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Maximal-Meßapparat, bestehend aus zwei Zählwerken Es ist eine an Zählwerken
vorgesehene mechanische Anordnung bekannt, welche den Höchstwert der in aufeinanderfolgenden
gleichen Zeitintervallen vom Zählwerk erreichten Umdrehungszahlen angibt. Diese
als Maximalzähler bezeichnete Anordnung besteht im allgemeinen aus zwei Zeigern,
von denen der eine mit dem Zähler umläuft, mit dem er fest gekuppelt ist, während
der zweite vom ersteren mitgenommen wird und in der erreichten Lage stehenbleibt,
sobald die Wirkung des mitnehmenden Zeigers aufhört. Der mitgenommene Zeiger ermöglicht
das Ablesen des gesuchten Maximalwertes auf der Skala einer mit dem Zeiger gleichachsigen
Scheibe. Bei derartigen Apparaten kommt ein Uhrwerk zur Verwendung, welches axn
Ende eines jeden der vorausbestimmten gleichen Zeitintervalle in Wirksamkeit tritt,
um den mitnehmenden Zeiger von seiner mechanischen Kupplung mit dem Zähler derart
zu lösen, daß auf den Zeiger eine Hilfskraft, etwa eine Feder, frei einzuwirken
imstande ist, um den Zeiger in die Ausgangsstellung zurückzuführen.
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Es sind ferner mechanische Anordnungen bekannt, welche man als von
der oben beschriebenen abgeleitet ansehen kann und bei denen zwei oder mehr voneinander
unabhängige Maximalzeiger vorgesehen sind, die sich sämtlich um die gleiche Achse
drehen, derart, daß eine Ablesung der verschiedenen Größen an den einzelnen Zeigern
auf einer und derselben unterteilten Scheibe möglich ist. Auch sind Anordnungen
bekannt, welche die Surnmierung der veränderlichen Größen jedoch nur gleichzeitig
gestatten; diese wirken durch mechanische Impulse, nicht aber kontinuierlich, wie
es insbesondere. bei der Anwendung auf elektrische Zählwerke erforderlich ist, wo
stets sehr kleine Kräfte verfügbar sind und daher Reibungen und Reaktionen vermieden
werden müssen, welche die Genauigkeit des mit der mechanischen Anordnung versehenen
Zählwerkes beeinträchtigen.
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Bei gewissen anderen Vorrichtungen, die zur Aufzeichnung mittlerer
Geschwindigkeiten dienen, werden logarithmische Übersetzungen verwendet, welche
Verwicklungen mit sich bringen, sowie passive, mit -der Stellung des Zeigers- veränderliche
Widerstände.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, welche ohne Verwendung
starrer mechanischer Verbindungen der beiden Drehachsen, an denen sie angebracht
ist, gestattet, den Maximalwert der algebraischen Summe der beiden unabhängigen
Veränderlichen zu messen; und zwar erfolgt die Messung durch kontinuierliche, also
nicht absatzweise Einwirkung der die Anordnung beeinflussenden Kräfte.
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Es wird zunächst bemerkt, daß der Zweck durch Verwendung einer Anordnung
mit mehreren unabhängigen Zeigern nicht erreichbar wäre, indem man in diesem Fall
nicht nur keine einheitliche Angabe des gesuchten Wertes erhalten würde, sondern
eine solche wäre auch
nicht durch algebraische Summierung der durch
die Zeiger angegebenen Werte erhältlich, da diese Summe nicht den Maximalwert der
Summe der- veränderlichen Größen, sondern die Summe der nicht gleichzeitigen Maxima
dieser Größen darstellen würde.
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Die Erfindung betrifft eine mechanische Einrichtung, die diesen Maximalwert
der Summe der beiden Veränderlichen angibt. Die Erfindung beruht auf der Anwendung
des Prinzips der Relativbewegung von Körpern, nach welchem der von einem beweglichen
Körper einem anderen ebenfalls beweglichen Körper gegenüber zurückgelegte Weg, sei
es auf einer Kreisbahn, sei es auf geradliniger Bahn, der algebraischen Summe der
Wege eines jeden Körpers gleich ist.
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Da zwei unabhängige Größen vorhanden sind, werden zwei Mitnehmerzeiger
verwendet, dagegen ist anstatt zweier mitgenommener Zeiger nur ein einziger vorhanden,
indem der zweite Zeiger duzch eine zweckmäßig bewegliche unterteilte Scheibe ersetzt
-ist.
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Der mitgenommene Zeiger, welcher den Maximalwert der Summe der beiden
Veränderlichen anzugeben bestimmt ist, muß sich im Sinne der wachsenden Werte nur
dann bewegen, wenn gleichzeitig zwei Bedingungen erfüllt werden, daß nämlich die
beiden Mitnehmerzeiger auf die Scheibe und auf den mitgenommenen Zeiger einwirken.
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Betrachtet man nämlich den von den beiden Mitnehmerzeigern eingeschlossenen
veränderlichen Winkel und den von dem mitgenommenen Zeiger und einem durch den Nullpunkt
der Teilung gehenden Strahl eingeschlossenen Winkel, so wird die Verstellung des
zur Anzeige des Maximalwertes dienenden Zeigers nur dann stattfinden, wenn der erstere
Winkel den letzteren zu überschreiten strebt.
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Es ist natürlich nötig, daß die beiden Mitnehmerzeiger sich im entgegengesetzten
Sinne drehen, wenn die beiden Zählwerke im nämlichen Sinn umlaufen und umgekehrt.
Um ferner Irrtümer in der Ablesung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Dauer der
Beobachtung, d. h. die Dauer der beiden gleichen Zeitintervalle, welche durch das
Uhrwerk bestimmt werden, auf einen geringeren Zeitraum einzuschränken, als erforderlich
ist, damit die Scheibe in dem einen und der Zeiger im entgegengesetzten Sinn um
einen Winkel von =8o ° bei Höchstbelastung eines jeden Zählwerkes umlaufen. Solche
Anordnungen, die 18o' übersteigende Verdrehungen verhindern können, sind an sich
bekannt. Ebenso andere Anordnungen, die Verdrehungen über i8o° berücksichtigen und
aufzeichnen können.
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Die Figuren i, z und 3 veranschaulichen schematisch ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Anwendung auf ein Paar von in Aronschaltung eingeschalteten Einphasenzählern,
die mit A und B bezeichnet sind.
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In Fig. i sind die Zählwerke nicht dargestellt, vielmehr ist nur ein
dem Zähler des einen bzw. des anderen Zählwerkes angehöriges Zahnrad dargestellt.
Diese sind symmetrisch zur Achse der Abbildung gedacht. Die beiden Einphasenzähler
werden zweckmäßig mit zueinander parallelen und in zweckmäßiger Entfernung angeordneten
Achsen derart angebracht, daß zwischen ihnen die mechanische Maximalanordnung eingebaut
werden kann.
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Zwei Kegelräder C und D sind starr oder durch Vermittlung einer federnden
Kupplung je mit einem Zähler der beiden Zählwerke verbunden. E ist eine Hohlwelle,
welche die mit einer Teilung versehene Scheibe F trägt. Konzentrisch zu ihr ist
die den Mitnehmerzeiger H tragende Welle G angebracht. Auf der Hohlwelle E und auf
der Welle G sitzen zwei Kegelräder, die mit den Kegelrädern C bzw. D kämmen.
Mit I ist der mitgenommene Zeiger bezeichnet, welcher dank einer leichten
Reibung -mit der Scheibe F in starrer Verbindung zu bleiben bestrebt ist, wobei
die Reibung durch eine kleine, nicht dargestellte Gleitfeder erzielt werden kann.
Die Scheibe F kann starr oder lose auf der Hohlwelle E montiert- sein; in diesem
Fall treibt die Hohlwelle die Scheibe durch einen als Mitnehmerzeiger wirkenden
Hebel an. Die starre Kupplung der Scheibe auf der Hohlwelle E kann für den Fall
vorgesehen sein, daß das Zählwerk A nur zur Vorwärtsdrehung befähigt ist.
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Ein kleiner, in zweckmäßig gewählten Intervallen durch ein Uhrwerk
angetriebener Elektromagnet löst auf kurze Zeit die Verbindung der die Teilung aufweisenden
Scheibe mit dem Zählwerk A und die Verbindung des Zeigers H mit dem Zählwerk
B ; dies erfolgt entweder durch Erregung des Elektromagneten oder aber, wie
schematisch in Fig. i dargestellt, durch Unterbrechung des Erregerstromes für den
Elektromagneten; der Zeiger H kehrt alsdann in die Ausgangsstellung zurück.
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In der Fig. = bezeichnen Q und R die Speiseleiter für den Elektromagneten
P. Der Anker N ist für die Bewegung in Richtung der Achsen G und E zweckmäßig mit
den konzentrischen Kegelrädern des Maximalzeigers starr gekuppelt. Federn S, S erleichtern
das Abfallen des Ankers N, wenn der Elektromagnet durch Vermittlung des nicht dargestellten
Uhrwerks aberregt oder sonstwie stromlos wird.
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Das für Dreiphasensysteme unter Verwendung zweier Einphasenzähler
in Aronschaltung beschriebene Zählwerk ist bei jeder Belastungs-und Phasenverschiebung
wirksam. Insbesondere dann, wenn (wie es bei Belastungsgleichgewicht i und einer
nacheilenden Phasenverschiebung von 6o' der Fall ist) B Nullmoment aufweist,
erfolgt
gleicherweise -die Aufzeichnung des Maximalwertes in, dem bestimmten Zeitintervall,
auch wenn die aufzuzeichnende Spitze größer ist als die zuvor aufgezeichnete. Bei
Erreichung des Maximalwinkels der -vorhergehenden Aufzeichnungen kann nämlich, was
der gemachten Voraussetzung gemäß vor Ablauf des vorausbestimmten Zeitintervalls
stattfindet, der Zeiger nicht von der -Scheibe mitgenommen werden, da das auf den
Hebel wirkende Moment, das die negative Drehung des -Zeigers hemmen soll, gleich
Null ist. Die mechanischen Verbindungen zwischen den Zählwerken und den den Maximalanzeiger
antreibenden Kegelräderpaaren sind nicht umkehrbar. Es ist nämlich zwischen der
Zählwerksachse und dem Zähler und somit zwischen der Achse eines jeden Zählwerks
und der beschriebenen Einrichtung für die Aufzeichnung der Maximalspitze ein Zahnrad
mit kurzgängiger Schnecke eingeschaltet, das . irreversibel ist. Sollte in der Übertragung
zwischen je einem Zählwerk und der Scheibe bzw. dem Zeiger ein nicht umkehrbares
Getriebe vorhanden sein, so muß es zur Erreichung des angestrebten Zweckes eingebaut
werden.
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Durch Verwendung eines zweckmäßigen Anschlages ist es auch möglich,
derart vorzugehen, daß der Apparat einer negativen Aufzeichnung des Zählwerkes B
nicht Rechnung trägt. Auf diese Art ist das Gerät auf eine Tarifierung der Maximalleistung
(als Durchschnitt während des durch das Uhrwerk bestimmten Zeitintervalls) in Abhängigkeit
vom Leistungsfaktor anwendbar, derart, daß ein Betrieb unter Vollast bei einem
0,5 unterschreitenden Leistungsfaktor (bei Gleichgewichtsbelastung) nicht
zulässig ist und ein etwa vorkommender Betrieb mit kleinerem Leistungsfaktor einem
Sonder-- (Straf-) Tarif unterliegt. Dabei wird als Spitzenwert der von dem Zählwerk
A allein registrierte Wert angenommen, selbstredend sobald- dieser Wert tatsächlich
größer erscheint als der mit einem Leistungsfaktor. unter 0,5 sich ergebende
Spitzenwert.
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Fig. 2 veranschaulicht die mit Teilung versehene Scheibe von der Seite
aus gesehen. Es ist angenommen, daß der Betrieb des Apparates von der Nullanzeige
des Spitzenwertes ausgehend begonnen habe, und die Scheibe ist in dem Augenblick
dargestellt, in welchem sie sich um vier Teilungen im Sinne der Uhrzeiger verdreht
hat. Der Hebel und somit der Zeiger hat sich im entgegengesetzten Sinn um zwei Teilungen
verstellt, so daß im ganzen eine Verstellung um sechs Teilungen abgelesen wird.
In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist die Phasenverschiebung der als
im Gleichgewicht befindlich vorausgesetzten Belastung nach einer wohlbekannten Funktion
von dem Verhältnis der Abweichung des Hebels zur Abweichung der Scheibe, also vom
Verhältnis 2 : q. = 0,5 ableitbar. Dem entspricht eine Phasenverstellung von
30' und der Leistungsfaktor o,866. Zweckmäßig wird die Nullstellung der Skala
als mit der Ruhestellung der Scheibe und des Hebels zusammenfällend festgesetzt,
indem beispielsweise eine dauernd sichtbare, in Abb. 2 und 3 mit L-M bezeichnete
gerade Linie auf dem Glas gezogen wird, das auf der den Apparat bedeckenden Kappe
angebracht ist. Der Strich ist so gezogen, daß er durch die Drehungsachse der Scheibe
und den Nullpunkt der Teilung hindurchgeht.
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Fig.3 stellt die Scheibe in der Lage dar, in der sie sich befindet,
wenn die Nulleinstellungsvorrichtung einen Augenblick zuvor in Wirksamkeit getreten
ist. Man sieht, daß die vorhergehende Verstellung aufgezeichnet bleibt und daß die
Scheibe und der Hebel sich beide in der Ausgangsstellung befinden (die mit der geradlinigen
Strecke L-M zu-
sammenfällt), bereit, je ihre eigene Drehung wiederaufzunehmen
und daher gegebenenfalls eine größere Verstellung als die vorhergehenden sechs Teilungen
aufzuzeichnen. Einer jeden Teilung entspricht ein bestimmter Wert der Gesamtleistung,
die in der Zeit durch die beiden Einphasenzähler integriert wird. Die Anzeigen dieser
Zähler kommen summiert der Energie des Systems gleich. Die Skala der Scheibenteilungen
hängt, wenn in KW angegeben, von den Konstanten der mechanischen Übersetzungen und
der Zähler ab. Der beschriebene Apparat bildet also einen Dreiphasenzähler mit Höchstspitze,
der bei in Gleichgewicht befindlicher Belastung auch die Berechnung des Leistungsfaktors
gestattet.
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Es versteht sich, daß bei Verwendung einer der bekannten Anordnungen
zur Umsetzung einer Drehbewegung in geradlinige Bewegung eine geradlinige Skala
an Stelle einer kreisförmigen benutzt werden kann. In diesem Fall bewegt sich der
Zeiger ebenfalls geradlinig längs der Skala, unter Vermittlung einer ähnlichen Übersetzung
mit Umsetzung der Kreisbewegung in geradlinige Bewegung. Analog kann die Aufzeichnung
der Relativbewegung zweier geradliniger Bewegungssysteme an Stelle rotierender Systeme
bewerkstelligt werden.