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Einrichtung zur geometrischen Summierung von Meßgrößen, insbesondere
zum Zwecke der Fernmessung von Scheinleistungen Zur Bildung der geometrischen Summe
unter rechten Winkeln ist eine Einrichtung bekannt geworden, bei der die Summanden
durch elektrische Spannungen dargestellt werden und zwei miteinander gekuppelten
elektrischen Meßvorrichtungen mit von der Spannung quadratisch abhängigem Drehmoment
zugeführt werden. Der gemeinsame Zeiger zeigt dann die Summe der Quadrate der einzelnen
Sutninanden, d. h. ihre rechtwinklig geometrische Summe, an.
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Für @-orrichtungen zur Anzeige der verbrauchten Energie, bei denen
zwei Meßwerke zusammenwirken, hat man bereits vorgeschlagen, jedem der Meßapparate
einen Hebel zuzuordnen, die um einen festen Punkt drehbar sind, wobei ein gemeinsames
Glied, das auf das Anzeigeorgan einwirkt, von beiden Hebeln beeinflußt wird. Andererseits
ist es noch bekannt, zwei Größen vektoriell dadurch zusammenzusetzen, daß jeder
Summand zunächst in einem besonderen Meßgerät gemessen wird, wobei die beiden Meßgeräte
über ein Gestänge auf das gemeinsame Summierwerk einwirken. Das Summierwerk besteht
dabei aus einem Getriebe mit zwei unabhängig voneinander antreibbaren Zentralrädern
und einem Planetenrad, welches die eigentliche Summiervorrichtung antreibt. Das
eine unabhängige Zentralrad wird von dein einen Meßwerk unmittelbar, das andere
aber über ein den Betrag der Bewegung änderndes Gestänge von dem anderen Meßwerk
angetrieben.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zur geometrischen
Summierung von Meßgrößen. Nach der Erfindung wird ein Lenkermechanismus zur Quadrierung
der einzelnen Summanden verwendet; die Eingangs-und Ausgangsglieder dieses Lenkermechanismus
sind mit Hilfe von Zwischengliedern, die untereinander sowohl wie mit den Eingangs-und
Ausgangsgliedern durch Drehgelenke verbunden sind, derart gekuppelt, daß bei Bewegung
des Eingangsgliedes sich das Ausgangsglied um eine Strecke oder um einen Winkel
bewegt, welcher dem Quadrat des vom Eingangsglied zurückgelegten Weges bzw. Winkels
proportional ist; sodann wird die Summe der den OOuadraten der Meßgrößen entsprechenden
fVege bzw. Winkelgebildet. Wird das Lenkergetriebe in umgekehrter Richtung angetrieben,
so bewegt sich das Ausgangsglied um eine Strecke bzw. einen Winkel, welcher der
Quadratwurzel aus der Bewegung des Eingangsgliedes entspricht.
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Der Vorteil eines solchen Lenkergetriebes ist darin zu sehen, daß
die Kupplung zwischen Ausgangs- und Eingangsglied ausschließlich mit Hilfe von Drehbewegungen
erfolgt. Kupplungsglieder, wie Fäden oder Bänder, und schleifende Bewegungen sind
demgemäß
völlig vermieden, so daß auch bei längerem Betrieb keine Abnutzung oder Formänderung
zu erwarten ist, welche die Meßgenauigkeit beeinflussen könnte.
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Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Die im ersten Beispiel behandelte Bildung der Scheinleistung auf der Empfangsstation
einer Fernmeßanlage setzt voraus, daß dem Summierwerk die Beträge von Wirk- und
Blindleistung absatzweise zugeführt werden. Zur Erläuterung dienen die Abb. i, die
einen mechanischen Quadrierungsmechanismus darstellt, wobei die Bahnen der Gelenkpunkte
und auf ihnen korrespondierende Punkte mit eingezeichnet sind, Abb. 2, welche die
mit dem Mechanismus nach Abb. i erzielte nahezu quadratische Kurve darstellt, Abb.
3, welche das vollständige Summierwerk mit dem quadrierenden, algebraisch summierenden
und dem entquadrierenden Organ zeigt, Abb. q., welche eine besondere Ausgestaltung
der Anfangs- und Endglieder des vollständigen Summierwerks nach Abb. 3, welche die
Verwendung des Stromzeitimpulssystems für den fernmeßtechnischen Teil der Scheinleistungsmessung
voraussetzt.
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Der Quadrierungsmechanismus (Abb. i ) besteht aus fünf gleich langen
Stäben s1 bis s5, von denen drei s1, s3, s5 je an einem festen Punkte A, B und C
angelenkt sind, während ihre beweglichen Endpunkte mit je einem Endpunkt der zwei
freien Stäbe (nämlich die Stäbe s1 und s, mit den Stäben s2 und s4), einer von ihnen
aber mit zwei Punkten der zwei freien Stäbe (nämlich der Stab s3 mit den Stäben
s2 und s4) gelenkig verbunden ist. Die Bahnen der Gelenkpunkte A', B',
C sind natürlich Kreise um die festen Gelenkpunkte A, B, C, nämlich
die Kreise a, b, c.
Die Abbildung stellt den Quadrierungsmechanismus in seiner
Anfangslage dar, für die noch die Winkel i801° +:2,5" (zwischen s1 und s2 sowie
zwischen s3 und s4) und 32,5° (zwischen s2 und s3 sowie zwischen s4 und sä) charakteristisch
sind.
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Die Endlage ist gestrichelt eingezeichnet. Die Stange s1 ist die Eingangsstelle,
die um den zu quadrierenden Winkel a, der zwischen Null und 9o° betragen möge, verdreht
wird. Auf dem Kreise a sind die Winkel a in Abständen von io zu io° eingetragen,
die entsprechenden Punkte finden sich auf den Kreisen b und c.
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Daß die Quadrierung von a, mit diesem Lenkermechanismus angenähert
erreicht wird, ist aus der Abb. 2 deutlich zu ersehen, in der sowohl die aus den
Punkten auf Kreis a und c gewonnene Kurve dargestellt ist (ausgezogen gezeichnet)
als auch zum Vergleich die Parabel, für welche die Gleichung
gilt (gestrichelt gezeichnet). Wie ersichtlich, sind die Abweichungen nur ganz gering.
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Aus dem Bisherigen dürfte hervorgehen, daß man den quadrierenden Mechanismus
auch in umgekehrter Richtung zur Bildung der Quadratwurzel benutzen kann, man braucht
nur den Stab s5 um einen dem zu radizierenden Betrag proportionalen Winkel zu verdrehen,
dann dreht sich der Stab s1 um die gesuchte Quadratwurzel. Die Anwendung zur Erreichung
eines linearen Maßstabes für die geometrische Summe liegt auf der Hand.
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Abb.3 enthält das vollständige Summierwerk in schematischer Darstellung.
s1 bis s5 sind die Stäbe des Ouadrierungsmechanismus. Mit i ist ein Zahnrad, mit
2 eine Klinke bezeichnet, die auf einen mit dem Zahnrad i fest verbundenen Klinkenkranz
arbeitet. 3 ist ein weiteres Zahnrad, daß auf einer Achse 4 drehbar gelagert ist,
5 ein Klinkenrad, das mit der Klinke 6 zusammenarbeitet, welche sich auf dem Stab
SS des radizierenden Mechanismus S1 bis S5 befindet. An dem Klinkenrad 5 ist ein
Anschlagstift 7, an dem Zahnrad 3 ein Anschlag 8 angebracht. Die Bedeutung dieser
Anschläge ist weiter unten angegeben.
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Die Abbildung stellt das Summier-werk in der Ruhelage dar. Zur Bildung
eines Scheinleistungsbetrages wird der Stab s1 um einen der Wirkleistung proportionalen
Winkel verstellt, was mittels der beschriebenen Einrichtungen eine Verdrehung des
Rades 3 im Pfeilsinne um einen dem Wirkleistungsquadrat proportionalen Winkel hervorruft.
Dabei entfernen sich die Anschlagstifte 7 und 8 voneinander. Sodann wird der Stab
s, in seine Ruhelage zurückgeführt, wobei die Klinke :2 auf dem wegen der Klinke
9 nicht mitgehenden Klinkenkranz zurückgleitet. Darauf wird die Blindleistung in
derselben Weise zugeführt, so daß dann das Rad 3 um einen der Quadratsumme entsprechenden
Winkel verdreht ist. Wenn nun der Stab S1 des Radizierungsmechanismus bewegt wird,
so verdreht die Klinke 6 das Rad 5 so lange, bis die Anschläge 7 und 8 sich wieder
berühren, was offenbar dann der Fall ist, wenn sich der Stab S, um einen der ersten
Potenz der geometrischen Summe, also der Scheinleistung proportionalen Winkel bewegt
hat. Der Stab S1 kann sodann wieder in die Nulllage zurückgeführt werden, wobei
die Klinke io die gleiche Aufgabe wie vorher Klinke 9 erfüllt; das Werk ist dann
zu einer neuen Scheinleistungsbildung bereit.
Der Stab S1 kann nun
natürlich als Zeiger für die Scheinleistungsanzeige dienen, oder es können von ihm
auch mittelbar die an sich bekannten Anzeige- oder Registriervorrichtungen mit nach
jedem Meßwert in die \Tulllage zurückgeführten oder um die Differenz aufeinanderfolgender
Meßwerte bewegten Zeigern oder Schreiborganen gesteuert werden. Ebenso können Fernübertragungseinrichtungen
beliebiger Art an dein Scheinleistungsanzeiger angebracht werden.
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Offenbar ist dieses Meßv erfahren bei jeder absatzweisen Zuführung
der Beträge von Wirk- und Blindleistung möglich, gleichgültig, ob die Wirk- und
Blindleistungswerte Augenblickswerte im engeren oder weiteren Sinne, d. 1i. von
mehr oder weniger stark gedämpften Zeigerinstrumenten abgeleitet sind, oder ob sie
Mittelwerte über mehrere Minuten darstellen.
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An sich kann der die Radizierung besorgende Teil der Apparatur auch
fortgelassen werden, wenn man sich damit begnügt, eine quadratische Skala für die
Scheinleistung zu erhalten.
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Für den Fall, daß die Fernmeßanlage nach dein Zeitimpulssystem arbeitet,
empfiehlt sich die der Abb. q. entsprechende Ausführung. Die Stäbe s1 und S1, die
den Stäben mit gleicher Bezeichnung in Abb. 3 entsprechen, werden im Betätigungsfalle
in der vom Impulszeitverfahren her bekannten Weise von Mitnehniern m und Al angetrieben,
und zwar wird der Mitnehmer in nacheinander mit einem Antriebsorgan konstanter
Geschwindigkeit (z. B. einem Synchronmotor) gekuppelt, wobei die Zeitdauer der Kupplung
den der Bildung der rechtwinkligen Summe zugrunde liegenden Meßwerten (Komponenten)
entspricht. Wie aus der in Abb. 3 erläuterten Wirkungsweise hervorgeht, ist nach
Zuführung sämtlicher Komponenten das Rad 3 (Abb.3) um einen der Summe der zweiten
Potenzen. der Komponenten entsprechenden Winkel gedreht. Der Mitnehmer 111 wird
dann zwecks Umbildung dieses Winkels in einem Zeitimpuls mit einem weiteren Antriebsorgan
konstanter Geschwindigkeit gekuppelt, so daß der Stab S1 so lange verdreht wird,
bis die Schließung des Kontaktes 7 und 8 (Abb. 3) stattfindet. Dieser Kontaktschluß
dient dazu, die Kupplung des Antriebsorgans mit dem Mitnehiner .11 wieder aufzuheben,
so daß also während der Kupplungszeit ein Zeitimpuls entsprechend der geometrischen
Summe gebildet werden kann. Die Ruhelage der Mitnehmer 11 und in ist, wie aus Abb.
d. hervorgeht, jeweils um ein Stück gegenüber der Ruhelage der Stäbe s1 und St verschoben.
Es ist nämlich hauptsächlich mit Rücksicht auf die Übertragung des Meßwertes NTull
von Vorteil, Zeitimpulse zu bilden, die jeweils um einen bestimmten Zeitbetrag länger
sind, als den durch sie darzustellenden Meßgrößen entspricht. Es wird also auch
bei dem Meßwert Null noch ein Impuls von bestimmter endlicher Dauer fernübertragen,
damit auf der Sendestation die zur Weitergabe der Impulse dienenden Relais und auf
der Empfängerstation die Empfangsrelais mit Sicherheit ansprechen und abfallen können.
Diese Differenzdauer muß offenbar vor der Quadrierung abgezogen werden, wenn die
geometrische Summierung überhaupt richtig werden soll, und nachher wieder hinzugefügt
werden, wenn die geometrische Summe auf ein registrierendes Empfangsinstrument oder
nach einer ihrerseits wieder entfernten Station weiter übertragen werden soll. Die
Subtraktion sowohl wie die nachträgliche Hinzufügung geschieht dadurch, daß die
Mitnehmer iia und :11, bevor sie die Stäbe s und S berühren, eine entsprechende
Leerstrecke durchlaufen, so daß also der Weg der Mitnehmer 7n und M den Zeitimpulsen,
der Weg der Stäbe s und S den Meßgrößen selbst proportional ist.
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Zur Feineinstellung der Differenzdauer dienen die Stellschrauben r
und R. Der Scheinleistungsirnpuls wird dabei zweckmäßig in der Weise gewonnen, daß
man ihn mit der Bewegung des Mitnehmers 1U beginnen läßt und ihn bei Berührung der
beiden Anschlagstifte 7 und 8 (Abb. 3), die ja als Kontakt ausgebildet werden können,
wieder unterbricht. Damit auch der Scheinleistungsbetrag Null zuverlässig wiedergegeben
wird, kann der Stromkreis, in dem der Kontakt 7, 8 liegt, noch über den Kontakt
zwischen der Stellschraube R und dem Stab S1 geführt werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft die Scheinleistungsinessung,
wenn der Antrieb von Zeigerinstrumenten, zweckmäßig von Relaisinstrumenten oder
von nach diesem Prinzip arbeitenden Fernineßempfangsinstrumenten, erfolgt. Dann
wird ein Differentialgetriebe vorgesehen, dessen einer Antrieb über einen Quadrierungsmechanismus
nach Abb. r von dem Wirkleistungsinstrument und dessen anderer Antrieb in derselben
Weise von dem Scheinleistungsinstrument erfolgt. Die Stellung der Endachse kann
wieder, falls erforderlich, über einen umgekehrt arbeitenden Quadrierungsmechanismus
auf eine lineare Skala abgebildet werden.
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Dieser Anordnung werden nun im Gegensatz zu oben nicht mehr die Meßgrößen
selbst absatzweise zugeführt, sondern kontinuierlich oder absatzweise die Änderungen
der Meßgrößen, so daß das Endorgan (Stab S1) kontinuierlich oder absatzweise der
Scheinleistung folgt.