DE52633C - Zähler der elektrischen Energie - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Der nachstehend beschriebene Zähler für elektrische Energie beruht in seiner Wirkungsweise auf dem durch die folgende Betrachtung klargelegten Grundgedanken.

Bezeichnet man mit i die Stärke eines Stromes und mit E¹ den Spannungsunterschied zweier Punkte der von diesem Strom durchlaufenen Leitung, so wird die Ablenkung eines Elektrodynamometers, welches in die Leitung eingeschaltet ist, zu jeder Zeit dem entsprechenden Werth des Productes E¹ i proportional sein. Die. Aufgabe eines Zählers der elektrischen Energie ist es nun, für ein beliebiges Zeitintervall das Integral f E¹ i dt zu messen; für die Bedürfnisse der Praxis genügt es, die Summe Σ i?¹ i 0 = 0 Σ ζ i?¹ zu bestimmen, wo 8 ein kurzes Zeitintervall ist.

Man stelle sich vor, dafs eine Person zu wiederholten Malen kurz nach einander folgende drei Operationen ausführe, und zwar in Zwischenräumen, -welche de'm Werth θ entsprechen. Diese Person bewirke nämlich

ι. die Einrückung der Achse des Elektrodynamometers mit derjenigen eines gewöhnlichen Umdrehungszählers, bringe

2. dieselbe mit dem Finger das Elektrodynamometer auf den Nullpunkt zurück und bewirke

3. die Ausrückung der Achsen von einander, worauf das Elektrodynamometer die durch den Strom bedingte Ablenkung erfährt. Hierbei rückt der Umdrehungszähler in jedem Zeitintervall 9 um einen Winkel vor, welcher dem Werth des Productes E¹ i im Anfang jenes Zeitintervalls proportional ist. Da aber dieser Werth des Productes E^l i während jedes Zeitintervalls nahezu constant ist, so stellt die nach einer beliebigen Zeit bewirkte gesammte Vorrückung des Umdrehungszählers den Zuwachs des Productes ~Σ E¹ i während dieser Zeit vor. Die Vorrückung des Umdrehungszählers giebt also die gesuchte Summe, welche mit einem constanten Factor zu multipliciren ist, um das wirkliche Ergebnifs zu erhalten. Dieser Factor ist durch Versuche unschwer zu bestimmen;- es genügt zu diesem Zweck, durch die Vorrichtung einen constanten Strom fliefsen zu lassen und andererseits E¹ und i mit einem Volta- bezw. Amperemeter zu messen.

Eine Vorrichtung, welche die eben erwähnten Operationen selbstthätig ausführt, ist auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, und zwar in der Fig. 1 in der Seitenansicht mit theilweisem Schnitt, in der Fig. 2 im Grundrifs, in der Fig. 3 in der Vorderansicht; in der Fig. 4 ist ein Einzeltheil und in der Fig. 5 die Schaltung besonders dargestellt. Die Fig. 6 und 7 erklären die Bestimmung der Form des in der Fig. 4 dargestellten Körpers.

Der Zähler besteht im wesentlichen aus einem Elektrodynamometer, der Ein- und Ausrückvorrichtung, der Vorrichtung, um das Elektrodynamometer periodisch auf den Nullpunkt zurückzustellen, und aus den elektrischen Leitungen. Diese einzelnen Theile sollen in folgendem nach einander beschrieben werden.

a) Das Elektrodynamometer. Dasselbe besteht aus einem weiten, hohlen, aus Windungen von dickem Kupferdraht hergestellten Solenoid A, Fig. 1 und 2, welches derart be^ festigt ist/ dafs die Achse desselben senkrecht steht, sowie aus dem beweglichen Solenoid B, einem leichten, mit feinem Draht übersponnenen Aluminiumring. Dieses Solenoid B kann sich

um eine liegende Achse, welche einen Durchmesser desselben bildet, innerhalb des festen Solenoids Ä drehen. Bezeichnet man mit i die Stärke des durch das feste, mit i¹ diejenige des durch das bewegliche Solenoid laufenden Stromes, so ist das Moment des auf dieselben wirkenden Krä'ftepaares, einen constanten Factor ausgenommen, gleich:

i i ^! cos a.

Die Ablenkung des Solenoids B wird dem Product i i¹ proportional gemacht durch ein auf der Achse des Solenoids B befestigtes Excenter D (s. auch Fig. 4), um welches eine Schnur geschlungen ist, die durch ein Gewicht E gespannt wird. Die Form dieses Excenters D bestimmt man auf folgende Weise: Es sei ab, Fig. 6, die Lage des Excenters, wenn die Achse des Solenoids B sich um einen Winkel α gedreht hat, und oc die dann von der ursprünglich waagrechten, durch den Punkt ο gelegten Geraden angenommene Lage. Das elektromagnetische Kräftepaar ist gleich ■ i i¹ cos α und wird durch die am Ende des Hebelarmes od wirkende Kraft ρ im Gleichgewicht gehalten; man hat also die Gleichung: i i^λ cos λ= ρ χ od,

woraus

od

ll^L = ρ X

nun soll Ct =

COS Ά

werden, wo λ eine Con-

stante ist; da also i i¹ = a · —-, so erhält man

a = ρ x-

λ od
cos α

Da aber

od — , , . „, ,

= 0 e, erhalten wir endlich

cos a

a = Hx oe,
wo H wieder eine constante Gröfse ist.

Die genaue Form der Curve ab kann man also, da der Winkel α direct proportional den Werthen der Geraden oe ist, in folgender Weise ermitteln. Man ziehe zwei rechtwinklige Geraden oc, oy, Fig. 7; auf oc trage man beliebige Längen oe, oe', oe" . . . ab, durch die in dieser Weise erhaltenen Schnittpunkte e e'e" . . . ziehe man je eine Gerade, welche mit oy einen dem Abstand des betreffenden Punktes von ο proportionalen Winkel bildet. Jede so gezogene Gerade ist eine Tangente der gesuchten krummen Linie, welche man also erhält, wenn man die zu diesen Tangenten gehörige einhüllende Bogenlinie zeichnet.

Um die Empfindlichkeit der Vorrichtung beliebig abzuändern, genügt es, das Gewicht zuverändern, so dafs, wenn man gleichzeitig die Schaltungsweise des Drahtes des festen Solenoids ändert, es möglich wird, den Zähler auf Ströme sehr ungleicher Gröfsen anzuwenden.

b) Die Ein- und Ausrückung. Die'Einrückung wird mittelst eines Elektromagneten F, Fig. i, bewirkt; der Kern G desselben, welcher mit der Achse des Umdrehungszähler fest verbunden ist, kann einen an der Achse des Elektrodynamometers mittelst einer flachen Feder H (Fig. 2) befestigten Anker J anziehen. Dieser Anker besteht aus zwei cylindrischen eisernen Stäben, welche parallel der Achse laufen und an der Feder H an zwei diametral einander gegenüber gelegenen Punkten befestigt sind'. Die" ovalförmig gekrümmte Feder H ist so biegsam, dafs der Anker sich an den Kern G des Elektromagneten F anlegen kann, sobald der letztere durch einen Strom magnetisirt wird. Alsdann sind beide Achsen mit einander gekuppelt. Die Ausrückung geschieht augenblicklich, sobald der Strom aufhört, den Draht des Elektromagneten zu durchlaufen.

c) Einrichtung, um das Elektrodynamometer periodisch auf den Nullpunkt wieder zurückzubringen. Das Excenter D trägt einen Pflock K (Fig. 1, 2 und 4), welcher parallel der Achse des Instrumentes angeordnet ist. Ein Hebel M, Fig. 2 und 3, welcher um zwei Zapfen O drehbar ist, ruht auf einem zweiten Hebel M¹, welcher sich um zwei Zapfen O¹ drehen kann und von einer Spiralfeder R stets nach oben gezogen wird; an dem Hebel M¹ ist ein Eisenblock T befestigt, welcher als Anker eines Elektromagneten L dient. Die Windungen dieses letzteren Elektromagneten L sind in dieselbe Leitung eingeschaltet wie diejenigen des Elektromagneten F, welcher die Einrückung bewirkt. Wenn diese Leitung von einem Strom durchlaufen wird, findet Folgendes statt. Die Einrückung der Achsen des Elektrodynamometers und des Umdrehungszählers geschieht augenblicklich durch das Anschmiegen der Stäbe an den Kern G; zu gleicher Zeit wird der Zug der Spiralfeder -R von der Anziehungskraft des Elektromagneten L auf den Anker T überwunden und daher der Hebel M¹ niedergedrückt. Der Hebel M wird durch sein eigenes Gewicht, abwärts gedrängt und dreht mittelst des Pflockes K das Excenter so weit herum, bis dasselbe gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten, dem Nullpunkt entsprechenden Anschlag sich legt.

Durch eine derartige Einrichtung soll erstens infolge der Beharrung des Hebels M die' Rückkehr des Elektrodynamometers zum Nullpunkt einen kleinen Aufschub erleiden und die Einrückung beider Achsen, welche augenblicklich vor sich geht, unter allen Umständen vor der Rückkehr zum Nullpunkt stattfinden, und zweitens jeder heftige nachtheilige Stofs vermieden werden.

d) Elektrische Leitungen. Dieselben sind in der Fig. 5 dargestellt. Die voll ausgezogenen Linien stellen die Hauptleitung dar, in welche

Claims (1)

1. irgend welche Uebertragungsvorrichtungen N N¹ ΛΓ² . . . eingeschaltet sind; in diese Leitung ist ebenfalls das feste Solenoid A und das bewegliche Solenoid B des Elektrodynamometers eingeschaltet. Die strichpunktirten Linien zeigen eine dritte Leitung, in welche die Einrückspule F sammt der Spule des Elektromagneten L, welcher dasElektrodynamometer auf den Nullpunkt zurückbringt, eingeschaltet sind. Diese letztere Leitung kann in regelmäfsigen Zeitintervallen θ mittelst einer Uhr geschlossen und unterbrochen werden.

   Pat en τ-Anspruch:

   Unter Benutzung der durch das Patent No. 43779 geschützten Einrichtung zur Erzielung einer dem elektrodynamischen Moment direct proportionalen Ablenkung der beweglichen Spule eines Elektrodynamometers die Vorrichtung zur zeitweisen Kuppelung der Achse dieser Spule mit der Achse eines Zählwerkes, bestehend aus dem Elektromagneten F mit Anker J und der ovalförmig gebogenen Feder H in Verbindung mit. der Vorrichtung zur Zurückführung des Elektrodynamometers in die Nullstellung, bestehend aus einem Solenoid L, dessen den Elektromagnet F enthaltender Stromkreis durch ein Uhrwerk in regelmäfsigen Zeitabschnitten geschlossen und unterbrochen wird, und dessen Kern T an einem durch eine Feder R hochgehaltenen, drehbaren Hebel M¹ sitzt, welcher als Stütze für einen auf dem gekrümmten Hebel D ruhenden Hebel M dient.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.