DE52456C - Elektrizitätsmesser - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

-Der vorliegende Elektricitätsmesser besteht aus folgenden Theilen:

1. einem Elektrodynamometer, ->welches in jedem Augenblick die pro Secunde gelieferte elektrische Energie anzeigt;

2. einer Uhr, welche die Zeit mifst und die Dauer der Lieferung der Energie beeinflufst;

3. einem Registrirapparat, welcher das Product der beiden zuerst genannten Gröfsen ausrechnet und auf Zifferblättern die gesammte gelieferte Menge anzeigt.

Im Nachfolgenden wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen die Einrichtung und Wirkungsweise des Elektricitätsmessers beschrieben.

Fig. ι ist ein Längsschnitt, Fig. 2 ein Grundrifs, Fig. 3 eine von rechts gesehene und Fig. 4 eine von links gesehene Endansicht der Fig. 1. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt nach den Linien M-N der Fig. 1 und 2 . und Fig. 6 einen Querschnitt nach den Linien P-Q derselben Figuren. Die übrigen Figuren geben Einzelheiten. ■

Das Elektrodynamometer enthält zwei SoIeaoide (Fig. 1). Das eine (A) ist aus dünnem Draht gebildet· und bietet einen grofsen Widerstand dar. Es ist um eine senkrechte Achse a beweglich und in eine Zweigleitung ,eingeschaltet, die aufserhalb des Stromkreises des Abonnenten (Theilnehmers) liegt. Die Stärke des abgezweigten Stromes ist in jedem Augenblick proportional der Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden dieses Stromkreises. Das andere Solenoid ist von zwei festen, symmetrischen Spulen B B¹ gebildet, welche stehend angeordnet sind und von denen jede von einer Hälfte des vertheilten Stromes durchflossen wird.

Die bewegliche Spule A ist auf einer hohlen Welle α montirt, durch.welche ein Metalldraht b hindurchgeht, der zugleich als Aufhängungsfaden und als Torsionsfeder dient. Der Draht b ist bei c an dem Fufs·- der Welle α und oben an einer Regulirungsschraube v¹ befestigt.

Die Wirkung des festen Solenoids BB¹ auf das bewegliche Solenoid A reducirt sich auf ein Kräftepaar, dessen der Energie des vertheilten Stromes proportionales Moment eine Function des Winkels ist, welchen die Achsen der Solenoide zwischen sich einschliefsen; andererseits ist das widerstehende Kräftepaar des Torsionsdrahtes b proportional dem Ablenkungswinkel; es folgt daraus, dafs die Stellung der Nadel C, welche auf der Welle a der beweglichen Spule A befestigt ist, von der durch den Apparat hindurchströmenden Menge (debit) bestimmt wird.

Das bewegliche Solenoid und dessen Nadel bilden eine Vorrichtung, welche unter der Wirkung der Schwerkraft im indifferenten Gleichgewicht ist.

Die Stromleitungen sind wie folgt: Die Spulen B B¹ werden mit einem der Pole der Station durch die Klemme 2¹, Fig. 2, und mit dem Stromkreis des Theilnehmers durch die Klemme 1^x verbunden. Von den Klemmen 1 und 2, welche im Innern des Apparates mit einander verbunden sind, nimmt die eine den zweiten Draht der Station und die andere das zweite Ende des Stromkreises des Theilnehmers .auf oder umgekehrt; der ganze Strom des

Theilnehmers geht also durch die festen Spulen, durch jede der letzteren eine Hälfte des Stromes. Der feine Draht des Elektrodynamometers A ist. zwischen die Verbindung c¹, welche ι und 2 vereinigt, bei d und einen beliebigen Punkt e der Verbindung zwischen ι^x und 2 ^l im Nebenschlufs eingeschaltet.

Die Uhr enthält eine um eine stehende Achse drehbare Unruhe D, Fig. 1, welche mit einer Spiralfeder F ausgerüstet ist und pro Secunde einen Ausschlag macht. Die Bewegung der Unruhe wird auf elektrischem Wege bewirkt und unterhalten, und zwar durch die folgenden Einrichtungen. Die Achse f der Unruhe ist in ihrem mittleren Theil m flach gestaltet, wie dies aus dem Schnitt Fig. 7 zu ersehen ist. Sie ist zwischen den gegenüberstehenden Polen zweier Hufeisenelektromagnete EE¹ angeordnet (Fig. 6), deren vier Spulen EEE¹E¹ (aus feinem Draht) ebenso wie die Wickelung des Dynamometers im Nebenschlufs liegen, d. h. die Verbindungen, welche den Spulen Strom zuführen, gehen einerseits bis zum Leiter, welcher 1 mit 2 verbindet (Fig. 2), und andererseits nach e; die Verbindungen sind zwischen den vier Spulen EEE¹E¹ so gemacht, dafs ein einziger magnetischer Stromkreis gebildet ist. Die Verbindung zwischen e und den Spulen E E E¹ E¹ ist direct hergestellt, aber diejenige dieser Spulen mit dem Leiter 1, 2 bei d durch Vermittelung der Schraube g bewirkt, welche von der Metallmasse des Apparates isolirt, indessen mit der Feder h in Berührung ist, deren Ende sich gegenüber der Spitze i, Fig. 2 und 10, einer Schraube j befindet, welche ebenfalls von dem Apparat durch den Ebonitklotz k isolirt ist. Die genannte Schraube j ist mit einem Leiter / verbunden, welcher bei e endigt, nachdem er die Windungen der vier Spulen EEE¹E¹ gebildet hat.

!In der Ruhelage ist der flache Theil m der Welle f der Unruhe um ungefähr 45⁰ gegen die Mittelebene der Elektromagnete E E E¹ E¹ geneigt. Der obere Theil der Welle f der Unruhe ist in folgender Weise eingerichtet. Eine Hülse n, Fig. 1 und 10, welche an dem oberen Theil der genannten Welle f mittelst eines Stiftes befestigt ist, hat eine Kerbe o, in welche der Knaggen ρ der Feder h sich einlegen kann; ist dies geschehen, so berührt die Feder h die Spitze i, und der Stromkreis ist geschlossen.

Unter der auf der Welle f festen Hülse η befindet sich eine zweite Hülse q, welche auf derselben Welle / lose ist (Fig. 1, 8 und 9), und eine Kerbe o¹, von derselben Gröfse wie die Kerbe 0 der Hülse η hat (Fig. 8 und 10). Aufserdem trägt die obere Hülse ti auf ihrer Unterseite einen Zahn r, welcher in einer Aussparung 5, Fig. 9, der losen Hülse q spielen oder sich bewegen kann, da die Aussparung s gröfser als der Zahn r ist. Durch diesen einen Mitnehmer bildenden Zahn r nimmt die Welle f die Hülse q mit, wenn die Unruhe schwingt.

Wird der Apparat in Betrieb gesetzt, so wird der flache Theil m der Welle f in die Mittelebene der Elektromagnete E E¹ gezogen und die Hülse η in der Richtung des Pfeiles x, Fig. 10, gedreht, wobei sie die Hülse q durch die gegen den Rand der Aussparung s sich anlegende linke Kante ihres Zahnes r, Fig. 9, mitnimmt. In dieser Stellung fallen die beiden Kerben 0 o¹ der beiden Hülsen η und q zusammen, und die Ränder \ %, Fig. 8 und 10, dieser Kerben heben zusammen den Knaggen ρ der Feder h. In diesem Augenblick hört der Strom auf, durch die Elektromagnete EE¹ zu fliefsen. Die Unruhe geht dann durch die Wirkung der Feder F in der Richtung des Pfeiles x¹ rückwärts, und die Kerbe ο der Hülse η verschiebt sich in Bezug auf diejenige der Hülse q um eine etwas gröfsere Strecke, als die gesammte Breite der beiden Kerben 0 o¹ beträgt, dergestalt, dafs der Knaggen ρ der Feder h nicht zurückfallen kann, da sie auf den beiden Hülsen η und q während deren Rückwärtsbewegung keine durchgehende Kerbe findet. Wenn die Unruhe hierauf in der ersten Richtung χ wieder zurückkommt, so fallen durch die gegenseitige Verschiebung der beiden Hülsen η und q die Kerben 0 o¹ der letzteren von neuem zusammen, und' es springt der Knaggen ρ der Feder h wieder in die Kerben ein und bleibt darin, bis sie von dem hinteren Rande der Kerben wieder ausgehoben wird. Ist die Feder h eingefallen, so ist der Stromkreis der Elektromagnete E E ^l geschlossen. Die Unruhe D empfängt also bei jeder doppelten Schwingung einen Antrieb.

Wenn man den Stromkreis des Theilnehmers unterbricht, so wird die Unruhe gehemmt; der Knaggen ρ legt sich dann von selbst in die Kerben ο o¹ der Hülsen ein, und der Apparat ist wieder bereit, in Thätigkeit zu treten, sobald man von neuem einen Strom durch denselben sendet.

Das Ebonitstück k, welches die Feder h und die Schrauben g und j trägt, ist auf dem Träger des oberen Lagers der Welle f, Fig. 1 und 10, befestigt, dergestalt, dafs man mit Hülfe der Schraube j den Druck des Contactes zwischen h und i regeln kann und hierauf die Tiefe des Eindringens des Knaggens ρ der Feder h in die Kerben 0 o¹ der Hülsen oder Ringe dadurch, dafs man die Befestigungsschraube des Stückes ¹Ar, welche durch das ovale Loch t des letzteren geht, löst, das Stück k entsprechend verschiebt und sodann wieder befestigt.

Der Registrirapparat wird von einem Querstück G, Fig. 3, getragen, welches mit zwei Schrauben auf der Vorderseite des Messers befestigt ist; er besteht aus einer stehenden Welle H, Fig. i, an deren unterem Theil ein Rad I mit ioo Zähnen angebracht ist, welches durch einen mit Schwanzstück versehenen Sperrkegel J in Thätigkeit gesetzt wird, wie dies Fig. 1ι veranschaulicht, welche einen Schnitt nach der Linie R-S der Fig. ι zeigt. Dieser Sperrkegel J ist excentrisch' auf der Welle f der Unruhe angeordnet. Bei jeder Schwingung greift die Nase u des Sperrkegels in die Verzahnung des Rades 1 ein und dreht das letztere um einen Zahn; während der Schwanz u¹ des Sperrkegels die rückläufige Bewegung dieser Nase in Bezug auf das Rad während des Rückganges der Unruhe begrenzt; die Welle H des Registrirapparates macht also eineUmdrehungin looSecunden. DieseWellei/, Fig. i, trägt auf ihrem oberen Theil die nachstehend beschriebene Einrück- und Ausrückvorrichtung, welche' durch die Wirkung des Zeigers C des Dynamometers bei jeder Umdrehung das grofse Rad K, welches das ganze Zeigerwerk treibt, um einen entsprechenden Betrag vorrückt. Dieses Rad K ist auf einem hohlen Zapfen L concentrisch zum hundertzähnigen Rad I gelagert. Unter dem Lager ν trägt dieser Zapfen L einen Trieb M, der in ein Kegelrad N eingreift, welches auf die erste Achse des die Zeiger der Zifferblätter X bethätigenden Räderwerkes aufgekeilt ist. Dieses Registrirwerk, welches in Fig. i, 3 und 12 gezeigt ist, hat die bekannte Einrichtung.¹

Die Einrück- und Ausrückvorrichtung, welche Fig. 13 im Schnitt und Fig. 14 im Grundrifs zeigen, besteht aus zwei Haupttheilen, dem gekrümmten Arm y und der Curvenscheibe o, welch letztere den Sperrkegel ^¹ trägt, der über dem grofsen Rad K angeordnet ist. Der Arm y dreht sich in waagrechter Richtung mit der W'elle H, auf welcher er befestigt ist, und trifft bei jeder Drehung auf die Spitze oder Nase a, Fig. 1, 2 und 3, der Nadel C des Dynamometers; diese Nase wird, indem sie auf der geneigten Fläche des Armes hingleitet, ge-' hoben und dadurch die Nadel gegen die Unterseite der am Gestell befestigten Brücke β gelegt, welche concentrisch zur Welle a des" Elektrodynamometers gekrümmt ist. Die Nadel wird auf diese Art bei jeder Umdrehung der Welle H in der Gleichgewichtslage, welche sie alsdann einnimmt, festgeklemmt. Wenn der Arm y die Nase α der Nadel C hinter sich gelassen hat, so fällt diese vermöge ihrer Nachgiebigkeit auf die Curvenscheibe O, worauf letztere, welche von den auf der waagrechten Welle & befestigten Armen γ γ, Fig. 13 und 14, getragen und durch eine Feder hochgehalten wird, sich senkt und mit ihrem Sperrkegel ^¹ in die Verzahnung des Rades K eingreift, so dafs das Rad K auf diese Art. während der Zeit, wo die Nadel auf der Curvenscheibe O aufruht, mitgenommen wird. Die Nase α der Nadel beschreibt auf dieser Curvenscheibe O einen Kreisbogen, dessen Centriwinkel (Tangle au centre) für jede Stellung proportional der Energie des vertheilten Stromes ist; die Gröfäe der Drehbewegung des Rades K ist also auch proportional dieser Energie und das Zeigerwerk rückt in jedem Zeitabschnitt von 100 Secunden um einen Betrag vor, welcher die während dieser Zeit gelieferte Energie versinn· licht. Auf diese Art werden die zur Erlangung eines Energiemessers erforderlichen Bedingungen verwirklicht. Ersetzt man das Elektrodynamometer durch einen Ampere-Messer, so hat man einen Messer der Strommenge. Es genügt hierzu, das Solenoid A durch einen Stab von weichem Eisen zu ersetzen.

Der ganze Apparat ist in ein gläsernes oder aus Zink hergestelltes Gehäuse eingeschlossen, welches die Ziiferblätter sehen läfst und an der Fufsplatte des Apparates mit plombirten Schrauben befestigt ist.

Die Verbindungsklemmen ι,ι¹, 2, 2¹ sind aufserhalb des Gehäuses unter Holzplatten P¹ angeordnet, welche festgeschraubt und versiegelt sind.

Die Spurlager, auf welchen die Zapfen der Welle α des Elektrodynamometers und der Welle f der Unruhe laufen, werden von Schrauben v² v", Fig. 1, getragen, welche man von aufsen dergestalt drehen kann, dafs die genannten Wellen während des Transportes festgestellt sind· Die Einrichtungen, welche bei diesem Apparat getroffen sind, haben den Zweck, seine Empfindlichkeit bei kleinem Stromverbrauch gröfser zu machen und eine einfache und schnelle Regulirung zu gestatten.

Da die Achse der beweglichen Spule A des Elektrodynamometers einen Winkel von 45⁰ mit der Ebene der festen Spulen B -B¹ macht und dieser Winkel sich vergröfsert, wenn der Stromverbrauch zunimmt, so ist die Strecke, um welche die Nadel sich bei einer und derselben Zunahme des Stromes verschiebt, bei geringem Stromverbrauch gröfser als bei gröfserem Stromverbrauch. Diese Strecke ist in der Nähe von Null dreimal so grofs als in der Nähe des Maximums, für welches der Messer eingerichtet ist; hieraus ergiebt sich nach Angabe des Erfinders:

ι. ■ dafs der Apparat bei kleinem Stromverbrauch empfindlich ist;

2. dafs man, indem man die Stellung der Nadel in Bezug auf die Spule A ändert, die fehlerhaften Abweichungen (ecarts d'exactitude), welche der Versuch zwischen den Angaben bei kleinem und bei grofsem Stromverbrauch offen-

bart, ,vermindert. Wenn diese Abweichungen aufgehoben' sind und die Uhr nahezu auf die Secunde regulirt ist, so genügt es, einen Versuch während einer bestimmten Zeit zu machen und das hundertzähnige Rad / durch ein Rad mit mehr oder weniger Zähnen zu ersetzen, je nachdem der Messer schneller oder langsamer geht. Wenn diese Abweichung zu bedeutend ist, so kann man das Kegelrad 2V, welches das Räderwerk antreibt, durch ein anderes ersetzen, ohne den Trieb M, welcher sich auf dem hohlen Zapfen / heben oder senken läfst, auszuwechseln.

Der Apparat läfst sich sowohl auf Gleichstrom als auch auf Wechselströme anwenden; in letzterem Falle hat man nur nöthig, den Widerstand der Nebenleitung der Uhr zu vermindern.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. In einem Elektricitätsmesser die Einrichtung des Vertheilers (distributeur), welcher die Bewegung der Unruhe auf elektrischem Wege hervorruft und unterhält, gekennzeichnet durch eine Feder, welche nur bei einer Schwingungsrichtung Contact herstellt, und zwar dadurch, dafs auf diese Feder zwei gekerbte Hülsen einwirken, von denen die eine, auf der Welle der Unruhe befestigte, einen Zahn hat, der in eine gröfsere Aussparung der anderen, auf derselben Welle losen Hülse eingreift.
2. 2. In Verbindung mit der im Anspruch i. gekennzeichneten Vorrichtung die Einrichtung, dafs die erste Welle des Registrir-

   • werkes durch die Unruhe der Uhr unter Vermittelung eines ein Zahnrad bewegenden Sperrkegels angetrieben wird, während das Räderwerk des Zeigerwerkes durch die eben genannte Welle vermittelst einer Einrück- und Ausrückvorrichtung bewegt wird, deren Wirkungsdauer von der Stellung der~- Nadel des Elektrodynamometers abhängt.
3. 3. Die im Anspruch 2. genannte Einrück- und Ausrückvorrichtung, gebildet von einem mit der ersten Welle des Registrirwerkes verbundenen abgeschrägten Arm, welcher das Ende der elastischen Nadel des Elektrodynamometers, wenn der Arm auf diese Nadel trifft, so hoch hebt, dafs die genannte Nadel gegen die Unterseite eines festen Sectors gedrückt wird und dann nach dem Ueberschreiten des Armes auf eine mit der Welle des Armes beweglich verbundene Curvenscheibe gelangt, welche durch die Wirkung der Nadel sich senkt, durch dieses Herabgehen das Einrücken des ersten, die Zeiger des Zählers bethätigenden Räderwerkes hervorruft und das letztere so lange bewegt, bis die Nadel von der Curvenscheibe herabgleitet.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.