DE46600A - Apparat zum Messen der Leistung eines elektrischen Stromkreises - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT. \%_N

Der den Gegenstand dieser Erfindung bildende Apparat zum Messen der Leistung eines elektrischen Stromkreises besteht aus einer elektrodynamischen Waage, welche, je nachdem die Stromstärke oder die elektromotorische Kraft gemessen werden soll, ohne Widerstandskasten oder in Verbindung mit einem solchen in Hintereinanderschaltung benutzt wird. Der Apparat beruht auf der Wirkung, welche feste, ringförmige Theile eines Stromkreises auf bewegliche Theile desselben ausüben. Hierzu sind an den Enden eines Waagebalkens Spulen oder Ringe angehängt und unterhalb und oberhalb derselben feste Ringe angeordnet, und wird der zu messende Strom durch sämmtliche Ringe geleitet, und zwar so, dafs er auf derselben Seite des Balkens die beiden festen Ringe in entgegengesetzten Richtungen durchkreist, also der bewegliche Ring zugleich von dem einen festen Ring angezogen und von dem anderen festen Ring abgestofsen wird und das eine feste Paar seinen beweglichen Ring nach unten zu bewegen strebt, während das andere Paar den betreffenden beweglichen Ring gleichzeitig nach oben bewegt. Um etwaige Störungen infolge von horizontalen Beanspruchungen durch erd- oder localmagnetische Kräfte, aufzuheben, werden auch die beiden beweglichen Spulen vom Strom in entgegengesetzter Richtung durchflossen. Durch Verschieben eines Laufgewichtes oder Hinzufügen von Einsatzgewichten stellt man den Zeiger des Waagebalkens auf ο zurück und liest dann an einer Scala die Stromstärke bezw. elektromotorische Kraft direct ab. Die Stromzuführung zu den festen Ringen erfolgt mittelst Drahtseiles und wird der Strom den beweglichen Ringen durch den Balken zugeführt, der mittelst leitender, aus einzelnen Drähten zusammengesetzter Bänder aufgehängt ist und an seitlicher oder in der Längsrichtung erfolgender Verrückung verhindert ist. Das Laufgewicht ist aus einem eigentlichen Gewichtstheil und einem Führungstheil so zusammengesetzt, dafs letzterer ersteren nach der Einstellung wieder freiläfst. Die Widerstände bestehen am zweckmäfsigsten aus Platinoid (einer Legirung aus Neusilber und 1 bis 2 °/₀ Wolfram, welches sich durch hohen specifischen Widerstand und nur geringe Temperaturcorrection auszeichnet und dadurch hergestellt wird, dafs man metallisches Wolfram und Phosphorcalcium zusammenschmilzt und das erhaltene Phosphorwolfram mit Kupfer- oder Phosphorbronze, mit oder ohne Zusatz von Zinn oder Zink legirt).

Der Apparat ist in den Fig. 1 bis 7 in mehreren Modificationen dargestellt. An jedem Ende trägt der in seiner Mitte möglichst horizontal in nachbeschriebener Weise aufgehängte Balken i einen möglichst horizontal daran befestigten Ring j oder eine Spule aus isolirtem Draht. Jeder der beiden Ringe j wird durch einen, am zweckmäfsigsten jedoch ein Paar fixirter Ringe (Spulen) χ, Fig. 2, 4 und 7, beeinflufst. Die festen Ringe sind conaxial mit ihnen und in möglichst parallelen Horizontalebenen in solchem Abstande von ihnen befestigt, dafs die

gehörige elektrodynamische Stabilität erreicht wird. Die festen Ringe haben entweder dieselben mittleren Dimensionen wie die beweglichen, oder sie sind zum Messen sehr kräftiger Ströme stärker, indem ihr äufserer Durchmesser gröfser, ihr innerer dagegen kleiner ist als die betreffenden Durchmesser der beweglichen Spulen. Auch bestehen in solchem Falle die Ringe für die Messung von Gleichströmen zweckmäfsig aus Kupferrippen von solcher Breite und Dicke, dafs sie das zu messende Strommaximum, ohne schädliche Erhitzung zu erfahren, leiten können. Bei Wechselströmen stellt man beide Ringe aus einem Kupferseil her, welches aus so dünnen Drähten zusammengesetzt ist, dafs Störung durch ungleiche Stromvertheilung über den leitenden Querschnitt vermieden wird; dabei ist der Drill im Seil derart, dafs in jeder Umwindung des Ringes eine ganze Anzahl von Windungen im Seil vorhanden ist; der Querschnitt des Seiles kann entweder rund oder rippenförmig flach sein. Die festen Ringe werden zur Ableitung der Wärme auf massive kupferne oder geeignet andersmetallische Kerne gewickelt, die auf massiven kupfernen etc. den Fufs und das Gestell der Waage bildenden Platten y befestigt sind. Bei Instrumenten, welche mit Wechselströmen benutzt werden sollen, stellt man diese Kerne und Platten entweder aus nichtleitendem Material her, oder man schneidet sie, wenn aus Metall bestehend, so durch, .dafs die Circulation von inducirten Strömen um sie herum ausgeschlossen bleibt. Infolge ihrer grofsen Oberfläche und Wärmeleitungsfähigkeit erleichtern die Kerne und Platten die Ableitung der in den Ringen durch den Stromdurchflufs erzeugten Wärme und verhüten so aus dieser Ursache durch Dimensionsänderungen des Waagebalkens oder Luftströmen sich ergeben könnende Fehler.

Der Balken i ist mittelst flacher Bänder ^, zusammengesetzt aus neben einander in derselben Ebene liegenden feinen Drähten, aufgehängt. Nach Fig. 4 und 6 sind diese Bänder mit ihren Enden gut an halbcylindrische Stücke α^Λ und b^l verlöthet, von denen die unteren b¹ mit dem Waagebalken und die oberen a^l durch Querstücke d¹- mit den vom Gestell^ getragenen Säulchen c^l in fester Verbindung stehen. Um so weite Horizontalbewegung des Waagebalkens in Richtung seiner Länge zu verhüten, dafs infolge zu starker Krümmung der Bänder % das Nullablesen des Instrumentes gestört werde,'fassen die Stücke Z?¹ mit Stiften f¹ in Gabeine¹ an den Stücken α¹, Fig. 4 und 5. Die Stifte f¹ sind so angeordnet, dafs sie beim Gebrauch des Instrumentes aufser Berührung mit e¹ stehen.

Das Wägen oder Messen geschieht in den Apparaten, Fig. 1, 2, 3 und 4, mittelst Laufgewichtes h\ welches auf der am Waagebalken festen Führung g¹ mittelst Schiebers verschoben wird. Die Schieber bestehen aus einem starren Bügel 2¹J welcher mit drei Füfschen j^l auf einer horizontal vor dem Instrument befestigten Schiene g¹ gleitet, wobei sich die zwei vorderen Füfschen in einer V-förmigen Längsnuth in der Schiene führen. In der Bügelbasis ist um einen Zapfen drehbar ein Rahmen k¹ so angeordnet, dafs er seitwärts umgelegt werden kann, bis er mit seiner betreffenden Seite gegen die Seite des Bügels trifft; der Rahmen A:¹ sitzt ferner auf einer Feder Z¹ auf, welche beständig dahin strebt, ihn horizontal zu stellen. Der Rahmen trägt einen verticalen Stift m¹ und fafst dieser lose in einen Ausschnitt im Laufgewicht ft¹. Um letzteres zu verschieben, drückt man den Rahmen k^l mit dem Finger nach der betreffenden Seite, wobei der Stift m^l gegen das Gewicht angelegt wird und so dasselbe fortschiebt. Ist das Gewicht so verschoben, dafs sich der Zeiger ν wieder auf ο eingestellt hat, so zieht man den Finger zurück und die Feder Z¹ hebt nun den Stift m¹ in die senkrechte Stellung zurück, so dafs er das Gewicht frei läfst und die Waage wieder frei beweglich ist. In den Fig. 3 und 4 ist der Rahmen k¹ durch ein Gehänge n¹ ersetzt und der Schieber wird durch entsprechendes Ziehen an den am unteren Theile des Gehänges angreifenden Drähten o¹ nach der einen oder anderen Seite hin bewegt; ist das Gewicht dann in der gehörigen Lage, so läfst man den Draht los, und indem das Gehänge sich durch Schwerkraft wieder in seine senkrechte Lage zurückstellt, fällt auch der Stift m¹ wieder in die Mitte des Ausschnittes im Gewichte zurück.

Am rechtsseitigen Ende des Waagebalkens ist ein zweites Gewicht vorgesehen, welches dem Laufgewicht als Gegengewicht dient, wenn dasselbe in seiner Nulllage steht, und auch ein passendes Mittel bietet, den Waagebalken in seine Nulllage einzustellen. Hierzu ist indefs nicht nöthig, den das Gehänge tragenden Rahmen beweglich zu machen, indem dem Gehänge eine genügende Bewegungsweite mitgetheilt werden kann.

Auf der Laufgewichtsführung g^l ist eine gleichtheilige Scala eingravirt und ebenso eine Folge von feinen Einstrichen, die den Theillinien einer zweiten Scala p¹ entsprechen, die am Gestell oberhalb des Waagebalkens und auf der Rückseite der Führung g¹ befestigt ist. Die Zahlen auf der fixirten Scala p¹ sind proportional den Quadratwurzeln aus den Zahlen der gleichtheiligen Scala; wird also das Gewicht, um die verschiedenen Strömen verdankte elektrodynamische Kraft zu compensiren, in verschiedene Lagen gebracht, um den Zeiger ν wieder auf ο einzustellen, so geben gleiche Ab-

lesungsdifferenzen auf der festen Scala gleiche Stromdifferenzen an, und macht das Instrument also directe Angaben über Stromverschiedenheiten.

Seitliche Bewegung des Waagebalkens wird beim Apparat, Fig. ι und 2, durch Schrauben q¹ verhindert, deren Spitzen so nahe an die Laufgewichtsführung g^l reichen, als ohne Berührung möglich ist. Längsbewegungen hindern ein Paar ähnliche Schrauben, die am Gestell befestigt und so regulirbar sind, dafs sie ganz nahe an die halbcylindrischen Stücke b^l für die Aufhängebänder \ herantreten.

In der zum Messen schwacher Ströme bestimmten Form, Fig. 1 und 2, sind die Aufhängebänder \ langer und leichter und werden mit dem Waagebalken zweckmäisig mittelst eines runden centralen Zapfens verbunden, der durch ein quadratisches Loch in einem an der Fufsplatte verstellbar befestigten Säulchen r¹ gesteckt ist, um Verticalbewegüng zu verhindern; oder es sind auf beiden Seiten des Zapfens adjustirbar je eine Schraube und oberhalb des Zapfens am Gestell Stücke befestigt, um zu hindern, dafs die Bänder \ bei etwaigem Umdrehen des Instrumentes Schaden leiden.

Sollen statt des Laufgewichtes Waagschalen und Einsatzgewichte angewendet werden, so ist es zweckmäfsig, an jedem Ende des Balkens zwei Schalen so anzubringen, dafs jede auf einer Schneide hängt, welche die Verlängerung des Querdurchmessers der Ringe bilden. So lange, als die Ringe stromlos sind, müssen die Gewichte sämmtlich oder doch zum gröfsten Theil auf diejenige Schale gesetzt werden, welche sich dem Beobachter zunächst befindet, und mufs das Gleichgewicht durch Einbringen der nöthigen Gewichte in die entferntere Schale hergestellt werden. Die Stärke des zu irgend einer Zeit durch die Ringe fliefsenden Stromes wird dann aus der Gewichtsgröfse entnommen, welche zur Wiederherstellung des Gleichgewichtes von einem Ende des Balkens nach dem anderen hin versetzt werden mufs.

Die Modification Fig. 7 dient dazu, um mittelst der Bewegungen eines Zeigers über eine verticale Scala schwache Stromänderungen zu messen. Hier ist nur ein beweglicher Ring j und nur ein fester Ring χ vorhanden, und fafst mit einem Haken w¹ ein bei t¹ auf einer Scheide aufruhender Zeiger s¹ an die bewegliche Spule j. Die Scala ist so eingerichtet, dafs sie die Stromänderungen direct in Procenten angiebt. Die Schwerkraft, welche der durch den Strom erzeugten elektrodynamischen Kraft entgegengesetzt wirkt, wird durch Hinzufügen von Gewichten zur beweglichen Spule erhalten, und zwar findet diese Hinzufügung möglichst am Querdurchmesser des Ringes statt. Für die Praxis besitzen die Gewichte zweckmäfsig die Gestalt von runden Stäbchen und werden dieselben in einen V-förmigen Einschnitt am äufseren Umfang des Ringes so eingelegt, dafs sie mit ihrer Länge rechtwinklig zum Waagebalken ruhen.

Letztere Form der Waage ergiebt in Verbindung mit Widerständen einen sehr geeigneten Voltmesser zur directen Anzeige der Veränderungen des in einem Stromkreise aufrecht zu erhaltenden Potentiales. In Fig. 7 bedeutet beispielsweise »>² einen solchen (an der Fufsplatte befestigten) Widerstand; seine Gröfse hängt von dem zu messenden Potential ab.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine elektrodynamische Waage, bei welcher der Balken (i) zum Halten der von festliegenden Spulen χ beeinflufsten Spulen j mittelst biegsamer Bänder % aufgehängt ist, die zugleich die Stromleitung für die beweglichen Spulen j bilden (Fig. 2, 5 und 6).

   Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.