Titel: F. Kohlrausch's Federgalvanometer für technische Zwecke.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1884, Band 253 (S. 28–32)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj253/ar253009

F. Kohlrausch's Federgalvanometer für technische Zwecke.

Mit Abbildungen auf Tafel 4.

Nachstehend ist das von Prof. F. Kohlrausch in Würzburg angegebene und in der Werkstätte von E. Hartmann und Comp. in Würzburg ausgeführte |29| Federgalvanometer für technische Zwecke beschrieben, über welches die Elektrotechnische Zeitschrift, 1884 S. 18 und 228 eingehendere Mittheilungen enthält.

Will man überhaupt den im weichen Eisen erregten Magnetismus zur Strommessung benutzen, was in einem technisch zur Einführung gelangten Galvanometer zuerst wohl von Uppenborn geschehen ist, so dürfte der in die Spule hineingezogene Eisenkern groſse Vorzüge bieten; denn die Verhältnisse lassen sich hier so gestalten, daſs eine kleine zufällige Ortsänderung des Kernes keinen beträchtlichen Einfluſs auf die Gröſse der elektromagnetischen Kräfte ausübt. Es bekommt ferner bei geeigneter Beschaffenheit von Spule und beweglichem Kerne die Skala für die Stromstärke eine sehr günstige Gestalt. Die Angaben bleiben ausreichend constant, auch wenn z.B. die Temperatur schwankt. Höchst bequem ist das Instrument auch durch seine sofortige Einstellung. Das vorliegende Instrument eignet sich daher für die bequeme Messung starker Ströme, vorausgesetzt, daſs die Strommessung einer Genauigkeit bis auf wenige Procent bedarf, aber daſs man nicht etwa auf Procentbruchtheile genau messen will; letzteres dürfte mit Elektromagneten nicht zu erreichen sein, würde aber auch den unvermeidlichen Stromschwankungen gegenüber keinen Zweck haben.

Es sind bereits zwei ähnliche Vorschläge zu Galvanometern an die Oeffentlichkeit getreten, nämlich von Blyth (vgl. Elektrotechnische Zeitschrift, 1883 * S. 476) und von Böttcher (vgl. Centralblatt für Elektrotechnik, 1883 * S. 622). Das erstere Instrument muſs bei jeder Messung auf Null eingestellt werden, ist also nicht für den gewöhnlichen technischen Betrieb bestimmt. Böttcher aber zeigt, wie man eine Salter'sche Federwage in ein Skalengalvanometer umwandeln kann. Im elektrischen Theile unterscheidet sich die von Böttcher construirte Vorrichtung von der Kohlrausch's durch die Abmessungen der Spule und ganz besonders durch die Anwendung eines massiven Kernes anstatt eines dünnen Rohres, welche in Betreff der Skala für die Stromstärke ungünstig ist.

Die Stromstärke wird durch die Längenänderung der Spiralfeder gemessen. Diese Aenderung wird von sehr verschiedenen Umständen beeinfluſst. Auſser der Stärke der Feder, der Stromstärke und der Windungszahl kommt vorzugsweise die gegenseitige Stellung der Spule und des Kernes und der von dem Strome erregte Magnetismus in Betracht. Besonders der letzte Punkt ist mannigfacher Wandlungen fähig. Die gröſsere Gedrungenheit oder Gestrecktheit des Kernes bedingt, wie man an dem bekannten Versuche von A. v. Waltenhofen augenfällig gesehen hat, eine allmählichere oder raschere Annäherung des Magnetismus an seine obere Grenze. Kohlrausch ist durch Probiren zu folgendem Ergebnisse gekommen: Die Spule hat 14cm Länge, 2cm inneren und 4cm,5 äuſseren Durchmesser. Der Eisenkern besteht aus einer leichten, 20cm langen Röhre von 1cm,4 Durchmesser; sie wiegt 30g und dehnt die elastische Spiralfeder um 3cm. Die Aufhängefeder ist einstellbar und so regulirt, daſs die Röhre ohne Strom 4cm tief in die Spule hineinhängt. Eine Skala für den Strom kann auf dem Eisencylinder selbst angebracht werden.

Die Empfindlichkeit hängt natürlich von der Drahtsorte ab. Für 4 Lagen von je 40 Windungen eines 3mm dicken Drahtes entstand durch Eichung eine Skala, welche, zwischen etwa 4 und 15 Ampère fast gleichmäſsig ansteigend, bis 25 noch sehr günstige Verhältnisse zeigt und bis zu 40 noch auf weniger als eine Einheit genau abzulesen erlaubt. (Eine Zugabe von Eisen am oberen Theile würde die obersten Skalentheile weiter machen.)

Für sehr schwache Ströme ist das Instrument nicht geeignet; denn die anfängliche Zugkraft ist dem Quadrate der Stromstärke proportional oder vielleicht noch ungünstiger und der von den früheren Magnetisirungen zurückgebliebene Magnetismus kommt hier als merkliche Fehlerquelle herein.

Der Widerstand beträgt etwa 0,05 Ohm. Anhaltender Stromschluſs bewirkt bis 25 Ampère keine nachtheilige Erwärmung. Selbst wenn absichtlich eine Erhitzung bewirkt worden war, bei welcher der Messingrahmen nicht gut mehr längere Zeit berührt werden konnte, zeigte sich kein Einfluſs auf die Angaben des Instrumentes. Ströme gegen 40 Ampère wird man nicht dauernd durch das Instrument senden, messen aber kann man dieselben mit kurzem Schlüsse noch sehr gut.

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Doppelte Drahtstärke (6 anstatt 3mm) vervierfacht die obere Grenze der meſsbaren Ströme. Noch dickere Windungen würde man wohl aus einem Kupfercylinder schneiden.

Abzweigungen (shunts) erweitern die Grenze in bekannter Weise. Das Abzweigungsverhältniſs 1 : 5 würde von 4 bis zu 200 Ampère erweitern, wenn man kurz schlieſst. Dauernder Schluſs dürfte wohl nur bis etwa 70 Ampère gebraucht werden, wenn nicht der Einfluſs der Erwärmung auf den Abzweigungsfaktor etwas gröſsere Fehler mit sich bringen soll. Doch würde sich durch geeignete Verhältnisse (z.B. durch Anordnung der Abzweigungen in congruenten Spulen) auch hier Manches bessern lassen.

Die Anwendung verschiedener Drahtsorten würde unter Annahme einer Abzweigung 1 : 5 etwa folgende Instrumente liefern:


Durch-
messer
Anwendbarkeit des Galvanometers
Widerstand
Dauernder Schluſs Kurzer Schluſs
allein abgezweigt allein abgezweigt allein abgezweigt
mm Ampère Ampère Ampère Ampère Ohm Ohm
6 16 bis 100 16 bis 160 0,003
3 4 „ 25 20 bis 70 4 „ 40 20 bis 200 0,05 0,01
2 2 „ 12 10 „ 35 2 „ 20 10 „ 100 0,25 0,05
1 0,5 „ 3 2,5 „ 8 0,5 „ 5 2,5 „ 25 4 0,8
0,5 0,3 „ 1 1,5 „ 3 0,3 „ 2 1,5 „ 10 30 6

Ist die Skala für den ganzen Strom vorhanden, so kann man an dem Instrumente selbst leicht die Eichung der Abzweigung vornehmen, da bei kurzem Schlüsse die Gebiete der Anwendbarkeit in beiden Fällen sich überdecken.

Schwache Ströme von 0,1 Ampère und weniger lassen sich natürlich auch messen, geben aber bei den oben angenommenen Abmessungen sehr groſse Widerstände. Kleinere Spulen dürften hier praktischere Ergebnisse liefern. Dagegen liefern feine Drähte natürlich unter den obigen Verhältnissen sehr brauchbare Spannungsmesser, welche, nach Volt geeicht, eine gute Dauerhaftigkeit geben werden.

Rasche Beruhigung von Schwingungen bildet eine groſse Annehmlichkeit eines Galvanometers. Die Anwendung einer Flüssigkeit zur Dämpfung ist, wenn auch nicht unmöglich, doch nicht wünschenswerth; deswegen ist eine Luftdämpfung angebracht, zu welcher die Form des Instrumentes die beste Gelegenheit bietet. Der eiserne Hohlcylinder ist zu diesem Zwecke oben durch ein Hütchen geschlossen und schiebt sich mit etwa 1mm Spielraum über einem runden, glatten Stabe aus Glas oder Holz. Auch starke Schwingungen werden durch die Reibung der aus- oder eintretenden Luft zwischen Stab und Cylinder in einer Secunde etwa beruhigt. Den Stromschwankungen einer Maschine folgt das Instrument so gut wie vollständig.

Von E. Hartmann und Comp. wird das Federgalvanometer für die Zwecke der Technik in der aus Fig. 11 und 12 Taf. 4 ersichtlichen Anordnung ausgeführt.

In einem kräftigen Metallrahmen ist ein theilweise geschlitztes Messingrohr befestigt, dessen unteres Ende zur Bewickelung des Solenoids dient, während das obere die Stütze für die Aufhängevorrichtung bildet. Der aus einem dünnwandigen, oben geschlossenen Rohre bestehende, 20cm lange Eisenkern ist an einer sehr elastischen Neusilberfeder befestigt. Frei aufgehängt, erhält derselbe Führung in dem Schlitze des Hauptrohres durch einen am oberen Ende des Eisenkernes eingeschraubten Stahlstift, welcher gleichzeitig den Träger des Zeigers bildet. Weitere Führung hat der in seinem Inneren auspolirte Eisenkern durch einen |31| von unten in die Hauptröhre geschraubten Stab von glatter Oberfläche, welcher bei stromlosem Solenoide etwa 6cm mit geringem, aber doch so genügendem Spielräume in den hohlen Eisenkern hineinragt, daſs derselbe mit Leichtigkeit ohne merkliche Reibung über den Stab gleitet, wenn er durch den elektrischen Strom in die Spule hineingezogen wird. Dieser Stab bezweckt hauptsächlich die Dämpfung, welche so ausgezeichnet ist, daſs die stärksten Schwingungen durch die Reibung der ein- und austretenden Luft sofort beruhigt werden. Den Stromschwankungen einer Maschine folgt das Instrument mit auffallender Sicherheit.

Am Hauptrohre befindet sich eine Doppelskala, auf deren Nullpunkt der Zeiger durch Heben oder Senken der Aufhängevorrichtung der Feder eingestellt werden kann. Die eine Seite der Skala ist mit der in Ampère oder Volt geeichten Theilung versehen, während die andere für eine Millimetertheilung aufgespart ist, um – insbesondere bei Voltmetern – mit Hilfe einer Tabelle, wenn nöthig durch Zusatz widerstände, andere Spannungen messen zu können.

Zum Schütze der Skala und des ganzen Mechanismus ist der Obertheil des Instrumentes mit einer weiten, oben verschlossenen Röhre umgeben, welche an der Stelle der Skala mit einem rechteckigen, durch Glimmer verschlossenen Spalte zur Sichtbarmachung der Skala versehen ist. Diese Röhre wirkt auſserdem als Schlot zur Abführung der im Inneren des Instrumentes durch den elektrischen Strom erwärmten Luft. Zu diesem Zwecke ist sie an ihrem oberen Ende mit mehreren Oeffnungen versehen, ebenso befinden sich am Fuſsstücke des Solenoids vier groſse Oeffnungen zur Zuführung frischer Luft, wie auch die Hauptröhre unmittelbar über dem Solenoide mit mehreren Zuglöchern versehen ist. Diese Einrichtung kommt dem Instrumente bei andauernder Einschaltung in den Stromkreis sehr zu statten.

Für die Verwendung bei stehenden Anlagen wird das Instrument an der Wand befestigt; es soll wohl möglichst senkrecht aufgehängt werden, indeſs genügt hierbei das Augenmaſs ohne Befürchtung für die sichere und freie Wirkung des Apparates.

Der Strom wird durch zwei an dem kästen artigen Guſsstücke isolirt angebrachte kräftige Klemmen zugeführt. Die Stromrichtung wird durch einen am Fuſsstücke des Apparates angebrachten Magnet angegeben, welcher mit einem Zeiger versehen ist. Bei stromlosem Zustande des Solenoids bewirkt letzterer durch ein allerdings geringes Gewicht die Horizontalstellung des Magnetes, während bei Durchgang des Stromes in der einen oder anderen Richtung der Magnet in senkrechte Stellung kommt. Die Bezeichnung der Klemmen mit Plus- oder Minuszeichen wird entbehrlich.

Das Federgalvanometer wird auch als Standinstrument auf Dreifuſs mit Stellschrauben ausgeführt.

Zur bequemen Einschaltung des Ampèremeters in den Stromkreis |32| dient eine einfache Vorrichtung, welche, schon mehrfach anderwärts angewendet, die Funkenbildung an den Contacten verhindert.

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