DE30726C - Neuerungen in Apparaten und Methoden zur Registrirung und Integrirung elektrischer Ströme - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Für einen Registrirapparat und Stromintegrator wird ein Streifen Papier benutzt, welcher durch ein Uhrwerk langsam fortgezogen wird und dabei die Curven empfängt, welche ein röhrenförmiger Glas- oder Metallschreibstift beschreibt, wenn er der Quere nach von einer Nulllinie Wege zurücklegt, welche der Stromstärke einfach proportional sind. Bei der Bewegung beeinflufst der Papierstreifen auch ein Integrirrädchen durch Friction. Dieses Rädchen wird hauptsächlich dadurch getragen, dafs es mit seinem Rande auf dem Papierstreifen ruht. Aufserdem aber findet es sich durch eine horizontale Achse geführt, welche in Lagern eines Rahmens ruht, der hinfort der Kürze wegen »Radgestell« genannt werden soll und so angeordnet ist, dafs er sich frei um die durch den Berührungspunkt des Rädchens mit dem Papierstreifen gehende Verticale drehen kann. Diese Verticale nenne ich die »Hauptverticale«. Das Radgestell wird durch eine Verbindungsstange derart beeinflufst, dafs ein in der durch die Achse des Rädchens und die Hauptverticale bestimmten Ebene liegender Punkt desselben sich aus der zur Bewegungsrichtung des Papierstreifens parallelen Ebene der Hauptverticalen im einfachen Verhältnifs zur Stromstärke herausbewegt. Demnach, wenn kein Strom vorhanden ist, rotirt das Rädchen nicht, weil die Richtung der Bewegung des Papierstreifens dann parallel ist zur Radachse. Wird aber die Achse des Rädchens um irgend einen Winkel aus dieser Nullposition herausgedreht, so ist das Rädchen gezwungen, zu rotiren, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche der Tangentialcomponente der Geschwindigkeit des Papierstreifens gleich ist. Weil die Oberfläche des Papiers bezüglich der Reibung isotropisch ist, so mufs die relative Bewegung des Rädchens und Papierstreifens parallel der Achse des Rädchens sein, ausgenommen insoweit ein geringer Fehler dadurch entsteht, dafs die Lagerung der besagten Achse nicht vollkommen reibungslos ist. Die Geschwindigkeitscomponente des Papiers in Richtung der Tangente, welche im. Contactpunkte an den Umfang des Rädchens gedacht wird, ist gleich der ganzen Geschwindigkeit desselben multiplicirt mit dem Sinus des Winkels", um welchen das Radgestell aus der Nullposition herausgedreht ist. Hieraus ist ersichtlich, dafs die Geschwindigkeit des Rädchens immer proportional ist der Stromstärke, und dafs der ganze Winkel, um welchen es sich dreht und welcher durch einen am Radgestell befestigten Zeiger auf einer an der Peripherie des Rädchens angebrachten Scala angezeigt wird, das gesuchte Integral giebt. Die Bewegung des Papiers kann vortheilhaft so langsam gemacht werden und das Rädchen so grofs, dafs für die gewöhnlichen praktischen Verhältnisse kein Zählräderwerk nothwendig ist. Für ein Privathaus z. B. können 109 Theilstriche der Scala einer gewissen Anzahl Mark entsprechen, welche die verbrauchte Elektricität kostet, so dafs der einmal im Monat oder im Vierteljahr kommende Inspector direct, vom Rädchen ablesen kann, was der Consument zu zahlen hat. Dabei bildet die auf dem Papier vom Schreibstift

erzeugte Curve eine Controle, welche einen Zweifel darüber, ob event, das Rad eine vollständige Umdrehung gemacht hat, nicht zuläfst. Die Curve ist auch in anderer Beziehung sowohl dem Consumenten wie dem Producenten nützlich, da sie genau anzeigt,. wie die vom Rädchen angegebene Summe aufgelaufen ist, und da sie ein zuverlässiges Mittel bildet, um in zweifelhaften Fällen zu constatiren, ob irgend welche Fehler in der Thätigkeit des Integrirapparates vorgekommen sind oder nicht.

Zur Hervorbringung der im einfachen Verhältnifs zu den Schwankungen der Stromstärke stehenden Bewegungen, welche den Schreibstift und den Integrator in Thätigkeit setzen, wird, wenn der zu messende Strom continuirlich ist, ein elektromagnetisches Solenoid benutzt, welches an dem einen Ende eines langen Stabmagneten aus Stahl zieht. Dieser Magnet ist horizontal angeordnet, so dafs er sich frei in Richtung seiner Länge bewegen kann. Er ist zu dem Ende an einem Schwimmer aus dünnem Kupferblech aufgehängt, welcher in einem Gefäfs mit Wasser oder mit Wasser und Glycerin oder einer anderen nicht leicht gefrierenden oder verdunstenden Flüssigkeit schwimmt und das Gesammtgewicht des Magneten trägt, während die Bewegung durch einen fechteckigen Rahmen gelenkt wird, dessen eine äufserste Seite so montirt ist, dafs sie sich frei um eine horizontale Achse drehen kann, und dessen andere äufserste Seite auf einer Querstange, welche starr mit dem Magneten verbunden ist, lagert. Es können jedoch auch andere mechanische und elektromagnetische Einrichtungen getroffen werden, welche mit demselben Erfolg das beabsichtigte Resultat geben; es dürfen daher die hier beschriebenen Constructionen nur als Beispiele betrachtet werden. Um den Magnetstab zu veranlassen,. seine Bewegungen im einfachen Verhältnifs zu der magnetischen Kraft auszuführen und in seine Ruhelage zurückzukehren, wenn diese Kraft aufhört, ist eine einzelne Spiralfeder angeordnet, welche die Stange nach der entgegengesetzten Richtung zieht, wie die elektromagnetische Kraft. Die geeignete Empfindlichkeit erhält man durch Verlängern oder Kürzen der effectiven Theile der Spiralfeder, etwa mit Hülfe einer Schraubvorrichtung.

Das an dem Stabmagneten ziehende Solenoid hat eine Bohrung von etwas gröfserem Durchmesser als besagter Magnet und ist so fixirt, dafs es das äufsere Ende des Magneten umfafst und conaxial mit demselben ist. Der zu messende Strom wird in solcher Richtung durch das Solenoid gesendet, dafs der Magnet einwärts gezogen wird und somit vor Entmagnetisirung geschützt bleibt, welche eintreten könnte, wenn der Strom die entgegengesetzte Richtung erhielte. Die Länge des Solenoids sollte so grofs sein, dafs aller oder ungefähr aller freier Magnetismus des Endes des Magneten sich innerhalb des Solenoids befindet, möge nun der Magnet seine äufserste oder innerste Lage oder irgend eine Zwischenposition einnehmen. Wenn das Solenoid gleichmäfsig ist, so ergiebt sich, dafs die am Magneten ziehende Kraft bei gleichem Wachsen des Stromes um so stärker zunimmt, je stärker der Strom. Um nun die Zunahme in der Bewegung, welche durch gleiche Zunahme des Stromes hervorgebracht wird, für praktische Zwecke auf der ganzen Weglänge ausreichend gleich zu erhalten, werden bisweilen an der Spiralfeder einige kleine Querstäbe angeordnet und aufserdem fixirte Anschläge in solchen Positionen vorgesehen, dafs besagte Querstäbe einer nach dem anderen angehalten wird, in dem Mafse wie die Spiralfeder weiter und weiter angespannt wird. Zwei solche Querstäbe dürften zur Herbeiführung eines guten praktischen Resultates genügen. Die Position des ersten Anschlages wird durch Ausprobiren bestimmt, und hierauf findet man mit einer weiteren Verstärkung des Stromes auch die Position für den zweiten Anschlag durch Experiment. Zur Anstellung dieser Experimente benutzt man ein Galvanometer im Stromkreis und eine .grofsplattige Daniell-Batterie öder andere hinreichend constante Elektricitätsquelle zur Erzeugung der betreffenden Ströme.

Anstatt der Spiralfeder kann auch ein Pendel benutzt werden, um den Magnetstab, wenn er der elektromagnetischen Kraft nicht mehr unterliegt, in. seine ursprüngliche Lage zurückzubringen. Das Pendelgewicht wird dann mittelst eines einen horizontalen ^/ug ausübenden dünnen Fadens aBTcfem einen Ende des Magneten befestigt. In diesem Falle lassen sich die Ungleichheiten in der Zugwirkung des Solenoids auf den Magneten durch Anbringung von Stiften oder einer gekrümmten Wange (ähnlich der bei dem Cycloidenpendel) ausgleichen, so dafs die wirksame Länge der Pendelschnur sich um den erforderlichen Betrag gekürzt findet, um die nöthige Correctur in der Zugkraft des an dem Pendel befestigten horizontalen Fadens herbeizuführen.

- Uebrigens läfst sich der Effect, dafs bei gleicher Zunahme des Stromes auch die Bewegungen des Magneten um gleiche Theile zunehmen, auch dadurch erreichen, dafs man die Wickelung des Solenoids an einigen Stellen mehr oder weniger dicht ausführt als an den anderen.

Der Stabmagnet trägt auf seiner oberen Seite eine Spitze, aufweicher eine Verbindungsstange balancirt, deren eines Ende einen Stift oder Ring besitzt, mittelst welchen sie das Integratorgestell durch einen daran befestigten Ring oder Stift bewegt. Aufserdem trägt der Magnet auf Schneiden einen kleinen Rahmen, an dessen

einem Ende ein Glas- oder Metallschreibstift befestigt ist, welcher eine genügende Quantität Anilinlüssigkeit enthält, um . mehrere Monate hindurch die Curve verzeichnen zu können. Besagter Rahmen ist so balancirt, dafs der Schreibstift mit einer sehr kleinen bestimmten und annähernd constanten Kraft auf das Papier drückt. Diese Kraft braucht ι dcg nicht zu überschreiten.

An Stelle eines geraden Stabmagneten kann man ebensogut einen kreisbogenförmig gekrümmten Magneten benutzen, wie es besonders dann von Vortheil ist, wenn es sich darum handelt, dem Apparat eine compactere Form zu geben, als bei Anwendung des geraden Stabes möglich. Wenn krejsboggflfSimjg, mag der Magnet so gelagert und balancirt werden, dafs er sich frei um eine vertical durch den Mittelpunkt des Kreises gehende Achse drehen kann. Bei dieser Magnetform sollte das Solenoid nicht gerade sein, sondern eine kreisförmige Achse haben, um dem Magneten zu entsprechen.

Um gröfsere Kraft und Compactheit zu erzielen, kann man dem Magneten auch die Form des Buchstabens Z geben, aber derart, dafs die Enden desselben Kreisbogen bilden, deren Mittelpunkt in einer Achse belegen ist, um welche der Magnet sich dreht. Hierdurch wird es möglich, zwei Solenoide zu benutzen, welche je an einem Ende des' Magneten ziehen und sich in ihrer Wirkung addiren. Ein Seidenfaden oder Metalldraht trägt das ganze oder fast das ganze Gewicht des Magneten und führt ihn gegen horizontale Bewegungen durch einen Zapfen oder einen Zapfen und eine Hülse oder durch verticale Schneiden.

Falls ein Fehler in der automatischen Wirkung des Integratorrädchens vorkommt, so beschreibt der Schreibstift eine Curve, deren Inhalt, nach einer der bekannten praktischen Methoden ermittelt, den zu Ungunsten des Consumenten in Rechnung zu stellenden Betrag angiebt. Gewünschtenfalls wird dem Apparat ein besonderer Integrator zum Integriren der Curve beigegeben. Dieser Integrator ist in derselben Weise construirt wie der ursprüngliche, welcher während der regelmäfsigen Wirkung der Apparates automatisch arbeitet. Es wird dementsprechend ein Radgestell und ein Integratorrädchen in derselben Art angewendet, wie eben beschrieben. Die Zapfen der verticalen Achse des Integratorgestelles sind in Lagern enthalten, welche an einer horizontalen Stange befestigt sind. Letztere ist auf der beweglichen Kante eines Rahmens gleich dem, welcher zum Führen des Magneten dient, gelagert. Die Achse dieses Rahmens ist geeignet auf einem Tisch fixirt, und der Papierstreifen, welcher die Curve trägt, wird fest auf dem Papier mit seiner Nulllinie in solcher Position placirt, dafs das Integratorrädchen mit seinem Rande darauf ruht, und dafs seine Richtung rechtwinklig ist zu derjenigen der parallelen Achse des Führungsrahmens. Ein an dem Radgestell befestigter Schreibstift wird sodann über die Curve geführt, soweit es der Lenkrahmen gestattet. Auf diese Weise erhält man den Inhalt eines Theiles der Curve auf dem Integratorrädchen. Hierauf verschiebt man das Papier, damit ein frischer Theil der Wirkung unterliegt u. s. f.

Wenn der zu integrirende und registrirende Strom infolge des wechselnden Bedarfs der Consumenten geneigt ist, innerhalb sehr weiter Grenzen zu variiren, so dafs er zu Zeiten aufser Bereich eines einzelnen Registrirapparates der beschriebenen Art steht, so benutzt man einen doppelten, drei- oder mehrfachen Apparat, welcher einen innerhalb weiter Grenzen anwendbaren Apparat bildet. Bei einem solchen Apparat werden zwei oder mehrere der beschriebenen elektromagnetischen Mechanismen so durch einen passenden automatischen Unterbrecher verbunden, dafs der zu integrirende Strom, so lange er sich unter einer gewissen Grenze befindet, ungetheilt durch das Solenoid des einen elektromagnetischen Mechanismus passirt und von demselben allein registrirt wird. Uebersteigt aber der Strom diese Grenze, so wird er gezwungen, zum Theil auch durch das Solenoid des zweiten elektromagnetischen Mechanismus zu gehen, so dafs, während ein Theil des Stromes noch immer durch den ersten Mechanismus registrirt wird, der übrige Theil von dem zweiten Mechanismus registrirt wird. Hierbei ist das Uhrwerk so angeordnet, dafs es das Papierrad für jeden der Registrirapparate bewegt.

Ein Stromregistrator und Integrator in einer für continuirliche Ströme passenden Form ist in Vorder- und Endansicht in Fig. ι und 2 veranschaulicht. Der von dem Solenoid b¹³ beeinflufste lange Stab magnet a^la ist durch Schnüre c¹³, welche von den Armen dⁿ aus-. gehen (oder in irgend einer anderen passenden Weise), an dem Schwimmer e¹³ aufgehängt, welcher frei in dem im Reservoir f^iS enthaltenen Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit schwimmt. Die Hin- und Herbewegung des Magneten findet durch die Wirkung eines doppelgelenkigen Rahmens g¹³ in einer vertical durch die Achse des Solenoids gehenden Ebene statt. Das eine Ende dieses Rahmens g^1B ist auf einer am Gestell des Apparates befestigten Achse drehbar und das andere auf einer am Stabmagneten befestigten Achse. Der Magnet trägt, auf einer Nadelspitze gelagert, die Verbindungsstange /?¹³, welche die Bewegung des Magneten auf den Rahmen i¹³ des Integratorrädchens j ¹³ mittelst einer Nadelspitze, welche in die mit der Mündung abwärts gerichtete Kuppe k^la an z'¹³ eingreift, überträgt.

Aufs.erd.em trägt der Magnet λ¹³ einen leichten Rahmen Z¹⁸, welcher um eine rechtwinklig zur Magnetachse liegende Achse drehbar ist. Dieser Rahmen Z¹³ trägt an einem Ende den Glasoder > Metallschreibstift m¹³ «und ist mit. dem Gegengewicht n¹³ versehen, so dafs das den Schreibstift tragende Ende nur um wenig das schwerere ist und den Stift veranlafst, leicht auf das Papier zu drücken, auf welche er die Curve mittelst Tinte auftragt.

Ein durch Gewicht oder Federkraft getriebenes Uhrwerk ertheilt der Achse einer Trommel o¹³ eine gleichmäfsige langsame Rotationsbewegung, wodurch das Papier mit der nöthigen Spannung über eine Messingplatte p^la gezogen wird, welche sich unterhalb der Bewegungslinie des Schreibstiftes befindet.

Das Radgestell z¹³, welches das Integratorrädchen j¹³ trägt, ist so angeordnet, dafs es sich mit möglichst geringer Reibung um die Hauptverticale, welche durch die Achse der Trommel o¹³ geht, drehen kann, und die Gestalt des Rädchens j^ls ist eine solche, dafs der Berührungspunkt desselben mit der Trommel o¹³ in derselben Hauptverticalen liegt.

Eine Feder q¹³, welche für die Zwecke der Adjustirung angeordnet ist, greift an das eine Ende des Stabmagneten a¹³ an und übt eine Kraft aus, welche bestrebt ist, den Magneten wieder in seine Nullposition zurückzuziehen, wenn derselbe durch den das Solenoid έ¹³ passirenden Strom aus dieser Position herausgebracht worden ist. Die Querstäbe und Anschläge zum Compensiren der Ungleichheiten in der Wirkung des Solenoids sind in Fig. ι links an der Feder q^1B ersichtlich.

Wenn die Pendelcompensationsmethode angewendet wird, so wird das Pendel mitunter an einem Stift aufgehängt, welcher in einem der verticalen Schenkel des Rahmens g^is befestigt ist.

Die Modifikationen, welche sich bei Benutzung eines gekrümmten oder Z-förmigen Magneten ergeben, sind bereits hinreichend erläutert. Dasselbe gilt bezüglich der Benutzung des als Theil des Registrir- und Integrirapparates beschriebenen Integratorrädchens als einfaches Integratorrädchen zum Messen des Inhalts einer von curvenförmigen Linien begrenzten Fläche.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Die Combination des. Integrationsrädchens mit einer Einrichtung, bei welcher automatisch durch den Strom mittelst einer von einem beweglichen Magneten beeinflufsten Lagerung des Rädchens letzteres mit einer der Stromstärke proportionalen Geschwindigkeit gedreht wird.

2. Die Combination des Integrationsrädchens mit einem Gelenkrahmen von der Art g^1B zum Integriren der aufgezeichneten Curve von Hand.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.