DE92567C

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Publication number: DE92567C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom la. November 1896 ab.

Zweck des Apparates ist, die in einer' bestimmten Zeit durch eine Leitung abgegebene Arbeit selbstthätig zu registriren, welche durch den Ausdruck ΈΕΙΤ ausgedrückt wird; in diesem bezeichnet E die Voltzahl, / die Amperezahl, T die Zeit. Der Apparat beruht auf dem Princip der Waageelektr.odynamometer, welche das Product E-I zu messen erlauben. Letztere bestehen in einer Waage (Fig. i), deren Balken in A gelagert ist, welch letzterer auf einer Seite eine bewegliche Zweigspule C besitzt, und eine Platte D zum Auflegen von Mefsgewichten, während auf der anderen Seite ein Gewicht B sich befindet, welches die Waage im Stillstande in Gleichgewicht hält. Eine zweite feste Spule E, durch welche der elektrische Hauptstrom geleitet wird, sitzt über der Spule C und zieht diese an, sobald Stromschlufs hergestellt wird. Um diese Spule C, also auch den Waagebalken in die ursprüngliche Lage zu bringen, mufs man die Schale D mit Gewichten belasten im Verhältnifs zu der Anziehungskraft der Spule D, welche Function = EI ist.

Um aus einem solchen Dynamometer einen Elektricitätsmesser zu machen, wurde folgender Apparat erdacht. Es mufs die Aufgabe gelöst werden, wie eingangs schon gesagt, dafs der Factor »die Zeit« hier eingebracht wird, so dafs die durch Spule D in einer Zeit T durchgegangene Elektricitätsmenge auf einem Zifferblatt direct abzulesen ist; es mufs mit anderen Worten das Integral
T

:i-dt

durch den Apparat vollzogen werden. Zu diesem Zwecke wird durch die Abrollung einer Kette, welche einerseits an der Trommel eines Uhrwerks, andererseits an dem Ende des Waagebalkens befestigt ist, letzterer continuirlich immer mehr und mehr belastet, wodurch derselbe um so rascher sich senken wird, je kleiner der Strom ist, und um so später, je gröfser der Strom ist, d. h. es wird der Niedergang des Balkens. zu jeder Zeit durch die Energie bestimmt, welche durch die Spule geht.

Mittelst des nachträglich beschriebenen Apparates werden die einzelnen Wägungen, welche in regelmäfsigen Zeitabschnitten selbstthätig gemacht werden, aufgezeichnet; er ist somit ein Wattstundenzähler mit periodischen continuirlichen Integrationen. Er unterscheidet sich von ähnlichen Apparaten dadurch, dafs die Gewichte, welche zum Messen des Stromes auf- oder abgelegt werden, durch eine Kette ersetzt werden, welche sich gleichmäfsig mittelst eines Uhrwerkes abrollt, und zwar in regelmäfsigen Zeitabschnitten, und nach deren Ablauf sich immer wieder" von selbst auf die dazu bestimmte Trommel aufrollt. Das stetig gleichmäfsig wachsende Gewicht der Kette beim Abrollen bringt in einem bestimmten Moment der Abrollung die Waage wieder ins Gleichgewicht, sobald das Uebergewicht der Kette der elektrischen Anziehungskraft der Spulen gleich ist. Als Zeitabschnitt kann z. B. der Zeitraum von 5 Minuten angenommen werden, d. h. alle 5 Minuten rollt sich die Kette wieder, und zwar schnell auf, um dann die langsame Abrollung von neuem zu beginnen. Auf- und Abrollung werden beide

von dem Uhrwerk veranlafst, also ohne Hülfe irgend eines anderen mechanischen oder dem Elektrodynamometer selbst entnommenen Mittels. Indem ein solcher Apparat alle 5 Minuten, d. h. alle 300 Secunden, die Energie registrirt, kann er als ein fast continuirlich integrirender Apparat angesehen werden.

Das Uhrwerk ist in Fig. 2 nur durch punktirte Linien angedeutet, während die vor dem Kasten sich befindenden Zifferblätter, wie auch der Uebertragungsmechanismus der Zeiger von dem Einer - Zifferblatt auf das Tausend - Zifferblatt ganz weggelassen sind. In Fig. 3 ist das Uhrwerk ganz weggelassen, während die Uebertragungsräder der Zeiger sichtbar sind.

Fis. 2 ist eine Vorderansicht des ganzen Apparates.

Fig. 4,5, 6 und 7 sind Detailzeichnungen des Ümschaltungsmechanismus. Diese Figuren sind der Klarheit halber in etwas gröfserem Mafsstabe gezeichnet.

In den auf Fig. 1 folgenden Figuren bedeuten die gleichen Buchstaben A den Waagebalken, welcher sich vor dem Kasten B befindet; in B sitzt das Uhrwerk, dessen Mechanismus durch punktirte Linien in Fig. 2 eingezeichnet ist. Derselbe ist ein gewöhnliches Uhrwerk; sein letztes Uebertragungsrad greift in Rad C ein, welches lose auf einer Welle sitzt und auf dessen Nabe ein Kurbelarm α befestigt ist, welcher mittelst eines Mechanismus einen zweiten Kurbelarm beeinflufst, der auf derselben Welle festsitzt. Auf dieser Welle ist ferner ein Rad C und die Trommel C", auf welcher sich die Kette beständig auf- und abrollt, festgekeilt. Diese Bewegung wird weiter unten beschrieben und durch besondere Figuren erläutert werden. Rad C und Trommel C" haben denselben Durchmesser wie Rad C und das später zu erwähnende Rad C", so dafs die Umrisse derselben sich sämmtlich in der Vorderansicht decken. Das Rad C greift in einen unten liegenden Kolben D ein, dessen Achse in dem auf- und niedergehenden Waagebalken befestigt ist, mit diesem also auf- und abgeht und somit nur zeitweise mit Rad C in Eingriff steht. Der Kolben ist breit und sein Zweck ist, die Bewegung des Rades C auf ein gegenüberliegendes Rad C'" zu übertragen, welches auf einer besonderen Welle in der Verlängerung der Achse des Rades C sitzt. Dieser Eingriff und somit die Bewegung des Rades C", welches die Registrirzeiger in Bewegung setzt, dauert nur so lange, als die Integration nach untenstehender Erklärung stattfindet, d. h. so lange der Balken nach oben gezogen wird.

Der Waagebalken ist in H unterstützt, die bewegliche Spule K hingegen ist an dem Punkte J aufgehängt. Die feste Spule, durch welche der Hauptstrom geht, ist in L ersichtlich; soll die Empfindlichkeit erhöht werden, so wird unterhalb der beweglichen Spule eine zweite feste Spule L' mit entgegengesetzter Windung befestigt, so dafs K sich zwischen beiden Spulen LL' frei bewegen kann, und zwar mit kleinem Ausschlage. Bei dieser mittleren Stellung der Spule K befindet sich der Waagebalken in seiner horizontalen, ausgerückten Lage. Dies ist der Fall, wenn kein Strom durch L und L' geleitet wird; dann ist auch Kolben D ausgerückt. Die Kette E besteht aus fein geflochtenem Metalldraht und ist sehr geschmeidig. Wie oben erwähnt, ist sie einerseits an der Aufrolltrommel C", andererseits an dem Waagebalken befestigt. Die Trommel wird durch das Uhrwerk angetrieben, rollt dabei die Kette regelmäfsig ab, wird aber in regelmäfsigen Zeitperioden selbstthätig ausgerückt (z. B. alle 5 Minuten); sobald ausgerückt, wird sie unter dem Einflüsse eines Zahnkranzabschnittes F, auf welchen ein entsprechendes Gewicht F' einwirkt, schleunigst zurückgedreht und dadurch wieder aufgerollt, worauf eine neue (5 Minuten dauernde) langsame Abwickelung erfolgt, indem die Abwickelrolle mit dem Rade C in Eingriff kommt. Damit der Balken nicht zu hoch aufwärts schnelle, befindet sich an dem Gestell eine Anschlagsschraube N.

Die Ausrückung geschieht auf folgende Weise (s. Fig. 4, 5, 6 und 7). Fig. 4 ist ein Grundrifs der Ausrückungsvorrichtung, Fig. 5 ein Schnitt nach x-x, Fig. 7 ein solcher nach J^ ^ und Fig. 6 eine Seitenansicht. C ist das oben erwähnte Rad, auf welches das Uhrwerk einwirkt und dem letzteres eine continuirliche Vorwärtsbewegung ertheilt. Es sitzt lose auf seiner Welle. Längs des auf seiner Nabe sitzenden Kurbelarmes geht eine Blattfeder C entlang, welche an einem seiner Enden befestigt ist, so dafs sie auf ihrer Länge nach aufsen federn kann. Die Blattfeder ist am oberen Theile winkelförmig gestaltet, so dafs sie, wenn sie bei ihrer Drehung an einen federnden Stift c stöfst, ausweicht. An diesem oberen Theile der Blattfeder befindet sich ein Mitnehmer d, welcher auf einen Stift e, der an dem gegenüberliegenden Kurbelarme f befestigt ist, stöfst und letzteren mit in Bewegung setzt, und zwar bis Feder b durch Stift c zurückgedrängt wird. In diesem Moment wird der Kurbelarm f, welcher auf seiner Welle festsitzt, frei und unter dem Einflüsse des Gewichtes F', Zahnkranzes F und Rades F" zurückgedreht. Die Aufrolltrommel, welche auf derselben Welle festsitzt, rollt dabei die Kette aufs Neue auf. Dieser Rückgang erfolgt auf fast eine ganze Umdrehung, wird durch einen festen Stift g angehalten und vollzieht sich sehr schnell. Der sich weiterdrehende Mitnehmer d, dessen Feder von dem Stift c

Claims

unterdessen frei geworden ist, erfafst Stift c aufs Neue zu einer neuen Umdrehung u. s. w. Damit der Kolben D in jedem Falle während des Rückganges des Kurbelarmesy, d. h. während der Aufrollung, ausgerückt wird, befindet sich an dem Waagebalken A ein langer Stift /z, welcher durch eine Scheibe i, die an dem Kurbelarme α befestigt ist, nach unten gedrückt wird, und zwar in dem Momente, wo die Entfernung der beiden Stifte d und e von einander stattfindet.

Der Balken wird mit allem daran hängenden todten Gewichte bei aufgerollter Kette und während des Stillstandes durch ein Gegengewicht M ins Gleichgewicht gestellt.

Die Arbeitsweise. des Apparates ist nun folgende: Nachdem die Trommel bei Beginn der Zeitperioden die Kette aufgerollt hat, befindet sich in demselben Momente der Waagebalken im Gleichgewicht, so lange kein Strom durch die Spule geleitet wird. Sobald dies aber geschieht, wird der Balken durch die angezogene Spule nach oben geführt und der Kolben D rückt in Rad C ein und bringt ebenso das Rad C" mit dem Zeiger in Umdrehung. Da nun der Apparat für eine Maximalleistung und für einen bestimmten Zeitabschnitt geregelt ist, z. B. für Zeitperioden 5 Minuten, so wird sich der Zeiger nur während eines Bruchtheils χ dieser Zeitperiode drehen (d. h. so lange wird Kolben D mit C und C" in Eingriff bleiben), wenn die Maximalleistung nicht erreicht wird, und zwar so, dafs folgender Gleichung genügt wird:

x-E-I— 5 (Minuten) -E₁ I₁,

wobei χ der auf dem Zifferblatt registrirte Bruchtheil der Zeitperiode in Minuten ist, EI die Maximalleistung in 5 Minuten, für welche der Apparat berechnet ist, und E₁ I₁ die Gesammtmenge, die wirklich momentan durchgeht. Wird aber die Maximalleistung erreicht, so wird der Zeiger während der ganzen 5 Minuten laufen. Wird z.B. bei einem Apparat, der für 2500 Watt geregelt ist und dessen Integrationsoperation sich alle 5 Minuten wiederholt, angenommen, dafs statt 2500 Watt nur 500 durchgehen, so ,wird der Zeiger nur während eines Bruchtheils der Zeitperiode von 5 Minuten, d. h. während des fünften Theils = ι Minute fortlaufen, während er die übrigen 4 Minuten stillstehen wird. Gehen statt 5OoW^Tatt beispielsweise 800 Watt hindurch, so wird der Zeiger während

800X5
2500

= 1,6 Minuten

laufen u. s. w. Würden aber 2500 Watt hindurchgehen , so wird er während der ganzen Zeitperiode von 5 Minuten laufen.

Der beschriebene Apparat dient ebenso für Gleich- wie für Wechselstrom.

Pa τ ent-A ν sprtjch:

Elektrischer Arbeitsmesser mit Dynamometerwaage, deren Ausschläge periodisch je nach der Gröfse des Energieverbrauchs eine verschieden lange Kuppelung des Zählwerks mit einem Uhrwerk veranlassen, gekennzeichnet durch eine biegsame, einerseits an einem Ende des Waagebalkens und andererseits auf einer Trommel aufwickelbar befestigte Kette, welche in regelmäfsigen Zeitabschnitten durch das Uhrwerk langsam abgerollt und dann plötzlich wieder aufgerollt wird, so dafs der Waagebalken die Kuppelung des Uhrwerks mit dem Zählwerk jedesmal während eines dem jeweiligen Stromverbrauch entsprechenden Bruchtheils des gewählten Zeitabschnittes aufrecht erhält, bis er infolge der fortschreitenden Belastung durch die Kette wieder die Gleichgewichtslage erreicht und hierbei die Kuppelung unterbricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.