Quelltext der Seite Ferraris-Zähler

[[Datei:Zaehleroffen2.jpg|mini|hochkant=1.2|Ferraris-Drehstromzähler (geöffnet) mit zwei starr gekoppelten Ferraris-Scheiben:<br />1 – Rollenzählwerk<br />2 – justierbare Wirbelstrombremse (Dauermagnet)<br />3 – eine der drei Stromspulen<br />4 – eine der drei Spannungsspulen (die dritte versteckt sich links oben hinter dem Zählwerk)]]
Der '''Ferraris-Zähler''', benannt nach [[Galileo Ferraris]], oder '''Induktionszähler''' ist ein [[elektromechanisch]]es [[Messgerät]] für [[elektrische Energie]], umgangssprachlich  ein [[Stromzähler]]. Er wird zur Anzeige der konsumierten, selten auch der eingespeisten, elektrischen Energie bei ein- oder mehrphasiger [[Wechselspannung]] in [[Niederspannungsnetz]]en verwendet. Er besteht aus einer speziellen Form von [[Asynchronmotor]], dem [[Ferrarisläufer]] (auch Ferraris-Scheibe genannt), der die Form einer kreisförmigen  [[Aluminium]]<nowiki />scheibe hat, in Verbindung mit einem mechanischen [[Zählwerk]].

== Aufbau ==
[[Datei:ElectricityMeterMechanism.jpg|mini|hochkant=1.2|Nordamerikanischer Ferraris-Zähler für das dort übliche [[Einphasen-Dreileiternetz]]. Man beachte die unterschiedlichen Drehrichtungen der einzelnen Dezimalstellen in der Anzeige]]
Der Ferrarisläufer ist eine drehbar gelagerte Aluminiumscheibe, die durch die [[Wechselfeld]]er zweier [[Erregersysteme für Synchronmaschinen|Erreger]][[Spule (Elektrotechnik)|spulen]] läuft:
* die eine Spule ist ausgeführt als ''Strompfad'' mit ganz wenigen Windungen; durch sie fließt auch  der durch die [[Elektrischer Verbraucher|Verbraucher]] fließende [[Elektrischer Strom|elektrische Strom]]
* die andere Spule ist ausgeführt als ''Spannungspfad'' mit sehr vielen Windungen und hoher [[Impedanz]]; an dieser Spule liegt die [[elektrische Spannung]] ([[Netzspannung]]).
Bei [[Dreiphasenstrom|Mehrphasensystemen]] ist für jeden [[Außenleiter]] eine eigene Spule im Strom- und Spannungspfad notwendig, deren Felder sich addieren.

Die [[Magnetkern|Kerne]] der Spulen des Strom- bzw. des Spannungspfades sind an der Aluminiumscheibe so angeordnet, dass sie zusammen ein magnetisches [[Drehfeld]] erzeugen, welches die Scheibe über in ihr induzierte [[Wirbelstrom|Wirbelströme]] wie bei einem Asynchronmotor antreibt.

Durch die geometrische Anordnung der Spulen und den Umstand, dass der [[Phasenwinkel]] im Spannungspfad aufgrund der [[Induktivität]] um&nbsp;90° verschoben ist, ist das  [[Drehmoment]] <math>M</math>, das von den Magnetfeldern auf die Scheibe ausgeübt wird, in jedem Augenblick [[proportional]] zum Produkt aus Strom <math>I</math> und Spannung <math>U</math>, d.&nbsp;h. zur elektrischen [[Wirkleistung]] <math>P</math>, mit der [[Winkelgeschwindigkeit]] <math>\omega</math> der Aluminiumscheibe als [[Proportionalitätsfaktor]]:

:<math>\begin{alignat}{2}
&M \cdot \omega &&= U \cdot I = P\\
\Rightarrow &M &&\propto U \cdot I = P
\end{alignat}</math>

Zur [[Justage]] ist die korrekte [[Phasenverschiebung]] im Spannungspfad im Rahmen der [[Kalibrierung]] am Zähler einstellbar. Die [[Blindleistung]] führt dann im zeitlichen Mittel zu keinem Drehmoment und wird nicht gezählt.

Weiter sind oft Kurzschlussbügel aus Widerstandsdraht vorhanden, mit denen das Drehmoment für verschiedene Leistungsstufen abgeglichen werden kann.

Der Ferraris-Zähler arbeitet nur korrekt, wenn
# die [[Netzfrequenz]] konstant ist, und
# die Geschwindigkeit der Scheibe sehr viel kleiner als die des Wanderfeldes ist, und
# die Lage der Aluminiumscheibe horizontal ist.

Weiterhin muss es ein drehzahlproportionales Bremsmoment geben, sodass sich das [[Integral]] der Momentanleistung (Drehmoment) über die Zeit als Zahl der Umdrehungen pro Energiebetrag ergibt. Das Bremsmoment wird durch eine [[Wirbelstrombremse]] mit einem [[Permanentmagnet]]en erreicht, durch dessen Feld sich die Scheibe ebenfalls bewegt.

Die [[Reibung]] im Zählwerk und in den Lagern muss durch ein Hilfsdrehmoment ausgeglichen werden, damit die [[Drehzahl]] der Scheibe proportional zum antreibenden Moment des Wanderfeldes bzw. zur elektrischen Wirkleistung ist. Hierfür wird z.&nbsp;B. die Spannungsspule durch eine Metallschraube oder einen Kupferbügel [[Asymmetrisch|unsymmetrisch]] gemacht, sodass ein selbstständiges Wanderfeld entsteht.

Um sicherzugehen, dass der Zähler steht, wenn keine Wirkleistung bezogen wird, trägt die Achse der Zählscheibe eine Hemmfahne, welche von einem [[Gegenstück]] auf den ruhenden Teilen angezogen wird, sodass die Scheibe zum Stillstand kommt, wenn eine bestimmte Mindestleistung unterschritten wird.<ref>{{Literatur |Autor=M. Stöckl, K. H. Winterling |Titel=Elektrische Meßtechnik |Auflage=6. |Verlag=Teubner |Ort=Stuttgart |Datum=1978 |Seiten=71}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Peter Bastian u. a. |Titel=Fachkunde Elektrotechnik |Auflage=18. |Verlag=Europa-Lehrmittel |Ort=Haan-Gruiten |Datum=1990 |Seiten=338}}</ref> Bis die [[Ruhelage|Ruhestellung]] erreicht ist, kann die Scheibe sowohl vorwärts als auch rückwärts laufen, obwohl kein Strom verbraucht wird. Wenn im [[Leerlauf]] die (meist rote) Markierung auf der Scheibe mittig im [[Sichtfenster]] des Zählers zu sehen ist, muss die Scheibe stoppen – ansonsten gilt der Zähler als defekt.<ref>Physikalisch-Technische Bundesanstalt: [https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_2/2.3_elektrische_energiemesstechnik/2.34/erste_Hilferegeln.pdf 7 erste Hilferegeln bei Zählersorgen], Seite 2</ref>

Der Ferrarisläufer treibt über einen [[Schneckentrieb]] ein [[Rollenzählwerk]], das die Anzahl der Scheiben-Umdrehungen als Energie ([[Kilowattstunde]]n) anzeigt.

Bei Rückeinspeisung elektrischer Energie in das Netz läuft ein Ferraris-Zähler normalerweise rückwärts, sofern keine mechanischen Sperren vorhanden sind.

Für höhere Ströme wird die Stromspule über einen [[Stromwandler]] angeschlossen, für höhere Spannungen wird die Spannungsspule an einen [[Spannungswandler (Energietechnik)|Spannungswandler]] angeschlossen. Für die Messung von [[Blindleistung]] kann die Phase des Stromes durch die Spannungsspule, z.&nbsp;B. durch eine [[Hummelschaltung]], um 90° gedreht werden.

Die elektromechanischen Ferraris-Zähler werden seit Anfang der 2000er&nbsp;Jahre durch [[Intelligenter Zähler|digitale Energiezähler]] ersetzt.

== Hersteller ==
Ein großer Hersteller von Ferraris-Zählern war u.&nbsp;a. das Schweizer Unternehmen [[Landis+Gyr]].

Ein führender deutscher Hersteller war die [[AEG]] mit ihrer Zählerfabrik in Hameln.<ref>Historisches Fotoportal Hameln: [https://zeitreise.dewezet.de/fotos/industrie/121-aeg-zaehlerwerke]</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur
   |Autor=P. M. Pflier
   |Titel=Elektrizitätszähler. Tarifgeräte, Meßwandler, Schaltuhren. Ein Buch für Zählerfachleute
   |Auflage=1.
   |Verlag=Springer
   |Ort=Berlin u. a.
   |Datum=1954}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrotechnisches Messgerät]]
[[Kategorie:Zähler]]

[[en:Electricity meter#Electromechanical meters]]