DE256760C

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Publication number: DE256760C
Application number: DENDAT256760D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT,

PATENTSCHRIFT

-'Λ*256760 -KLASSE 21 e. GRUPPE

CARL TOBIAS in BUDAPEST.

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet eine Vorrichtung, mittels welcher die Verhältniszahl zweier elektrischer Ströme (gleichgültig, ob Gleich- oder Wechselstrom) gemessen und angezeigt werden kann. Die Vorrichtung besteht aus zwei Stromspulen, die auf je einen in ihrem Innern einen Viertelkreis bestreichenden und auf einer gemeinsamen Achse radial befestigten Eisenkern einwirken.

ίο Es sind bereits derartige Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei welchen ebenso wie bei der vorliegenden Erfindung veränderliche, durch die Anziehungskraft von Stromspulen auf Eisenkerne hervorgerufene Drehmomente einander entgegenwirken, bei welchen jedoch die Veränderlichkeit der Drehmomente ausschließlich durch die Veränderlichkeit der Anziehungskräfte hervorgerufen wird, die Verhältniszahl der wirksamen Armlängen der Anziehungskräfte jedoch in jeder Lage des drehbaren Systems unveränderlich bleibt.

Demgegenüber ist beim Gegenstande vorliegender Erfindung die Veränderlichkeit der Drehmomente durch die Veränderlichkeit der Verhältniszahl der wirksamen Armlängen der Eisenkerne hervorgerufen, welche im Vergleich mit der geringen Veränderlichkeit der Anziehungskräfte überwiegend und auf die Zeigerstellung ausschlaggebend ist.

Die Fig. 1 bis 3 der beiliegenden Zeichnung veranschaulichen beispielsweise mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in schematischer Darstellung.

In Fig. ι stellt A eine flache Spule dar, in welche der Strom i eingeführt wird. In den inneren flachen Hohlraum der Spule ragt der an der Achse O befestigte Arm r ein, an welchem ein Weicheisenkern E befestigt ist. Die Achse 0 ist dicht an der Spulenmündung und seitlich von der Mittellinie der Spule angeordnet, so daß Arm y mit dem Eisenkern E im Spuleninnern nahezu einen Viertelkreis bestreichen kann, wobei der Eisenkern fortwährend im Spuleninnern verbleibt. Der Arm r hat daher zwei Grenzstellungen. In der einen steht derselbe nahezu rechtwinklig, in der zweiten dagegen parallel zur Spulenachse.

Der in die Spule A eingeführte Strom i übt auf den Eisenkern eine Anziehungskraft P aus, welche bei entsprechend kleiner Innenweite und genügender Länge der Spule parallel zur Spulenachse gerichtet ist und der Stromstärke i sowie der Windungszahl η der Spule proportional ist.

Die Kraft P übt auf die Achse 0 ein Drehmoment aus, dessen Größe M — Pa beträgt.

Die Größe dieses Drehmomentes ist im allgemeinen auch bei gleichbleibender Stromstärke veränderlich, da sowohl P als auch α der Lage des Eisenkernes entsprechend veränderlich sind. Bestreicht Arm r nun zwischen seinen beiden Grenzstellungen nahezu 90°, so verändert sich die Größe von α zwischen Null und nahezu r. Die Kraft P dagegen wird im allgemeinen um so größer, je tiefer der Eisenkern in die Spule eintaucht.

Die Veränderungen von P und α sind einander entgegengerichtet, da mit der Zunahme der Eintauchtiefe des Eisenkernes die Größe von α abnimmt, und umgekehrt.

Die Art und Weise der Veränderung λ'οη P hängt ausschließlich von der Ausgestaltung der Spule A ab. Die Veränderung von α ist dagegen geometrischer Art. Der Ablauf und das Gesetz der Veränderung der Kraft P kann

ίο beeinflußt, die Art und Weise der Veränderung des Armes α kann dagegen nicht beeinflußt werden. Wird die Höhe der Spule A im Vergleich zur größten Eintauchtiefe des Eisenkernes E genügend lang bemessen, ist die Veränderung von P sehr gering, so daß in der Gleichung M = Pa der Einfluß von α überwiegt, und die Veränderung des Drehmomentes nimmt den Charakter der Veränderung von a an. Dies geschieht in vollkommener Weise, wenn die Spule A solche Abmessungen erhält, daß P in jeder Tiefenlage des Eisenkernes unveränderlich bleibt.

Durch entsprechende Wahl der Spule A sowie infolge der eigenartigen relativen Lage der Achse O zur Spule ist nun zu bewerkstelligen, daß das Drehmoment M, im Sinne der Drehrichtung fortschreitend, immer geringer wird, und umgekehrt.

Es werden nun nach Fig. 2 und 3 zwei Spulen A und B mit je einem Eisenkern angeordnet, wobei die Eisenkerne auf einer gemeinschaftlichen Achse O befestigt und die Spulen so angeordnet werden, daß die durch die Anziehungskräfte P und Q erzeugten Drehmomente M und N einander entgegenwirken und dabei dem Maximum von M ein Minimum von N entspricht, und umgekehrt. Es entsteht auf diese Weise eine Vorrichtung, mittels welcher die Verhältniszahl zweier Stromstärken angezeigt werden kann. Es ist nämlich

M -Pa,

N =z Qb,

wobei, wenn das bewegliche System sich im Sinne des Drehmomentes M verdreht, M immer kleiner, N dagegen immer größer wird, und umgekehrt.

Ist daher die Verhältniszahl der beiden Stromstärken J₁ und i₂ zu bestimmen, so läßt man die Spule A von i_lt die Spule B dagegen von i₂ durchfließen, wodurch mit diesen Stromstärken proportionale Anziehungskräfte P und Q entstehen. Die dadurch auftretenden Drehmomente M und N sind im allgemeinen ungleich, es verdreht sich daher das bewegliche System im Sinne des momentan überwiegenden Drehmomentes, was zur Folge hat, daß das größere Drehmoment sich vermindert, das kleinere dagegen sich vergrößert. Es tritt jedoch endlich ein Gleichgewichtszustand auf, in welchem

Pa = Qb,
das heißt: ,

P b_

Q ⁼ T

beträgt. Und da P und Q mit den Stromstärken I₁ und i₂ proportional sind, wird die Verhältniszahl der geometrischen Größen b und α mit der Verhältniszahl der Stromstärken proportional sein.

Einer jeden Stellung des beweglichen Systems entspricht je eine bestimmte Größe von a und b. Es kann daher an der Achse O ein Zeiger Z befestigt und an einer Skala die entsprechenden Verhältniszahlen von α und b, die entweder empirisch oder rechnerisch ermittelt worden sind, vermerkt werden, so daß hierdurch an dieser Skala die Verhältniszahl der Stromstärken direkt abgelesen werden kann.

Die Fig. 2 und 3 stellen Vorrichtungen dar, in welchen zwei solche Drehmomente entstehen, die ihre Größen je nach der Stellung des beweglichen Systems verändern: das eine verringert sich und das andere wird gleichzeitig größer. Dieser Umstand ermöglicht das selbsttätige Aufsuchen der Gleichgewichtslage.

Die weitere Erwägung führt nun dazu, daß es gleichgültig ist, auf welche Weise das zweite Drehmoment N entstanden ist, wenn dasselbe nur den Bedingungen der Möglichkeit einer Gleichgewichtslage entspricht. Dies geschieht nämlich jeweils, wenn das zweite Drehmoment N dem ersten M entgegengerichtet und solcher Natur ist, daß es bei einer Verdrehung des beweglichen Systems im Sinne des Drehmoments M an Größe nicht abnimmt.

Auf die Achse der in Fig. 1 abgebildeten Vorrichtung kann daher ein beliebiges Meßinstrument zwecks Erzeugung eines Drehmoments N wirken, vorausgesetzt, daß N im Sinne der Drehrichtung des Drehmomentes M i°5 an Größe nicht abnimmt. In diesem Falle bedeutet jedoch b keine geometrische Größe mehr, sondern einen Proportionalitätsfaktor, der den Zusammenhang zwischen i₂ und N kennzeichnet. ¹¹Q

Auf diesen Fall bezieht sich der in Fig. 1 angedeutete Zeiger Z mit einer zweckmäßig empirisch festgelegten Skala.

Claims

Patent-Anspruch :

Vorrichtung zum Anzeigen der Verhältniszahl zweier elektrischer Ströme, bestehend aus zwei Stromspulen, die auf je einen in ihrem Innern einen Viertelkreis

bestreichenden und auf einer gemeinsamen Achse radial befestigten Eisenkern einwirken, gekennzeichnet durch die derartige Anordnung der Stromspulen und der Tragarme der Eisenkerne, daß das Drehmoment (M) des einen Eisenkernes durch Verminderung der wirksamen Armlänge (a) seiner Anziehungskraft (P) abnimmt, gleichzeitig jedoch das Drehmoment (N) des zweiten Eisenkernes infolge einer Vergrößerung der wirksamen Armlänge (b) seiner Anziehungskraft (Q) zunimmt, und umgekehrt, so daß das Maximum der einen Armlänge mit dem Minimum des zweiten zusammenfällt, wobei die beiden Drehmomente einander jeweils entgegenwirken und die Stromspulen und ihre Eisenkerne voneinander magnetisch unabhängig sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.