DE115667C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Λ!115667 KLASSE 21 e.

WIRTH & CO. in BERLIN. Elektricitätszähler.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 10. März 1899 ab.

Bei Motorzählern mit hin- und herschwingendem Anker treten bekanntlich infolge der Verluste an lebendiger Kraft bei der Bewegungsumkehr des schwingenden Systems Fehler in der Proportionalität auf, und es wird ferner durch die Schwierigkeit der Erzielung eines sicheren Contactes im Augenblick der Umkehr, infolge der alsdann allzu geringen lebendigen Kraft des Ankers, die regelmäfsige Wirkungsweise der Umschalterorgane und hiermit die Betriebssicherheit derartiger Zähler beeinträchtigt. Beiden Uebelständen der Motorzähler mit schwingendem Anker hat man auf mehrfache Art abzuhelfen versucht, unter anderen dadurch, dafs man noch einen zweiten, gegen den ersten entsprechend versetzten Anker behufs gröfserer Richtkraft und hierdurch bedingten stärkeren Drucks gegen den Contact im Augenblicke der Umkehr an dem System anbrachte, und ferner dadurch, dafs an Stelle des festen Anschlages in den Endstellungen elastisch nachgiebige Anschläge zur Vermeidung der vorerwähnten grofsen Verluste an lebendiger Kraft verwendet wurden.

Wesentlich erheblichere Vortheile und neuartige Wirkungen lassen sich nun einerseits durch eine Theilung der Bewegungsmassen des schwingenden Systems und ferner durch Zer-. legung der freien Schwingungswege erzielen. Auf letztere Art umgeht man auch die Schwierigkeiten der Erzielung eines genügend sicheren Contactes in den Endlagen dadurch, dafs man die schwingende Spule nur eine einseitige Bewegung ausführen, d. h. nur nach der einen Seite hin, unter dem Einflüsse der elektrodynamischen Kraft der festen Stromspulen sich mit den Bremsmassen gekuppelt frei bewegen lä'fst, während die Rückkehr der .Spannungsspule nicht ebenfalls in freie Schwingung, sondern mittelst des Rückstofses durch einen in der Endlage erregten Elektromagneten geschieht, welcher die Spule zwangläufig in ihre Anfangslage zurückdreht. Ein ähnliche Anordnung jedoch für eine andere Art von oscillirendem System ist in der britischen Patentschrift 20398 vom Jahre 1897 beschrieben. Dieses System, bei welchem der schwingende Körper nach Art eines Pendels oder einer Unruhe unter dem nach Vollendung jeder Ausschwingung erfolgenden. Impuls eines Elektromagneten im Kraftfelde der Stromspulen einseitig oscillirt, ist jedoch nur für Coulombzähler, infolge des quadratischen Schwingungsgesetzes, anwendbar. Das System ist daher dort auch mit keinerlei Bremsmassen verbunden, und auch die Zurückführung desselben in die Anfangslage erfolgt nicht, wie mit der vorliegenden Erfindung angestrebt wurde, zwangsweise durch· den Elektromagneten, sondern mufs zur Erzielung" der Proportionalität der Theorie des Pendels gemäfs in wesentlich freier Rückschwingung sich vollziehen, während nur der Impuls zur Wiederholung des Spiels durch den elektromagnetischen Antrieb bewirkt wird. In anderer Weise ist eine nur einseitige freie Oscillation und zwangsweise Rückbewegung der schwingenden Spule in der britischen Patentschrift 26646 vom Jahre 1897 zur Anwendung gebracht. Hier wird in regelmäfsigen, vom Stromverbrauch unabhängigen, durch ein Uhrwerk bestimmten Zeitperioden eine Spule für kurze Zeit erregt, welche mittelst einseitiger

Kupplung den ihrem Stromverbrauch entsprechenden Impuls den Bremsmassen mittheilt und durch diese auf das Zählwerk überträgt, während sie selbst in die Anfangslage, ohne messend zu arbeiten, zurückkehrt und in der Ruhelage während des Restes der Zeitperiode verbleibt.

Hierbei handelt es sich also nicht um einen eigentlichen Motorzähler mit hin- und hergehender Bewegung des schwingenden Systems und Registrirung dieser Schwingungen am Zählwerk,, wie es Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, bei welcher im Uebrigen aber ebenfalls wie bei der Anordnung nach der britischen Patentschrift 26646 vom Jahre 1897 nur ein einseitiges Mitnehmen der Bremsmassen stattfindet.

Bei dem vorliegend beschriebenen Elektriritätszähler finden sich also, wie bemerkt, einige der vorstehend erwähnten Anordnungen, jedoch in anderer Art und zu anderem Zwecke vereinigt; die schwingende Spule arbeitet nur in der einen Bewegungsrichtung messend, während sie jedesmal nach Vollendung des ersten Hinweges in der anderen Richtung durch einen selbstthätig in diesem Augenblicke erregten Elektromagneten schnell in die Anfangslage zurückgeführt wird.

Hierbei wird sie von ihrer Dämpfungsscheibe oder Bremse entkuppelt, so dafs die letztere demnach nur auf dem Hinwege mitgenommen wird und ihr Trägheitsmoment sich daher nur in einem Sinne äufsert, nämlich so, dafs die Schwingungen bei wachsender Geschwindigkeit unterstützt werden. Die lebendige Kraft während des Zurücktreibens der Spule wird ferner dazu benutzt, um die Bewegungswiderstände für den Gang bei schwächster Belastung durch entsprechendes Anspannen einer Anlauffeder oder dergl. zu überwinden, und bedient ferner die Contactvorrichtung des Zählwerks u. s. w.

Wie ersichtlich, setzt sich hiernach die Bewegung des Zählersystems aus zwei gesondert für sich bewegten Organen zusammen, nämlich aus der in einer Richtung proportional dem Verbrauch unter dem Einflufs der Dämpfung mehr oder weniger schnell sich bewegenden Spannungsspule, welche den Rückweg, getrieben durch den Anker des zurückführenden Magneten, sehr rasch vollführt, und aus dem dämpfenden Organ, z. B. der im Magnetfelde rohrenden Kupferscheibe, welche auf dem Hinwege mit der Spannungsspule gekuppelt dem Verbrauche entsprechend verschieden schnell sich bewegt, während des Rückweges der Spannungsspule jedoch von dieser entkuppelt ist und infolge ihrer Trägheit noch mehr oder weniger in dem früheren Sinne ein Stück weiter rotirt, bis sie bei der erneuten Hinschwingung der Spule wieder mit neuem Impuls weiter mitgenommen wird. Sämmtliche Arbeitsleistungen für den Contactschlufs, das Zählwerk u. s. w. werden aber nicht von dem messenden System, sondern von dem gesondert arbeitenden, jedoch mit dem System zusammenwirkenden Elektromagneten ausgeführt.

In den Fig. 1 und 2 ist die Anordnung der Hauptorgane in Vorderansicht und im Grundrifs dargestellt, während die Fig. 3 und 4 einzelne Theile in besonderen Ausführungsformen darstellen.

Die zwischen den festen Hauptstromspulen 10 bewegliche Spannungsspule 9 wird von einem Rahmen 8 getragen, welcher sich selbstständig um die Zapfen 4 und 5 der Bremsachse 1 bewegen kann und einerseits den Mitnehmer 11, andererseits die Contactplatte 19 trägt. Die Achse ι bewegt sich in den Lagern 6 und 7 und trägt die zwischen den Magneten rotirende Dämpfungsscheibe 2. Conaxial mit der Achse 1 befindet sich unterhalb derselben die in den Lagern 12 und 14 drehbare Achse 13, auf welcher der im Felde des Elektromagneten 17 sich bewegende Anker 16 sitzt.

Der Anker 16 wird durch die Feder 15 zurückgeführt und trägt einen Mitnehmer- und Contactstift 18, welcher bei Berührung mit der Contactplatte 19 den Elektromagneten 17 erregt, und bei seiner hierauf erfolgenden schnellen Linksschwingung durch seinen Druck gegen 19 den Rahmen 8 und damit die Spannungsspule 9 in die Anfangslage zurückführt.

Die Wirkungsweise ist nun folgende:

Während der Hinschwingung wird die Spannungsspule 9 infolge der elektrodynamischen Wirkung der festen Stromspulen 10 z. B. nach rechts gedreht, wenn der Strom die Spulen 10 durchfliefst. Hierbei nimmt das Solenoid 9 mittelst des Stofsers 11 die Dämpfungsscheibe 2, welche sich zwischen den Magneten 3 bewegt und eine Zahntheilung trägt, mit. Am Ende ihrer z. B. 90° betragenden Ausschwingung stöfst die Contactplatte 19 gegen den am Elektromagnetanker 16 sitzenden Stift 18. Hierdurch wird der Contact 18, 19 geschlossen, der Elektromagnet 17 erregt und infolge dessen sein Eisenanker 16 angezogen. Bei dieser seiner Linksdrehung treibt derselbe mittelst des Druckes von 18 auf 19 den Rahmen 8 und mit diesem die Spannungsspule 9 wieder in die Anfangsstellung mit grofser Geschwindigkeit zurück. Während dieser Rückdrehung schleift der Stofser 11 lose auf der Sperrverzahnung der Dämpfungsscheibe 2; diese letztere wird mithin nicht zurückgedreht, sondern bleibt während der Dauer der Rückschwingung von 9 entweder stehen oder dreht sich sogar, je nach der Kraft des ihr bei der Hinschwingung ertheilten Impulses nach Mafsgabe ihres Trägheitsmomentes ein Stück weiter im Sinne der Rechtsdrehung. Wahrend des Rücktreibens

.der Spannungsspule in ihre linke Anfangsstellung durch den Elektromagnetanker 16 wird, wie ersichtlich, der hierzu erforderliche Contactschlufs 18, 1.9 infolge des Druckes beider Contactstücke auf einander besonders sicher bewirkt. Ferner wird während dieser Rückdrehung der Spannungsspule 9 eine schwache Spiralfeder 20, deren inneres Ende an dem Rahmen 8 sitzt und deren äufseres Ende aufsen befestigt ist, gespannt und kann bei der darauffolgenden Mefsperiode, d. h. der Rechtsschwingung der Spannungsspule 9, die elektrodynamische Wirkung der Stromspulen 10 auf die Spule 9 unterstützen, um so insbesondere bei sehr schwachem Verbrauchsstrom das »Angehen« zu erleichtern.

Der Elektromagnetanker 16, welcher nach erfolgtem Anzug und nachdem der Contact ■;i8, 19 infolge des Weiterschwingens des Rahmens 8 unterbrochen ist, durch die Feder 15 wieder in seine Anfangsstellung zurückschnellt, dient ferner zum Antriebe des Zählwerks, welches z. B. bei jeder Schwingung um einen Zahn weiter geschoben wird.

Wie bereits bemerkt, bietet die Anwendung eines schwingenden Doppelsystems, welches einerseits aus der beeinflufsten Spule, andererseits aus Schwung- bezw. Bremsmassen besteht, den Vortheil, dafs man unter anderen durch Benutzung der lebendigen Kraft der Bremsmassen ein Mittel zur Regulirung der Proportionalität erhält.

Geschieht dies bereits bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung der Kupplung mit feiner Sperrverzahnung der Bremsscheibe dadurch , dafs der stärkere Impuls der Scheibe bei hoher Belastung ein stärkeres Nachwirken, also eine erhöhte Drehgeschwindigkeit bezw. ein Weiterdrehen der Bremsscheibe zur Folge hat, so wird dieser Zusatzeffect noch gesteigert, wenn die Mitnehmereinrichtung der Bremse nur aus wenigen, z. B. drei oder vier Zähnen besteht.

Alsdann ist die Wirkungsweise folgende:

Die Spannungsspule lege z. B. einen Winkel von regelmäfsig 92° zurück und nimmt hierbei um eben so viel die Bremsscheibe mit nach rechts herum. Die Sperrscheibe hat z. B. vier Zähne und wird bei starkem Strom infolge ihrer lebendigen Kraft durch den nachwirkenden Impuls sich noch ein Stück frei fortdrehen, während die Spule schon wieder zurückkehrt. Dieses freie Fortfliegen der Bremsiind Sperrscheibe betrage während der Dauer der Spulenumkehr z. B. 45". Alsdann wird der Stofser der Spule, wenn diese sich wieder nach rechts bewegt, auf einem Weg von ca. 45⁰ leer laufen, d.h. noch keinen Eingriff mit dem nächsten Zahn der viergetheilten Sperrscheibe finden, es wird daher die Spannungs-" spule ungefähr die Hälfte auch der Hinschwingung ohne Bremse, und daher mit erhöhter Geschwindigkeit schwingen und sich nur auf der letzten Hälfte, d. h. 47° (92⁰ — 45⁰) nach Eingriff des Stofsers in den nächsten Zahn unter Einflufs der Dämpfungsscheibe langsamer geregelt, bis zum Ende der Rechtsschwingung bewegen. Bei schwächerem Strom ist diese unterstützende Wirkung des Leerlaufes und Nachschwunges entsprechend kleiner, da der Weg, welchen die Bremsscheibe frei weiter schwingt und welchen die Spule bei der Wiederkehr ihrer Rechtsschwingung ungedämpft zurücklegen kann, alsdann infolge des geringen freien Weiterrotirens kleiner, z. B. nur 20° ist, u. s. f. Hierdurch ist man in der Lage, denjenigen Betrag, welcher durch den für die Messung nicht benutzten Moment des Zurücktreibens der Spule in die Anfangslage für die Proportionalität verloren geht und welcher bei stärkerem Strom, d. h. kürzeren Schwingungszeiten im Verhältnifs höher ist als bei schwachem Strom, durch diese Ausnutzung der Schwungwirkung und des Leerlaufes zu ersetzen. Ein weiteres Mittel hierfür bietet endlich die Zwischenschaltung einer Feder zwischen die beiden bewegten und bald gekuppelten und bald entkuppelten Organe, nämlich die Bremse und die Spule, wie dies in Fig. 3 und 4 dargestellt. In Fig. 3 und 4 ist der Stofser nicht fest, wie in Fig. 1 und 2, mit dem Rahmen 8, d. h. der Spule 9 verbunden, sondern derselbe ist elastisch an dieser angebracht. Es ist an dem Rahmen 8 bei 21 concentrisch zur Achse 1 das innere Ende einer Spiralfeder 22 befestigt, während ihr äufseres Ende 23 hakenförmig in die Zähne des Sperrrades 24 eingreift und bei Rechtsdrehung dieses Sperrrad und damit die Achse 1 und die Dämpfungsscheibe 2 mitnimmt, dagegen beim Rückwärtsschnellen der Spule 9 leer darüber hinwegschleift. Zur Erzielung der vorher genannten Leerlaufwirkung hat das Sperrrad hierbei nur wenig, z. B. vier Zähne; die Zahl der Zähne wird entsprechend der erforderlichen Zusatzwirkung des Leerlaufs gewählt und hängt auch von der Gröfse des Ausschlagswinkels der Spule 9 ab, der z.B. 90⁰, 120° oder dergl. beträgt. Die Wirkung der Feder 22 besteht darin, dafs dieselbe sich je nach der Stromstärke verschieden stark zusammenspannt, bevor sie nach Eingriff in den Zahn die Bremsscheibe mitnehmen kann, denn bei starkem Strom und einer entsprechend der Geschwindigkeit stärkeren Bremskraft wird die Feder durch die elektrodynamische Kraft der Spule stärker zusammengedreht, ehe sie die Bremse weiterziehen kann, als bei schwachem Strom, wo die Dämpfung so gering ist, dafs die Feder noch gar nicht oder nur sehr wenig mangels elektrodynamischer Kraft und Bremswiderstandes angespannt wird. Die Erscheinung ist mithin ähnlich wie bei

der Feder eines Wattmeters, Torsionsgalvanometers oder dergl.; indem die Spirale entsprechend der Belastung mehr oder weniger zusammengespannt wird, gestattet sie der schwingenden Spule, einen mehr oder weniger grofsen Weg ohne Dämpfung zurückzulegen, und es erfolgt mithin eine Unterstützung der Schwingungsgeschwindigkeit mit wachsender Stromstärke. Die Wahl der Feder giebt so ebenfalls ein Mittel zur Regulirung der Proportionalität an die Hand. Die Spannkraft der Feder kann endlich auch während des Momentes' der Rückschwingung der Spule 9 für sich zum Impulse der Bremse, d. h. zur Erhöhung des Leerlaufs und damit, der Geschwindigkeit bei höherer Stromstärke ausgenutzt werden, indem man die Feder auf einer separaten Achse mit ihrem inneren Ende befestigt und gegen Rückwärtsgang sperrt. Alsdann treibt die Zwischenfeder auch noch während des Momentes des Rückwärtsdrehens der Spule nach Mafsgabe der in ihr aufgestapelten Spannkraft durch ihren Haken die Bremsscheibe 2 weiter und setzt hierdurch zur Erzielung der Proportionalität der elektrodynamischen Kraft einen mehr oder weniger grofsen Impuls zu.

Die Schaltung ist aus Fig. 1 ersichtlich, nach Erfordern kann die Spule 9 bei ihrer Rückwärtsdrehung parallel zum Elektromagneten geschaltet sein, wie dargestellt, oder sie kann kurz geschlossen oder ausgeschaltet werden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Elektricitätszähler mit einer im Kraftfelde fester Stromspulen schwingenden Spannungsspule, bei welcher die Rückkehr dieser Spannungsspule durch elektromagnetischen Rückstofs erfolgt und die Schwingungen dieser Spule gezählt werden, dadurch gekennzeichnet, dafs die Spannungsspule nur in der einen (Hin-) Bewegung mit den Schwung- oder Bremsmassen durch ein einseitig wirkendes Sperrwerk gekuppelt ist, während der Rückbewegung jedoch leer zurückläuft, zum Zweck, die derart erhöhte lebendige Kraft der Rückschwingung zur Erzielung einer dem Verbrauch proportionalen Schwingungszahl und zum Ausgleich der Wirkung der lebendigen Kraft der Bremsmassen nutzbar zu machen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.