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Dauermagnetisches Bremsmagnetsystem, vorzugsweise für Elektrizitätszähler
Die Erfindung betrifft ein dauermagnetisches Bremsmagnetsystem, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, bei welchem eine Veränderung des Kraftlinienflusses im Luftspalt durch relative Veränderung der Lage von Dauermagneten gegeneinander erfolgt. Derartige Bremsmagnetsysteme bestehen im allgemeinen aus zwei Bremsmagneten, die auf einem U-förmigen Trägerkörper im Abstand zueinander angeordnet sind und mit ihren gegenüberstehenden Oberflächen einen Luftspalt bilden, der von dem magnetischen Feld der Bremsmagnete durchsetzt wird und durch den die Zählerbremsscheibe läuft. Der U-förmige Trägerkörper kann aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen, so dass er als Eisenrückschluss wirkt.
Bei der Verwendung eines ferromagnetischen Rückschlusskörpers sind auch Bauweisen bekanntgeworden, bei denen nur ein Schenkel mit einem Dauermagneten versehen ist, während der gegenüberliegenden Schenkel den den Luftspalt begrenzenden Gegenpol bildet.
Es ist bereits bekannt, Bremsmagnetsysteme für Elektrizitätszähler mit einer Feineinstellung zu versehen, um eine Feinregulierung der Bremswirkung zu erzielen. Man hat bisher zur Lösung dieser Aufgabe im wesentlichen zwei Wege beschritten. Der erste besteht darin, dass man das gesamte System drehbar gestaltet hat, um die Eintauchtiefe der Zählerbremsscheibe des Messwerkes in den Luftspalt des Bremssystems zu verändern.
Diese Bremswerteinstellung durch Verdrehung des gesamten Systems erfordert kompliziert aufgebaute Schwenkgetriebe, Einstellschrauben, Lagerungen u. dgl., die neben ihren verhältnismässig hohen Herstellungskosten auch verhältnismässig grosse Abmessungen erfordern.
Die andere Möglichkeit zur Regulierung der Bremswirkung besteht darin, magnetische Nebenschlüsse in Form von hochpermeablen Regelscheiben, Flussleitstücken u. dgl. vorzusehen. Diese Nebenschlüsse haben die Aufgabe, einen Teil des magnetischen Flusses kurzzuschliessen, um dadurch die auf die Zählerbremsscheibe wirkende Bremskraft zu verändern.
Die Regelung mit derartigen magnetischen Nebenschlüssen besitzt den Nachteil, dass die Bremsmagnete, selbst wenn sie sorgfältig stabilisiert sind, ihre Konstanz auf die Dauer nicht wahren, da bei der Verstellung des hochpermeablen Flussleitstückes die Änderung des Arbeitspunktes auf Grund der Hysterese des magnetischen Nebenschlusses nicht auf einer permanenten Zustandsgeraden erfolgt. Darüber hinaus sind Bremsmagnetsysteme mit magnetischen Nebenschlüssen besonders anfällig gegen entmagnetisierende Einflüsse, da die bei hoher Zählerbelastung auftretenden, starken Magnetfelder über die hochpermeablen Leitstücke auf die Bremsmagnete einwirken.
Auf Grund dieser Mängel kann sich die auf die Zählerbremsscheibe einwirkende Bremskraft verändern, was zu einer Verfälschung des Zählermessergebnisses führt., überdies weist diese Regelung durch magnetischen Nebenschluss den Nachteil auf, dass das Bremsmoment in der Maximaleinstellung nicht den Wert erreicht, der sich ohne Nebenschluss ergeben würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Bremsmagnetsystem vorzugsweise für Elektrizitätszähler mit Feineinstellung zur Regelung des magnetischen Flusses mit einfachem Aufbau zu schaffen, bei dem die Stabilität der Bremsmagnete gewährleistet ist, bei dem in
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der Maximaleinstellung das volle, mit dem aufgewandten Magnetmaterial erzielbare Bremsmoment zur Verfügung steht und mit dem eine sehr feinstufige Regelung des Bremsmomentes mit grossem Regelbereich möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass wenigstens ein Bremsmagnet mit einem Regelmagneten versehen ist, der gegenüber dem feststehenden Bremsmagneten in seiner Lage veränderbar ist, wobei der Regelmagnet gegenüber dem Bremsmagneten so magnetisiert ist, dass sich in der einen Endstellung des Regelmagneten ungleichnamige Pole und in der andern Endstellung gleichnamige Pole gegenüberstehen.
Durch Veränderung der Lage des Regelmagneten durch Verdrehen oder Verschieben gegenüber dem Bremsmagneten wird der Gesamtkraftlinienfluss im Luftspalt verändert, da die magnetische Spannung des Regelmagneten einmal in Richtung, das andere Mal entgegen der magnetischen Spannung des Bremsmagneten wirkt. Hiedurch wird der magnetische Fluss im Luftspalt erhöht bzw. verkleinert, was zu einer Erhöhung bzw. Verkleinerung des Bremsmomentes führt.
Da der Bremsmagnet durch Verstellen des Regelmagneten auf einer permanenten Zustandsgeraden arbeitet, erfolgt die Änderung der Luftspaltinduktion und damit des Bremsmomentes reversibel ohne jede Hysteresis.
Eventuell auftretende, starke Fremdfelder üben keinerlei nachteilige Wirkung aus, weil der Regelmagnet bis zur Sättigung aufmagnetisiert ist. Durch die Erfindung werden somit die Nachteile, die bei Verwendung eines magnetischen Nebenschlusses aus Weicheisen, bei dem bekanntlich Nachwirkungserscheinungen im Werkstoff selbst oder im magnetischen Rückschluss auftreten können, vermieden.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung weist wenigstens ein Bremsmagnet eine Aussparung auf, in welcher der bewegliche Regelmagnet wenigstens zum Teil angeordnet ist.
Erfindungsgemäss kann der bewegliche Regelmagnet direkt an einer Aussenfläche wenigstens eines Bremsmagneten anliegen. Vorteilhaft ist die Aussparung in der der Bremsscheibe abgewandten Seite des Bremsmagneten angebracht. Die Aussparung weist eine kreiszylinderförmige Gestalt auf und der in die Aussparung eingelegte Regelmagnet ist ebenso ausgebildet, wobei die Regelung des magnetischen Flusses durch Verdrehen des Regelmagneten erfolgt.
Die Aussparung weist eine rechteckförmige Gestalt auf und der in die Aussparung eingelegte Regelmagnet ist quaderförmig ausgebildet, wobei die Regelung des magnetischen Flusses durch Verschieben des Regelmagneten erfolgt und der Regelmagnet mit zwei Polen und der Bremsmagnet in an sich bekannter Weise mit drei Polen abwechselnder Polarität aufmagnetisiert ist, wobei die Kraftlinien im Inneren des Magneten längs der Verschieberichtung bogenförmig verlaufen.
Einem weiteren Kennzeichen der Erfindung entsprechend ist die Aussparung, die rinnenförmig ausgebildet ist, an einer Seitenfläche, vorzugsweise der dem Verbindungssteg des U-förmigen Trägerkörpers zugewandten Seitenfläche des Bremsmagneten angeordnet und in dieser Aussparung ist ein walzenförmiger Regelmagnet angebracht, wobei der Regelmagnet mit drei Polpaaren abwechselnder Polarität und der Bremsmagnet in an sich bekannter Weise mit drei Polen aufmagnetisiert ist, derart, dass in der einen Endstellung dem Bremsmagneten gleichnamige Pole und in der andern Endstellung ungleichnamige Pole des Regelmagneten gegenüberstehen.
Der Regelmagnet ist in oder an dem Bremsmagneten so angeordnet, dass die im Inneren des Bremsmagneten verlaufenden Feldlinien den Regelmagneten durchsetzen. Dies wird am besten dadurch erreicht, dass die Magnetisierung bei ein-oder angesetztem Regelmagneten erfolgt.
Die Magnetisierung der Bremsmagnete kann in verschiedener Art und Weise vorgenommen werden. Neben einer zweipoligen Magnetisierung hat sich besonders eine dreipolige als vorteilhaft erwiesen, weil mit ihr ein besonders gutes Bremsmoment erzielbar ist. Eine Anordnung von drei Polen mit abwechselnder Polarität ist bekannt. Bei diesen Bremsmagneten sind körperliche Pole vorhanden, zwischen denen ein Luftzwischenraum vorhanden ist. Der Magnet besitzt, im Schnitt gesehen, die Gestalt eines E. Der U-förmige Kraftlinienweg ist somit durch die Gestaltung gegeben. Demgegenüber treten im vorliegenden Fall die Pole nicht körperlich hervor, sondern sie liegen in einer Ebene. Sie sind deshalb von aussen auch nicht plastisch erkennbar. Der bogenförmige Verlauf der Kraftlinien im Inneren des Magneten ist allein durch die Magnetisierungsrichtung gegeben.
Bei dieser dreipoligen Magnetisierung sind die Bremsmagnete auf ihrer der Zählerbremsscheibe zugekehrten Oberfläche mit drei Polen abwechselnder Polarität aufmagnetisiert, derart, dass auf der Oberfläche des Magneten drei Polspuren vorhanden sind, denen ungleichmässige Pole auf dem gegenüberliegenden Bremsmagneten gegenüberstehen. Bei dieser Magnetisierung verlaufen die Kraftlinien im Inneren der Magnete bogenförmig.
Der Regelmagnet ist mit Polen wechselnder Polarität aufmagnetisiert, deren Abstände den auf den
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Bremsmagneten aufmagnetisierten Polen entsprechen.
Sowohl die Bremsmagnete als auch der Regelmagnet bestehen aus einem Dauermagnetwerkstoff hoher Koerzitivfeldstärke von vorzugsweise mehr als 800 Oersted. Sie sind in vorteilhafter Weise aus einer Mischung eines pulverförmigen Dauermagnetwerkstoffes und eines Kunststoffbindemittels zusammengesetzt, welche unter Druck und Wärme, z. B. durch Pressen oder Spritzen, zu den Dauermagneten verformt sind.
Der Regelmagnet wird zweckmässigerweise mit einer Betätigungs- und Anzeigevorrichtung versehen, mit welcher der gewünschte Grad der Regelung einstellbar ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele, aus denen weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen, sind nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Bremsmagnetsystems, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Bremsmagneten mit kreisförmiger Aussparung, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch das Bremsmagnetsystem mit eingesetztem Regelmagneten, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Bremsmagneten mit eingesetztem Regelmagneten, der gegenüber der Maximalstellung verdreht ist, Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Bremsmagneten im Längsschnitt, bei welchem der Regelmagnet verschiebbar in einer rechteckförmigen Aussparung angeordnet ist, Fig. 6 einen waagrechten Schnitt durch die Ausführung nach Fig. 5, Fig. 7 eine Seitenansicht des dauermagnetischen Bremssystems, Fig.
8 einen horizontalen Schnitt durch das Bremssystem nach der Linie I-I der Fig. 7, Fig. 9 eine Seitenansicht eines Einstellschlüssels in vergrösserter Darstellung, Fig. 10 einen horizontalen Schnitt durch das Bremssystem gemäss Fig. 8 in vergrösserter Darstellung, bei dem der Regelmagnet mittels einer Schraubenspindel verschiebbar angeordnet ist.
Das in Fig. 1 dargestellte Bremsmagnetsystem besteht aus dem U-förmigen Trägerkörper an dem die Bremsmagnete-2 und 3-im Abstand zueinander befestigt sind, derart, dass zwischen ihren gegenüberliegenden Oberflächen ein Luftspalt --4-- vorhanden ist, in dem eine Zählerbremsscheibe-5-- (Fig. 3) rotiert. Der U-förmige Trägerkörper kann aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen, so dass er als Kraftlinienrückschluss wirkt. Bei der im vorliegenden Beispiel dargestellten Magnetisierung ist es jedoch erforderlich, den Trägerkörper aus ferromagnetischem Material herzustellen. Wenigstens einer der Magnete-2, 3- ist mit einer Aussparung --6-- versehen.
Bei dem in Fig. 2 perspektivisch dargestellten Bremsmagneten --2-- ist diese Aussparung - kreisförmig ausgebildet. In diese Aussparung ist der Regelmagnet-7--, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, drehbar eingesetzt, der eine der Aussparung angepasste, scheibenförmige Gestalt besitzt. Zu diesem Zweck besitzt der Regelmagnet-7-eine Welle-8-, die durch eine Bohrung des einen Schenkels-9-des U-förmigen Trägerkörpers hindurchragt. Mittels der Feder-10--, die gleichzeitig als Drehgriff zur Regelung ausgebildet sein kann, wird der Regelmagnet in der Aussparung befestigt. Ferner dient die Feder dazu, eine Veränderung des einmal eingestellten Bremsmomentes zu verhindern.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, durchsetzen die im Inneren des Bremsmagneten verlaufenden Feldlinien den Regelmagneten. In diesem Beispiel ist der Bremsmagnet mit zwei Polen abwechselnder Polarität aufmagnetisiert, wobei die Kraftlinien im Inneren des Magneten bogenförmig verlaufen. Die Magnetisierung erfolgt bei eingesetztem Regelmagneten, so dass in dieser Stellung das maximale Bremsmoment vorhanden ist.
Wird der Regelmagnet um einen gewissen Winkelbereich verdreht, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, so tritt durch die Veränderung des Kraftlinienverlaufes eine Schwächung des Magnetflusses und damit des Bremsmomentes ein. Die grösste Schwächung wird in diesem Beispiel bei einer Drehung um 1800 eintreten, weil in diesem Falle die Kraftlinien des Bremsmagneten den Kraftlinien des Regelmagneten entgegengerichtet sind.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt, bei welchem der Bremsmagnet--2eine rechteckförmige Aussparung --6-- aufweist. In dieser Aussparung ist ein der Aussparung angepasster quaderförmiger Regelmagnet-7-längsverschiebbar angeordnet, der durch einen Bolzen - von aussen betätigt werden kann. Der Bremsmagnet ist bei diesem Ausführungsbeispiel dreipolig magnetisiert, der Regelmagnet dagegen zweipolig. In der einen Endstellung, die der Regelmagnet während der Magnetisierung innehat, ist das maximale Bremsmoment vorhanden, während in der andern Endstellung, die in Fig. 6 veranschaulicht ist, die grösste Schwächung des Magneten vorliegt, weil in dieser Stellung die Kraftlinien des Regelmagneten den Kraftlinien des Bremsmagneten entgegengerichtet sind.
Der Grad der Regelung, der von den Abmessungen des Regelmagneten im Verhältnis zu dem Bremsmagneten abhängig ist, kann durch eine Anzeigevorrichtung sichtbar gemacht werden, indem der Regelmagnet mit einer Betätigungsscheibe-11-verbunden ist, die mit einem
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Zeiger --12-- versehen ist. Auf dem Trägerkörper sind Markierungsstriche-13-angebracht, so dass man bei der entsprechenden Zeigerstellung unmittelbar die prozentuale Schwächung des Bremsmomentes ablesen kann (Fig. 1).
Um eine Entmagnetisierung der Magnete zu verhindern, wird ein Magnetmaterial mit hoher Koerzitivfeldstärke, vorzugsweise von mehr als 800 Oersted verwendet. Die Magnete nach der Erfindung werden zweckmässigerweise aus einem zerkleinerten Dauermagnetwerkstoff und einem Kunststoffbindemittel in an sich bekannter Weise durch Pressen oder Spritzen hergestellt. Diese Magnete können auf einfache Weise bei ihrer Herstellung mit den nach der Erfindung vorgeschlagenen Aussparungen zum Einsetzen der Regelmagnete versehen werden. Ausserdem können Betätigungselemente unmittelbar in den Regelmagneten eingepresst werden.
Das dauermagnetische Bremssystem gemäss Fig. 7 besteht aus dem U-förmigen Trägerkörper der mit einem Fuss --15-- versehen ist, mit dem derselbe am Zählergestell befestigt ist. An den Innenschenkeln des U-förmigen Trägerkörpers sind die beiden Bremsmagnete-2 und 3-derart im Abstand zueinander befestigt, dass zwischen ihren gegenüberliegenden magnetisierten Flächen ein Luftspalt --4-- vorhanden ist, in dem die hier nur schematisch dargestellte Zählerbremsscheibe - 5-rotiert (Fig. 8).
Die Magnete-2 und 3-sind beispielsweise an ihrer Stirnseite mit Temperaturkompensationsstücken-16-versehen. Der Bremsmagnet --3-- besitzt auf seiner, der geschlossenen Seite des U-förmigen Trägerkörpers zugewandten Seitenfläche eine rinnenförmige Aussparung-17--, in welcher der walzenförmig ausgebildete Regelmagnet --7-- angeordnet ist.
An dieser Seitenfläche des Bremsmagneten liegt der Lagerteil --18-- an, dessen rinnenförmige Aussparung mit der Aussparung des Bremsmagneten einen kreisförmigen Querschnitt bildet. Innerhalb des Lagerteiles --18-- ist der Regelmagnet --7-- drehbar gelagert.
Der Regelmagnet ist, wie aus Fig. 8 hervorgeht, so magnetisiert, dass die Kraftlinien im Inneren des Magneten bogenförmig vom Nordpol zum Südpol verlaufen, wobei entsprechend den drei Polspuren auf den Bremsmagneten ebenfalls die Pole in axialer Richtung abwechselnde Polarität aufweisen, deren Polabstände den Abständen der Polspuren auf den Bremsmagneten entsprechen. Die Polaritäten sind in Fig. 8 durch die Buchstaben-N und S-gekennzeichnet.
Auf welche Weise der Regelmagnet innerhalb des Lagerteiles --18-- gelagert ist, geht besonders gut aus Fig. 8 hervor. Auf der dem Verbindungssteg --19-- des U-förmigen Trägerkörpers
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mittleren Teil den Lagerteil --18-- gegen den Bremsmagneten --3-- drückt. Durch diese vorteilhafte Ausbildung wird sowohl der Lagerteil --18-- im Bremsmagnetsystem auf einfache Weise gehalten, als auch eine selbsttätige Verdrehung des Regelmagneten und damit eine Verstellung des einmal einregulierten Bremsmomentes vermieden. Die Feineinstellung des gewünschten Bremsmomentes wird durch Verdrehen des Regelmagneten mit Hilfe eines Einstellschlüssels vorgenommen. Zu diesem Zweck besitzt der Regelmagnet an einer oder an beiden Stirnflächen eine sechskantförmige Aussparung --21--.
Um eine sichere Einstellung des Regelmagneten bei einer Verdrehung des Bremsmagnetsystems um eine Achse, die senkrecht zur Ebene der Zählerbremsscheibe liegt, durchführen zu können, eine derartige Schwenkung des Zählerbremsmagnetsystems wird häufig zunächst zur Grobeinstellung des Bremsmomentes vorgenommen, besitzt der Einstellschlüssel-22-einen kugelförmig ausgebildeten Sechskant--23--, wie er in Fig. 9 dargestellt ist. Bei diesem Schlüssel ist es möglich, die Einstellung auch in einem Winkel zur Achse des Regelmagneten vorzunehmen, ohne dass ein Ausbrechen der sechskantförmigen Aussparung des Regelmagneten zu befürchten ist. Selbstverständlich können die Aussparung und der Einstellschlüssel auch einen andern Querschnitt aufweisen.
In Fig. 10 ist ein Bremsmagnetsystem im Schnitt dargestellt, das im wesentlichen den gleichen Aufbau aufweist wie das in den Fig. 7 und 8 dargestellte Bremsmagnetsystem, bei dem jedoch der Regelmagnet verschiebbar angeordnet ist. Der Regelmagnet --7-- ist in diesem Ausführungsbeispiel quaderförmig ausgebildet und in einem einseitig offenen Gehäuse --24-- untergebracht, welches als Führung des Regelmagneten dient. Zur Verschiebung des Regelmagneten ist in dem Gehäuse eine Schraubenspindel --25-- vorgesehen, und im Regelmagneten sind direkt Gewindegänge --26-eingepresst, in die das Gewinde --27-- der Schraubenspindel eingreift. In den Regelmagneten kann an Stelle des eingepressten Gewindes eine Führungsmutter eingepresst sein, die auf der im Gehäuse angeordneten Schraubenspindel sitzt.
Aus dem Boden --28-- des Gehäuses sind zungenförmige Federn --29-- herausgebogen, die dazu bestimmt sind, die Schraubenspindel im Gehäuse zu arretieren und den Regelmagneten gegen die Seitenfläche des Bremsmagneten --3-- zu drücken,
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wobei sich der Boden des Gehäuses gegen den Verbindungssteg --19-- abstützt.
In der in Fig. 10 dargestellten Lage des Regelmagneten zum Bremsmagneten ist das maximale Bremsmoment eingeregelt. Durch Verdrehen der Schraubenspindel wird eine Verschiebung des Magneten in Richtung seiner Längsachse in die andere Endlage erreicht, in der das minimale Bremsmoment vorherrscht. Durch diese Ausführung wird eine sehr feinstufige Regelung des Bremsmomentes erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dauermagnetisches Bremsmagnetsystem, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, bei welchem eine Veränderung des Kraftlinienflusses im Luftspalt durch relative Veränderung der Lage von
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Bremsmagnet (2, 3) mit einem Regelmagneten (7) versehen ist, der gegenüber dem feststehenden Bremsmagneten in seiner Lage veränderbar ist, wobei der Regelmagnet gegenüber dem Bremsmagneten so magnetisiert ist, dass sich in der einen Endstellung des Regelmagneten ungleichnamige Pole und in der andern Endstellung gleichnamige Pole gegenüberstehen.
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