DE50623C - Apparat zum Messen und Summiren der in Gleich- oder Wechselströmen einen Leiter durchströmenden Energie - Google Patents

Description

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 8. Februar 1889 ab.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Energiemesser haben zur Grundlage die bereits in dem Patent No. 25919 benutzte Methode, das Product von Stärke und Spannung des die Leitung durchlaufenden Stromes fortlaufend in bestimmten regelmä'fsigen Zeitabschnitten zu messen und durch ein Zählwerk zu summiren, unter der Voraussetzung, dafs die von dem Zähler erhaltene Angabe dann ohne wesentliche Fehler dem wirklichen Verbrauch elektrischer Energie entspricht. Von dem erwähnten, auf derselben Grundlage beruhenden Mefsapparat unterscheidet sich die hier vorliegende Anordnung wesentlich dadurch , dafs der zu registrirende Strom keine weitere Arbeit als die Einstellung eines Zeigers auszuführen hat, dafs der Energieverbrauch des Messers selbst daher verschwindend klein ist und die Verschiedenheit der durch denselben Apparat zu controlirenden Ströme daher sehr grofs sein kann. Ob der Apparat die verbrauchte Energie oder die Summe der verbrauchten Stromstärken, also die verbrauchte Elektricitätsmenge mifst', hängt nur davon ab, ob die Stellung des Zeigers von der· Gröfse der Productes, von Spannung und Stromstärke (5¹XJ) oder allein von der Stromstärke J abhängig gemacht wird. Da bei Centralanlagen die Spannung stets constant erhalten wird und für diese Anlagen allein derartige Registrirapparate benöthigt werden, so ist in der folgenden Beschreibung nur die Messung der Elektricitätsmenge ins Auge gefafst.

Der in zwei Formen, die in den Fig. 1, 2, 2 a, 3, 4, 5, 5 a und 6 dargestellt sind, ausgeführte Apparat beruht im wesentlichen darauf, dafs ein leichter, passend gekrümmter Hebel g aus seiner Ruhelage in bestimmten Zeitabschnitten, beispielsweise alle 5 Minuten, durch ein Uhrwerk gegen die Spitze oder Schneide eines Zeigers d bewegt wird, bis der Hebel die letztere trifft, und dafs der — von dem Hebel bei dieser Bewegung jedesmal beschriebene — Drehungswinkel auf ein auf der Achse des Hebels sitzendes Zahnrad und durch dieses auf das Zählwerk übertragen wird. Ist nun die Stellung des Zeigers d in bestimmte Abhängigkeit von der zu registrirenden Stromstärke gebracht und ist die Curve, welche den Hebel g an der Seite, welche der Zeigerspitze gegenübersteht, begrenzt, derart gestaltet, dafs die Bogenwinkel, welche der Hebel durchlaufen mufs, bis derselbe die Zeigerspitze trifft, proportional den Stromstärken sind, die diesen Stellungen des Zeigers entsprechen, so addirt das Zählwerk alle Stromstärken, welche zu devi Zeiten der Messungen vorhanden waren, und mifst mithin die. Quantität der durch die Leitung geströmten Elektricität unter der Voraussetzung, dafs die jedesmaligen Messungen ■ als die mittleren Stromstärken zu betrachten sind, was bei continuirlichem Betrieb hinreichend genau der Fall sein wird, wenn die Messungsintervalle nicht zu grofs gewählt werden.

Die beiden verschiedenen Ausführungsformen des Apparates, wie dieselben in den Zeich-

nungen dargestellt sind, unterscheiden sich im wesentlichen nur darin, dafs bei dem in Fig. ι bis 4 dargestellten Apparat die die Messung ausführende Bewegung des Hebels g durch eine excentrische Scheibe bewirkt wird, die durch ein mit der Hand aufzuziehendes Uhrwerk regelmäfsig gedreht wird, während bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Apparat die Bewegung des Hebels durch einen Elektromagneten geschieht, dessen Windungen vermittelst einer selbsttätigen Contactvorrichtung in bestimmten Zeitabschnitten von einem kurzen Strom durchlaufen werden.

Bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Apparat bezeichnet d den in f gelagerten Zeiger, an dessen kurzem Ende ein Magnet a, welcher durch die verstellbare Spiralfeder jR getragen wird, in einem Solenoid hängt. Diese Feder wird so eingestellt, dafs die Schneide des langen Endes des Zeigers auf den tiefsten Punkt der Theilung des Hebels g einspielt, ohne den letzteren vollständig zu berühren, während diese Schneide bei dem stärksten Strom, den der Apparat zu'registriren bestimmt ist, dem höchsten Punkt der Theilung gegenübersteht, so dafs dieser Theilstrich die Schneide berührt, wenn der Hebel so weit gedreht wird, dafs derselbe durch die Berührung mit der Schneide an weiterer Drehung verhindert wird. Dieser Drehungswinkel bildet nun das Mafs der höchsten zulässigen Stromstärke, nach welchem . das Zählwerk eingerichtet wird. Die Krümmung der der Schneide des Zeigers d zugewendeten schmalen Fläche des Hebels g wird derart gewählt, dafs auch bei allen Zwischenstufen der Stromstärke und der von der letzteren abhängigen Stellung der Schneide des Zeigers der Drehungswinkel des Hebels g der Stromstärke proportional ist. Es gewährt dies den grofsen Vortheil, dafs es unnöthig wird, das Magnetsystem so einzurichten, dafs die Drehung des Zeigers proportional der Stromstärke ist oder überhaupt in einem bestimmten Verhältnifs zu ihr steht. Es genügt, die Curve des Hebels g empirisch so einzurichten, dafs die Proportionalität der Drehungswinkel dieses Hebels mit der jederzeitigen Stromstärke vorhanden ist. Sollte durch Aenderung des Magnetismus oder aus anderen Gründen eine -Aenderung in den Stellungen des Zeigers veranlafst werden, so genügt es, mittelst der Feder R den Zeiger für eine einzige Stromstärke richtig einzustellen, um die Angaben für alle Stromstärken wieder richtig zu- machen.

Zur Uebertragung der Drehungswinkel des Hebels g auf das Zählwerk ist auf die Drehachse χ des Hebels ein loses Sperrrad m gesetzt, welches durch Trieb und Rad mit dem Zählwerk zusammenhängt. An dem Hebel g sitzt eine Hakenfeder k₂, durch welche das Rad stets proportional der Hebeldrehung gedreht wird. Die Sperrfeder k_x verhindert die Zurückdrehung des Rades. Der Hebel g selbst wird durch die Spiralfeder r gegen die Schneide des Zeigers bewegt, während die vom Uhrwerk gedrehte excentrische Scheibe c vermittelst der am Hebel befestigten Rolle e diesen einmal bei jeder Umdrehung unter Spannung der Feder r in die Ruhestellung zurückdrückt.

Damit der Zeiger sich möglichst ohne Reibung dreht und doch fest gelagert ist, sind die gehärteten Stahlspitzen der Welle des Zeigers in glasharten kreisförmigen Stahlrinnen gelagert, wie in Fig. 2 a dargestellt ist. Da die Spitzen etwas spitzwinkliger sind wie die Rinnenöffnung, so berühren nur die äufsersten Spitzen den Boden der Rinne. Um die horizontale Lage der Welle zu sichern, werden genau die Rinnen ausfüllende Stahlstücke schräg abgeschnitten und an die Spitzen der eingelagerten Welle bis zur Berührung hineingeschoben und befestigt. Die Welle ist dann festgelagert ohne Berührung an anderen Punkten als an den äufsersten Spitzen.

Zur Beseitigung der Unbequemlichkeit des häufigen Aufziehens des Uhrwerkes und der Nothwendigkeit der Verwendung grofser kräftiger Uhrwerke, eine Unbequemlichkeit, welche namentlich an Stellen mit schwachem Elektricitätsverbrauch fühlbar wird, ist die in Fig. 5, 5 a und 6 dargestellte Ausführungsform bestimmt.

Der Zeiger d ist hier als einarmiger Hebel angeordnet, so dafs die stromlose Ruhelage des Zeigers am äufsersten Ende des oscillirenden Hebels g liegt. Es hat diese Anordnung den Vorzug, dafs sehr schwache Ströme genauer registrirt werden können, da den am äufsersten Ende des Hebels g kleinen Drehungswinkeln des letzteren grofse Bögenwinkel des Zeigers d entsprechen. Der messende Hebel g wird bei dieser Anordnung durch die Feder r gegen einen festen Anschlag z' gezogen, der so regulirt wird, dafs bei Stromlosigkeit die Schneide des Zeigers d dem äufsersten Theilstrich der Curve des Hebels g nahe gegenübersteht, ohne dafs eine Berührung stattfindet.

Die Drehung des Hebels g gegen die Schneide des Zeigers d wird hier durch einen kleinen Bandmagneten α_λ mit' der feinen Drähtwindung b_x vermittelst der Ankerplatte a.₂ bewirkt. Diese Eisenplatte sitzt lose auf der Achse des Hebels g, mit welchem sie jedoch durch die Feder r₂ verbunden ist. Der Hebel g wird durch die Feder r₂ beim Anzug des Ankers sanft gegen die Schneide des Zeigers d gedrückt und an derselben so lange festgehalten, bis die Magnetisirung aufgehört hat, wodurch die Feder r wieder das Uöber-

Claims (2)

1. gewicht erhält und den Hebel g an den Anschlag i zurückführt. !Die Windungen des Elektromagneten b_Y sind in einen Nebenschlufskreis von sehr hohem Widerstand eingeschaltet;, der Magnet wird also stets gleichmäfsig erregt, wenn der Kreislauf hergestellt ist. Dies kann auf irgend einem Wege geschehen, auf welchem »ein kurzer Strom in regelmäfsig wiederkehrenden Zeitintervallen erzeugt wird. Bei dem in Fig. 5 und -6-dargestellten Apparat geschieht dieses durch ein Uhrwerk mit Ankerechappement, welches aufser der Unruhe ρ und dem Steigr-ad η nur noch ein Triebrad mit Triebfeder enthält, welche durch den mit dem Magnetanker a₂ verbundenen Rechen e_x bei jedem Anzug desselben um so, viel gespannt wird als erforderlich ist, damit das Uhrwerk bis zum nächsten Anzüge in Thätigkeit bleibt.

   Zur Hervorbringung des kurzen Stromes durch die Magnetwindungen ist eine Contactvorrichtung angebracht, welche in Fig. 5 a besonders dargestellt ist. Auf der Welle des Federgehäuses ist eine Scheibe mit zwei concentrisch ansteigenden und senkrecht abfallenden Nasen K₁ M₂ angebracht, auf welchen die Enden zweier Federn W₁ und w₂- schleifen, bis dieselben eine Nase passirt haben und dann abfallen. Die beiden Federn sind metallisch verbunden. Die leitende Verbindung zwischen den beiden Contactschrauben V₁ und V₂ ist daher hergestellt, wenn beide Federn mit ihren bezw. Anschlagschrauben in Berührung sind. Dies ist aber nur so lange der Fall, als die eine Feder W₁ abgefallen ist, während die andere die Nase noch nicht passirt hat und durch die letztere gegen den Contact V₂ gedrückt wird. Es bringt diese Einrichtung den Vortheil, dafs der Contact und damit der Strom plötzlich hergestellt und ebenso unterbrochen wird; dafs also weder bei der Schliefsung noch bei der Unterbrechung ein zweifelhafter Contact entstehen kann, welcher bei Erschütterungen ein Klirren und dadurch falsche Zeigerangaben hervorbringen könnte.

   Um eine Beeinflussung der Apparate durch denselben genäherte starke Magnete zu verhindern, kann das Solenoid b mit einem Eisenmantel 0 umgeben werden.

   Sollen die beschriebenen Apparate nicht zur Elektricitätsmessung, sondern zur Messung der elektrischen Energie in Leitungskreisen, in welchen die elektrische Spannung wesentlichen Aenderungen unterliegt, benutzt werden, so kann anstatt eines Stahl- oder Eisenkernes ein Solenoid mit Windungen aus feinem Draht in das feststehende Solenoid gehängt und der Zeiger mit dem ersteren verbunden werden. Es ist aber in diesem Falle vorzuziehen, die bei Elektrodynamometern benutzte Form des in einem festen Solenoid drehbaren anzuwenden.

   In den ^;Fig. 3 und 4 ist die Anordnung dieses drehbaren Solenoids mit dem an ihm befestigten Zeiger in einer Oberansicht und einem Verticalschnitt dargestellt, und von der Darstellung der übrigen Theile des Apparates, die genau den vorhin beschriebenen gleich bleiben, abgesehen worden. Zwischen dem zweitheiligen, feststehenden Solenoid S₁ S₁ befindet sich das drehbare Solenoid S₂ mit Win-. düngen aus feinem Draht, dessen Windungen in einer zu den Windungen der erstgenannten feststehenden Solenoide senkrechten "Ebene laufen. Das -bewegliche Solenoid S₂ ist auf eine Achse f gesteckt, auf welcher der Zeiger d befestigt ist. Die Achse f des beweglichen Solenoids S₂ dient gleichzeitig dazu, um den Strom zu diesem Solenoid zu führen; diese Zuführung kann in der verschiedensten Weise angeordnet werden. In der in der Zeichnung dargestellten Anordnung läuft beispielsweise die untere ^Spitze der Achse f in einem Quecksilbernäpfchen, in welches der eine Zuführungsdraht eintaucht, während der obere Theil dieser Achse f — deren obere Spitze wieder entsprechend gelagert ist — durch ein Gefäfs h aus Glas, Stein oder anderem nicht amalgamirbaren Material hindurchgeht, welches mit Quecksilber gefüllt ist und den zweiten Zuleitungsdraht aufnimmt. Die Durchbohrung des Gefäfses h, durch welche die Achse f hindurchgeht , ist so bemessen, dafs nur ein äufserst geringer Zwischenraum zwischen der Welle und der Wand der Bohrung bleibt, so dafs das Quecksilber infolge der Capillar-Attraction desselben an dem Heraustreten aus dem Glasgefäfs verhindert wird.

   Durch eine Spiralfeder R, welche durch den Knopf / gedreht werden kann, wird die Ruhelage des drehbaren Solenoids eingestellt, während die Torsionskraft der Feder so bemessen wird, dafs der Zeiger die Scala des oscillirenden Hebels bei der gröfsten zu messenden Energie vollständig durchläuft.

   Der hier nicht gezeichnete oscillirende Hebel g, welcher periodisch aus seiner Ruhelage zum Anschlag mit dem Zeiger d gebracht wird, erhält wiederum an der dem Zeiger zugekehrten Seite eine derartige Krümmung, dafs die Drehungswinkel, welche der oscillirende Hebel bis zu seinem Anschlag an den Zeiger beschreibt, der zu messenden Gröfse — also dem Product von Spannung und Stromstärke — proportional sind, so dafs demgemäfs das Zählwerk die verbrauchte Energie direct anzeigt.

   Patεnt-AnSprüche:

   Bei einem Apparat zum Messen und Summiren der elektrischen Energie, bei welchem die Drehungswinkel eines passend gestalteten Hebels summirt werden, der in bestimmten

   Zeitintervallen bis zur Berührung mit einem in . seiner Stellung durch die jeweilig vorhandene elektrische Energie bestimmten Zeiger gedreht wird. ..'.,-

   ι. Die Anordnung einer excentrischen Scheibe, welche durch ein Uhrwerk continurlich gedreht wird, während eine Feder den — die zu summirenden Drehungswinkel beschreibenden —' Hebel beim Rückgang des Excenters ohne Stofs gegen die Schneide des Zeigers führt, welche die weitere Drehung dieses Hebels verhindert.
2. 2. Der Ersatz der die Bewegung des oscillirenden Hebels bewirkenden, von einem Uhrwerk continuirlich gedrehten excentrischen Scheibe (Anspruch ι.) durch die Anordnung eines Elektromagneten oder eines Solenoids, deren Windungen im Nebenschlufs der Leitung liegen, durch welche gleichzeitig das den periodischen Contact herstellende Uhrwerk aufgezogen wird.
   Zum Zweck einer stofsweisen Herstellung und Unterbrechung der unter 2. erwähnten periodischen Contacte die Anordnung von zwei mit einander in leitender Verbindung stehenden Federn, welche durch das Uhrwerk gehoben werden und kurz nach einander abfallen, wobei der Abfall der ersten Feder die Stromleitung herstellt und der der zweiten dieselbe wieder unterbricht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.