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Vorrichtung zur kräftefreien und winkelgetreuen elektrischen Umwandlung
der Drehbewegung eines Gebers, insbesondere eines Elektrizitätszählers, in die Drehbewegung
eines Empfängers Elektrizitätszähler müssen häufig Zusatzeinrichtungen, wie z. B.
Tarifgeräte, Mittel zur Rücklaufhemmung, Zählwerk usw., oder sonstige Geräte antreiben,
und zwar derart, daß dabei die Drehbewegung des Zählers als Geber drehrichtungs-
und winkelgetreu in eine Drehbewegung eines Empfängers übertragen wird. Eine solche
Übertragung von einem Geber auf einen Empfänger ist außer bei Zählern auch auf anderen
Anwendungsgebieten bekannt. Bei für Elektrizitätszähler bekannten Vorrichtungen
hierzu geschieht die Kraftübertragung vom Zähler auf die Zusatzeinrichtungen vielfach
mittels eines mit dem Zählerläufer mitumlaufenden Steuergliedes und eines am Umlaufweg
des Steuergliedes angeordneten Auslösegliedes, das bei jedem Durchlauf des Steuergliedes
durch vorübergehende Wirkverbindung mit diesem beeinflußt wird und dadurch die Betätigung
des bzw. der Zusatzgeräte auslöst. Der Antrieb der Zusatzeinrichtungen bzw. das
Aufbringen der mechanischen Antriebskraft dazu fällt also dem Zähler zur Last. Um
diese Last zu verringern, können, wie es ebenfalls bekannt ist, mechanische Kraftverstärker
vorgesehen werden, die bei nur geringer mechanischer Belastung des Zählers vergleichsweise
große Kräfte zum Antrieb der Zusatzeinrichtungen liefern. Doch auch diese, an sich
geringe mechanische Belastung des Zählers ist noch ein Mangel.
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Es ist auch bekannt, zur Steuerung elektrischer Stromkreise in Abhängigkeit
von der Drehbewegung eines umlaufenden Gebers an diesem eine mitumlaufende Lochscheibe
anzubringen, derart, daß die Löcher der Lochscheibe einen von einer Lichtquelle
auf eine oder mehrere Fotozellen gerichteten Lichtstrahl jeweils freigeben und damit
Impulse zur Steuerung der Stromkreise auslösen. Bekannt ist es auch, die Läuferscheibe
eines Elektrizitätszählers mit Durchbrechungen zu versehen und diese Durchbrechungen
in der vorgenannten Weise mittels Fotozellen abzutasten, um damit Impulse zu Fernübertragungszwecken
zu erzeugen. Das Abtasten mittels Fotozellen belastet die umlaufende Geberscheibe
nicht, und in beiden Fällen ist die zeitliche Aufeinanderfolge der Impulse von der
Drehbewegung der Geberscheibe abhängig; bei geeigneter Ausbildung der Impulserzeugung
könnte unter Umständen auch die Zeitdauer der Impulse von der Drehbewegung der Geberscheibe
abhängig sein; eine drelrrichtungs- und winkelgetreue Übertragung der Drehbewegung
von einem Geber zu einem Empfänger, der ein nennenswertes Antriebsdrehmoment hergeben
soll, ist aber mit diesen bekannten Mitteln nicht möglich.
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Bekannt ist ferner das Abtasten einer durchbroche-
nen Zählerscheibe
mittels Fotozellen auch zur Fernzählung, wobei die Drehbewegung des Zählers in einen
entsprechenden Ausschlag des Zeigers eines Quotienten-Meßinstruments umgewandelt
wird. Auch mit dieser Einrichtung ist es aber nicht möglich, am Empfänger ein Antriebsdrehmoment
zu entnehmen, wie es beispielsweise die an Elektrizitätszähler angeschlossenen Tarifgeräte
erfordern, zumal diese bekannte Einrichtung die Drehrichtung des Gebers unberücksichtigt
läßt.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird eine Drehbewegung eines
Gebers auf einen Empfänger nach dem Impulsphasenverfahren in der Weise erzielt,
daß zur Impulsbildung auf der Geberseite zwei verschiedene Kontaktteile vorgesehen
sind, von denen der eine mit der Meßdrehzahl und der andere mit einer konstanten
Drehzahl umläuft, während auf der Empfängerseite eine der Drehzahl des Gebers entsprechende
Drehzahl mittels eines Schrittschaltwerkes gebildet wird. Diese bekannte Vorrichtung
ist ziemlich aufwendig: sie erfordert einen Hilfsantrieb auf der Geberseite zur
Erzeugung der konstanten Drehzahl und einen zweiten Hilfsantrieb auf der Empfängerseite
zum Betrieb eines Schrittschaltwerkes, und sie erfordert auch noch ein unter Umständen
störanfälliges Kontaktrelais auf der Empfängerseite; die impulsartige Übertragung
ist derart, daß ein Generatorläufer 16 auf der Empfängerseite zeitweilig nicht erregt
wird, so daß in solchen Momenten auch keine Kraftübertragung
stattfindet,
das Dreh- bzw. Richtmoment am Empfänger also durch Null geht, und schon kleinste
äußere Kräfte das System außer Synchronismus bringen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, zur kräftefreien und winkelgetreuen
elektrischen Umwandlung der Drehbewegung eines Gebers, insbesondere des Läufers
eines Elektrizitätszählers, in die Drehbewegung eines oder mehrerer eine Antriebskraft
liefernder Empfänger, z. B. einer oder mehrerer ein Antriebsdrehmoment erfordernder
Zusatzeinrichtungen eines Elektrizitätszählers, eine Vorrichtung zu schaffen, die
mit einfachsten Mitteln und ohne Erfordernis von Hilfsmotoren und Relais zuverlässig
arbeitet. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß
unter Verwendung eines Impulsgebers, der aus einem mit dem Geber mitumlaufenden
Steuerglied, z. B. einem Reflektor, und einer Mehrzahl längs des Umlaufweges dieses
Steuergliedes feststehend angeordneter, das Steuerglied nicht berührender, beim
Durchgang des Steuergliedes Impulse liefernder Auslöseglieder, z. B. Fotozellen,
besteht, und unter Verwendung eines motorischen Empfängers mit einer n-phasigen
Ständerwicklung (n = mindestens drei), dessen Läufer durch der Ständerwicklung zugeführte
und in ihr ein Drehmoment erzeugende Impulse in Drehbewegung versetzt wird, und
daß längs des Umlaufweges des Steuergliedes n Auslöseglieder vorgesehen sind und
jedes dieser Auslöseglieder, gegebenenfalls über Verstärker, mit je einer Phase
der Ständerwicklung des Empfängers impulsübertragend verbunden ist.
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An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Vorrichtung nach der Erfindung näher erläutert. Einander in den Figuren entsprechende
Einzelteile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 bis 3 dargestellt. In
Fig. 1 und 2 ist im Aufriß und im Grundriß an der Achse 1 des nicht gezeichneten
Zählerläufers ein Polygonspiegel 2 als Steuerglied angebracht. Drei strahlungsempfindliche
Elemente 3 bis 5, z. B. Fotozellen, sind kreisförmig und konzentrisch zum Polygonspiegel
angeordnet. Der Polygonspiegel ist im vorliegenden Falle sechsseitig. Eine Strahlungsquelle
6, deren Strahlung vorzugsweise die Form eines gerichteten Strahles hat, ist in
solcher Lage zu den Teilen 2 bis 5 angeordnet, daß ihr Strahl von dem Polygonspiegel
der Reihe nach auf die Elemente 3 bis 5 gelenkt wird. Im einzelnen geschieht dies
wie folgt: In der dargestellten Stellung des Polygonspieges fällt der Strahl zunächst
auf den Teilspiegel 21 und von diesem auf das Element 3. Bei einer Drehung des Polygonspiegels
im Pfeilsinne wandert der Strahl zum Element 4 und dann zum Element 5. Alsdann tritt
der nächste Teilspiegel 22 in Tätigkeit und lenkt den Strahl wieder erneut auf das
Element 3 und dann anschließend ebenso wieder nacheinander auf die Elemente 4 und
5. Ebenso wirkt jeder folgende Teilspiegel. Die Breite des gerichteten Strahles
und der gegenseitige Abstand der Elemente 3 bis 5 wird dabei vorteilhaft so bemessen,
daß der die Elemente 3 bis 5 bestreichende Strahl beim Übergang von einem der Elemente
auf das nächstfolgende Element vorübergehend auf beide Elemente gleichzeitig auftrifft;
am besten derart, daß beim Auftreffen der Strahlachse auf die Mitte des Zwischenraums
zweier Elemente diese beiden Elemente je zur Hälfte bestrahlt werden.
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In Fig. 3 ist ein Drehstrommotor 7 zu sehen, mit der dreiphasigen
Erregerwicklung 71 und dem Läufer 72. Jedes der drei Elemente 3 bis 5 liegt mit
seiner einen Klemme über je einen der Verstärker31, 41 und 51, die auch ein Gleichrichterventil
enthalten, am Sternpunkt und mit seiner anderen Klemme an je einer Phasenwicklung
der Erregerwicklung 71. Der Läufer 72 ist ein Dauermagnet, mit den beiden Polen
N und S. Ein anzutreibender Empfänger 8 ist mit dem Läufer 72 gekuppelt.
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Werden beim Betrieb der Vorrichtung die drei Elemente 3 bis 5 aufeinanderfolgend
erregt, so geben sie aufeinanderfolgend jeweils einen Gleichspannungsimpuls auf
die drei Phasenwicklungen der Erregerwicklung 71. In dieser entsteht hierdurch ein
Drehfeld, das den Läufer 72 winkelgetreu mitführt. Die Einzelteile der Vorrichtung
können unschwer eine solche Ausbildung und Zueinanderordnung erhalten, daß sich
die Gleichspannungsimpulse ähnlich wie die Phasenspannungen beim Drehstrom gegenseitig
überlappen, so daß der Läufer72 pausenlos mitgeführt wird. Die Drehzahl N der Achse
1 verhält sich zur Drehzahl n des Läufers 72 bei der dargestellten Ausbildung der
Vorrichtung wie 1 :6.
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Die gleiche Wirkungsweise ergibt sich, wenn als Auslöseglieder Halleiter,
also Körper aus einemWerkstoff mit Halleffekt, und als Steuerglieder Magnete, insbesondere
Dauermagnete, vorgesehen werden.
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Hierfür ist in Fig. 4 ein Beispiel gezeigt. An der Geberachse 1 sind
mittels eines unmagnetischen Tragkörpers9 drei mitumlaufende Dauermagnete 10 angebracht
und an deren Umlaufweg drei Halleiter 11 angeordnet. Letztere liegen in Reihe an
den Klemmen 12 einer Gleichstromquelle, während ihre Hallspannungsflächen an die
drei Phasen der Ständerwicklang 71 angeschlossen sind, auch hier über je einen der
ein Gleichrichterventil enthaltenen Verstärker 31, 41 und 51. Läuft die Geberachse
1 um, so kommen die drei Halleiterll aufeinanderfolgend in das Magnetfeld eines
jeder der Magnete 10, und die dadurch in den Halleitern entstehende Hallspannung
hat in der Ständerwicklung 71 die gleiche Wirkung, wie es an Hand von Fig. 1 bis
3 beschrieben wurde. Die Drehzahl N der Achse 1 verhält sich zur Drehzahlen des
Läufers 72 bei diesem Ausführungsbeispiel wie 1:3.
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Ein drittel Ausführungsbeispiel ist noch in Fig. 5 und 6 gezeigt.
Hier besteht das Steuerglied aus einer Blendenscheibel3 und die Auslöseglieder bestehen
aus je einem Hochfrequenzsenderl4 mit je einem Spulenpaar 15. Zur besseren Übersichtlichkeit
ist in Fig. 5 nur einer der drei Sender 14 mit seinem Spulenpaar 15 dargestellt.
Jedes Spulenpaar 15 kann bei spielsweise ein Rückkopplungsglied des zugehörigen
Senders 14 bilden. Die Blendenscheibe 13 durchläuft den Zwischenraum der Spulenpaare
15, die sie mit ihrem Ausschnitt aufeinanderfolgend freigibt. Befindet sich die
Blendenscheibe 13 im Zwischenraum eines Spulenpaares, so ist die Rückkopplung des
diesem Spulenpaar zugehörenden Senders unterbrochen; gibt sie den Zwischenraum frei,
so kann der Sender schwingen. Im letzteren Falle gibt der Sender (vgl.
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Fig. 5) über einen Gleichrichter 16 eine Gleichspannung auf eine der
drei Phasenwicklungen der Erregerwicklung 71. Die beiden anderen Sender sind in
der gleichen Weise mit den beiden anderen Phasenwicklungen der Erregerwicklung 71
verbunden. Die Wirkungsweise ist wiederum die gleiche wie beim Beispiel
nach
Fig. 1 bis 3. Die Drehzahl N der Achse 1 verhält sich zur Drehzahl n des Läufers
72 bei diesem Ausführungsbeispiel wie 1: 1.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele kennzeichnen sich alle durch
eine solche Ausbildung des Steuergliedes und der Auslöseglieder, daß die Gleichspannungsimpulse
in den Auslösegliedern durch eine nicht mechanische, vorzugsweise elektronische,
Wirkverbindung zwischen Steuerglied und Auslösegliedern zustande kommen.
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Die Erfindung kann statt der beschriebenen auch andere Ausführungsformen
erhalten. Beispielsweise kann beim Beispiel nach Fig. 5 und 6 das Spulenpaar 14
durch ein Paar Kondensatorelektroden ersetzt werden. Auch ein Kondensator, in dem
ein Gleichspannungsfeld erzeugt wird, kann als Auslöseglied vorgesehen werden, wobei
das Steuerglied aus einer das Kondensatorfeld durchlaufenden Hilfselektrode, also
z. B. einer einfachenBlechscheibe, bestehen kann.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist außer bei Elektrizitätszählern
auch bei beliebigen anderen Geräten anwendbar, bei denen eine kräftefreie und winkelgetreue
Übertragung einer Drehbewegung eines Gebers in eine Drehbewegung eines Empfängers
erwünscht ist.