert werden.

Die Wirkungen der angewendeten Thermoextraströme können gegebenenfalls jedoch auch sonst in besonderen, den zu beeinflussenden Gerätewickelungen beigeordneten Hilfswickelungen zur Geltung gebracht werden, wie z. B. in h (Fig. 5 und 6). Ferner können auch beliebige andere elektrische Ströme zur Erzeugung der Stromwärme und der Thermoströme angewendet und dadurch der Verlauf der Eichkurve von denselben abhängig gemacht - werden.

Bei Wattstundenzählern nach dem Elektrodynamometerprinzip irgendwelcher Art ist die Eichkurve bei geringen Belastungen bekanntlich von der Netzspannung abhängig, indem das von der vom -Ankerstrom durchflossenen Hilfsspule auf den Anker des Gerätes ausgeübte Hilfsdrehmoment etwa proportional dem Quadrate des beide durchfließenden Nebenschlußstromes bzw. der den letzteren erzeugenden Netzspannung ist. . Dies hat zur Folge, daß. die Zähler bei übernormaler Netzspannung leerlaufen und geringe Belastungen zu hoch anzeigen, umgekehrt bei zu geringer Netzspannung zu niedrig anzeigen und schlechter anlaufen.

Dieser Übelstand kann nun durch die vorliegende Einrichtung ebenfalls behoben oder zumindest innerhalb praktisch genügender Grenzen gemildert werden, so daß die Eich- ■ kurven auch in dieser Hinsicht geändert werden und bei verschiedener Netzspannnng annähernder oder völlig übereinstimmen. In Fig. 3 ist ein solches Beispiel gezeigt. Der Anker α eines Zählers ist in üblicher Weise in Reihe geschaltet mit einer in diesem Falle als Anlauf spule dienenden Wickelung h, welche der besseren Übersichtlichkeit halber in nur einer Windung bestehend dargestellt ist. Der Ankerstrom durchfließt h in der durch einen Pfeil auf der Windung selbst bezeichneten Richtung. · Dieser Hilfsspule h sind nun die Thermoelemente t parallel geschaltet, und zwar derart, daß der von ihnen zufolge Erwärmung durch e erzeugte Thermostrom, wie der innere Pfeil andeutet, also in umgekehrter Richtung in h verläuft wie der Anker- bzw, Netzstrom.

Während nun der unmittelbare Ankerstrom in h bekanntlich etwa proportional der Netzspannung steigt und fällt, verändert sich dagegen die einen Extrastrom entgegengesetzter Richtung in h erzeugeude Thermostromspannung hierbei etwa proportional der an e auftretenden Stromwärme, also etwa proportional dem Quadrat der diese erzeugenden Netzspannung. Zufolge dieses weit schnelleren Anwachsens der Thermostromspannung erzeugt diese in h einen dementsprechend zunehmenden Exstrastrom umgekehrter Richtung. Hierdurch wird der Ankerstrom aus h in demselben Maße verdrängt und fließt mehr durch das zu h parallel geschaltete t. Es dürfte nun klar sein, daß in dieser Weise die resultierende Stromstärke in h z. B. nicht nur etwa annähernd konstant erhalten werden kann, sondern daß die Verhältnisse, wie ζ Β. der Widerstände von h und t sowie die Erregung des letzteren auch so gewählt werden können, daß sie bei steigender Netzspannung sogar fällt und umgekehrt.

Auch im vorliegenden Falle könnte jedoch der Thermostrom in einer besonderen Zusatzspule, wie z. B. h (Fig. 5 und 6), neben der ohnehin vorhandenen Hilfsspule des Zählers zur Geltung gebracht werden, anstatt in dieser selbst wie in Fig. 3. In beiden Fällen kann nun aber durch vorliegende Einrichtung z.B. .115 erzielt werden, daß die Differenzwirkung des unmittelbasen Stromes und des Extrastromes, nämlich deren gemeinsames Magnetfeld (Hilfsfeld), sich etwa im umgekehrten Verhältnisse wie die Netzspannung bzw. der Ankerstrom ändert.

Dies ist nun aber bei solchen Zählern gerade erwünscht, indem alsdann, wie leicht

einzusehen, trotz Änderungen der Netzspannung und des Ankerstromes das von diesem und dem Hilfsmagnetfeld (Hilfsspule) erzeugte Hilfsdrehmoment dennoch etwa konstant bleibt. Ein derart eingerichteter Zähler wird also trotz schwankender Netzspannung nicht nur eine gleichbleibende Anlaufsfähigkeit aufweisen bzw. bei Überspannung also nicht leerlaufen, sondern namentlich auch geringe

ίο Belastungen, sowohl bei über- als auch bei unternormaler Netzspannung, dennoch mit etwa konstant bleibender oder zumindest größerer Genauigkeit wiesonst messen bzw. registrieren.

Die Stromwärmeerzeuger bzw. Widerstände, wie e usw., können z. B. gleichzeitig als Vorschaltwiderstände der eigentlichen Gerätewickelung bzw. der Nebenschlußspule, des Ankers usw. dienen, wie z. B. e (Fig. 3). Ferner können die Thermostromkreise bzw. die hierfür angeordneten Hilfswickelungen h gegebenenfalls von den sonstigen Gerätestromkreisen, wie a, beliebig gut isoliert werden, da sie mit diesen nicht in leitender Verbindung zu stehen brauchen.

Dienen die Thermoströme in der erwähnten Weise zur Änderung des Beginns der Eichkurve, z. B. eines Amperestundenzählers oder sonstigen Meßgerätes, wobei deren Wirkung rbenfalls etwa konstant bleiben soll, trotz Änderungen der Netzspannung, so kann dies z. B. dadurch erreicht werden, daß die Bewegung irgendeines der geschilderten kontaktfreien Regelungsmittel, wie Lageveränderungen der Thermoelemente, Erreger, Schieber usw., mittels einer durch die Netzspannung oder den sonstigen in Betracht kommenden Strom gespeisten elektromagnetischen oder sonstigen elektrodynamischen Vorrichtung bzw. Relais selbsttätig bewirkt werden. Z. B. so, daß, wenn die Netzspannung steigt, durch die Wirkung des von ihr gespeisten Elektromagneten Bewegungen eintreten, durch die der Abstand zwischen den Thermoelementen und ihren Erregern, also der Strömwärmeweg, verlängert oder mittels Schieber ein Umweg hergestellt wird, wonach die Thermoelemente dennoch in konstant bleibendem Maße erregt werden, oder aber sogar in vermindertem Maße, wenn der Erregerstrom bzw. die Netzspannung steigt, und umgekehrt.

Ein derart auf etwa konstant bleibenden Ankerhilfsstrom eingestellter Amperestundenzähler wird alsdann ebenfalls etwa konstant ■ bleibende meßtechnische Eigenschaften, wie Anlauf usw., und bei verschiedener Netzspannung dennoch etwa übereinstimmende Eichkurven aufweisen.

Derartige automatische Regelungsvorrichtungen lassen sich erforderlichenfalls auch von der Verbrauchsstromstärke oder beliebigen anderen Strömen oder Spannungen antreiben, wodurch die Eichkurven von diesen abhängig gemacht werden.

Die vorstehenden Beispiele lassen sich sinngemäß auch auf andere Meßgeräte übertragen, so z. B. kann sh (Fig. 1 und 2) auch die Hauptstromwickelung eines elektromagnetischen oder elektrodynamischen Gerätes oder der Nebenschluß eines Hitzdrahtmeßgerätes sein, dessen Hitzdraht α ist, ebenso h (Fig. 3) oder a (Fig. 6).

In vielen Fällen lassen sich jedoch die Wirkungen der bei vorliegender Einrichtung erforderlichen Thermohilfs- oder Gegenströme auch mit weniger Energieaufwand erzielen, als wenn HiIfs- oder Gegenströme derselben Stärke unmittelbar durch die die Stromwärme zur Erregung der Thermoelemente erzeugende höhere primäre Netzspannung erzeugt würden. Dies ist dadurch begründet, daß der Thermoextrastrom nur innerhalb der betreffenden ' Geräte- oder Hilfswickelungen, wie a, h usw., zu verlaufen braucht und daher nur eine verhältnismäßig geringe Spannung an den Thermoelementen t, I₁ usw. zu erzeugen ist, welche bei der meistens sehr geringen, manchmal nur Bruchteile eines Milliamperes betragenden Stärke des Extrastromes daher auch oft nur winzige Bruchteile eines Watts an sekundär aufzubringender elektrischer Energie bildet, wie folgendes Beispiel zeigt.

Der Anker eines Ampei^estundenzählers irgendwelchen Systems habe z. B. 25 Ohm mittleren Widerstand, der Nebenschluß (Shunt) dagegen einen vernachlässigbar geringen. Beträgt nun die Spannung an letzterem bei voller Belastung z. B. 1,5 Volt und ist der zufolge der elektromotorischen Gegenspannnng noch resultierende Ankerstrom z. B. gleich 40 Milliampere, während der Zähler bei ¹Z₂ Prozent der vollen Belastung ohne Hilfsdrehmoment anläuft, so ist .in letzterem Falle die Spannung · am Nebenschluß und damit am Anker gleich 0,0075 Volt, der Strom im Anker gleich etwa 0,0002 Ampere. Soll nun dieser Strombetrag nach der vorliegenden Einrichtung mittels Thermoelemente erzeugt werden, um den Zähler wiederum annähernd zum Anlaufen zu bringen bzw. den Beginn der Eichkurve zu heben, so beträgt die an den Thermoelemen ten, abgesehen von ihrem Eigenwiderstand, erforderliche Spannung 7,5 Millivolt. Diese könnte also erforderlichenfalls von einem einzigen geeigneten Thermoelement (z.B. Eisen-Kupfer, Konstantan-Kxrpfer usw.) noch bei mäßiger Erwärmung geliefert werden.

Nimmt man den Eigenwiderstand der Thermoelemente hoch, z. B. zu 0,25 Ohm an, wobei sie noch in einfachster Weise und mit geringen Abmessungen ausgeführt werden können, sowie der Einfachheit halber, daß der Anker- · strom sich hierdurch nicht vermindert habe, so

beträgt der von demselben sekundär zu leistende elektrische Effekt 2 X 0,00755 χ o,ooo2, also nur 0,00000302 Watt. Selbst wenn man nun des weiteren den Nutzeffekt einer derartigen Umformungsvorrichtung als ganz minimal annimmt, z. B. zu nur ^χ/₁₀ Prozent, so sind in dem die Thermoelemente errregenden Primärstromkreise (β usw.) dennoch nur 0,00302 Watt aufzuwenden, also äußerst wenig.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung zur Änderung der Eichkurve elektrischer Meßgeräte, insbesondere von Motorzählern, dadurch gekennzeichnet, daß an den zu verändernden Stellen des Meßbereiches (Eichkufve) mittels elektrischer Stromwärme erregte Thermoelemente zur Einwirkung gebracht werden, die in der Gerätewickelung selbst oder in einer der letzteren beigeordneten Hilfswickelung angebracht sind, und die Einwirkung dieser Wickelung teilweise verstärkende oder schwächende Hilfs- oder Gegenwirkungen hervorruft.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente durch die Wärme des in einem Leiter bzw. der Wickelung des Gerätes auftretenden veränderlichen Hauptstromes erregt werden und dementsprechend eine veränderliche, positive oder negative, Zusatzwirkung zu derjenigen ihres Erregerstromes ausüben.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente im Spannungsstromkreise einer Anlaufhilfsspule liegen und der Netzspannung entgegenwirken, zum Zwecke, den Einfluß der Spannungsschwankungen auf das Hilfsdrehmoment zu verringern.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 in Anwendung auf Amperestundenzähler, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente im Ankerstromkreise eine die Reibungswiderstände kompensierende Zusatzwirkung ausüben.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorschaltwiderstand einer eigentlichen Gerätewickelung (Nebenschluß- bzw. Drehspule, Anker usw.) gleichzeitig als Stromwärmeerzeuger ■ der Thermoelemente angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.