DE149820C - - Google Patents
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- DE149820C DE149820C DENDAT149820D DE149820DA DE149820C DE 149820 C DE149820 C DE 149820C DE NDAT149820 D DENDAT149820 D DE NDAT149820D DE 149820D A DE149820D A DE 149820DA DE 149820 C DE149820 C DE 149820C
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Description
KAISERLICHESIMPERIAL
PATENTAMT.PATENT OFFICE.
Der den Gegenstand der Erfindung bildende Elektrizitätszähler stellt im wesentlichen eine Übertragung und Weiterbildung des dem in der Patentschrift 152889 beschriebenen Amperestundenzähler zugrunde liegenden Prinzips auf einen Wattstundenzähler für Gleich- und Wechselstrom dar. Während dort das gleichmäßige, das magnetische Gleitstück magnetisierende Feld von dem permanenten Magneten erzeugt wird, geschieht dies hier durch eine Stromspule. Indem man dann die magnetisierende und ablenkende Stromwicklung nach Art eines Wattmeters schaltet, wird auf das Gleitstück eine den Watts proportionale Kraft ausgeübt bezw. erhält man einen Elektrizitätszähler, sofern man durch Anordnung einer Umschaltvorrichtung eine dauernde rotierende Bewegung einleitet.The electricity meter forming the subject of the invention is essentially one Transfer and development of the ampere-hour meter described in patent specification 152889 underlying principle on a watt-hour meter for direct and alternating current. the magnetic slider magnetizing field from the permanent magnet is generated, this is done here by a current coil. By then having the magnetizing and deflecting current winding switches in the manner of a wattmeter, one is proportional to the watts on the slider Force exerted resp. one gets an electricity meter, provided one by arrangement a switching device initiates a continuous rotating movement.
Nun sind Elektrizitätszähler, bei welchen ein von einer zentralen Spule magnetisierter Eisenkern durch ein zweites feststehendes Stromsystem abgelenkt wird, bereits bekannt (vergl. die deutschen Patentschriften 103008 und 129686). Von diesen und ähnlichen Konstruktionen unterscheidet sich der vorliegende Zähler grundsätzlich dadurch, daß seine Wirkungsweise eine einpolige ist. Wenngleich natürlich eine rotierende Bewegung nur durch eine entsprechende Umschaltung im einen oder anderen Stromsystem zu erzielen ist, so ist doch die Anordnung und Wirkungsweise in ihren Elementarbewegungen als eine unipolare anzusehen, was bei den anderen Konstruktionen nicht der Fall ist.Now there are electricity meters in which one is magnetized by a central coil Iron core is deflected by a second fixed current system, already known (see German patent specifications 103008 and 129686). The present one differs from these and similar constructions Counter basically because its mode of operation is unipolar. A rotating movement, of course can only be achieved by a corresponding switch in one or the other power system, that's the arrangement and to see the mode of action in its elementary movements as a unipolar, which is at is not the case with the other constructions.
Diese unipolare Anordnung ermöglicht nun in erster Linie die Anwendung eines Eisenbleches oder Stückchens von sehr geringer Masse, woraus einmal ein sehr leichtes bewegliches System resultiert, und weiterhin der Zähler befähigt wird, auch in Wechselstromanlagen verwendet zu werden, was bei den vorgenannten Konstruktionen ebenfalls nicht möglich ist. Ferner kann das feste, ablenkende Stromsystem hierbei als Flachspule ausgeführt werden, und ergibt sich hieraus eine sehr gedrängte, kompendiöse Anordnung sowie wegen der großen Nähe von magnetischem Gleitstück und ablenkender Stromspule eine große Empfindlichkeit, was weiterhin einen sehr geringen Eigenverbrauch des Apparates zur Folge hat. Zur Erläuterung des eben Gesagten möge die Beschreibung einer Ausführungsform folgen (Fig. 1 und 2). Das gleichmäßige, das magnetische Gleitstück m polarisierende magnetische Feld wird durch die kreisrunde Spannungsspule η erzeugt, in deren Mitte sich das Gleitstück m um die Achse α drehen kann. Das Gleitstück m steht unter Einwirkung des Starkstromsystems W, welches in Fig. 1 und 2 nur schematisch angedeutet ist und dessen besondere Ausführung noch näher besprochen wird. Um eine gleichmäßige rotierende Bewegung zu erzielen, muß der Strom im ablenkenden Stromsystem stets im gleichen Sinne, d. h. entweder stets zentripetal oder stets zentrifugal verlaufen. Dagegen darf nie das ganze Stromsystem stromführend sein, da sonst den Gesetzen der Unipolarinduktion zufolge kein Drehmoment erzeugt wird. DasThis unipolar arrangement now primarily enables the use of a sheet of iron or a piece of very low mass, which results in a very light movable system and also enables the meter to be used in alternating current systems, which is also not possible with the aforementioned constructions is. Furthermore, the fixed, deflecting current system can be designed as a flat coil, and this results in a very compact, compensatory arrangement and, due to the close proximity of the magnetic slider and the deflecting current coil, great sensitivity, which also results in very low internal consumption of the device. To explain what has just been said, the description of an embodiment may follow (FIGS. 1 and 2). The uniform magnetic field polarizing the magnetic slider m is generated by the circular voltage coil η , in the center of which the slider m can rotate about the axis α. The slider m is under the action of the power system W, which is only indicated schematically in FIGS. 1 and 2 and whose particular design will be discussed in more detail. In order to achieve a uniform rotating movement, the current in the deflecting current system must always run in the same sense, ie either always centripetal or always centrifugal. On the other hand, the entire power system must never be live, as otherwise no torque is generated according to the laws of unipolar induction. That
Stärkstromsystem muß daher in Unterabteilungen zerlegt und letztere müssen dann nacheinander eingeschaltet werden. Der subtilen, bei einem Elektrizitätszähler wirksamen Kräfte wegen können nur ganz schwache Ströme umgeschaltet werden, und müssen daher die Unterabteilungen zu einem festen Nebenschluß parallel gelegt werden. Die Schaltung und Umschaltung dieser Unterabteilungen kannStrength current system must therefore be broken down into subdivisions and the latter must then be successive be switched on. The subtle forces at work in an electricity meter Because of this, only very weak currents can be switched, and therefore the Subdivisions can be placed in parallel to form a permanent shunt. The circuit and Switching of these subdivisions can
ίο dann in derselben Weise vorgenommen werden, wie in Fig. 4 der Patentschrift 152889 angegeben ist.ίο then be done in the same way, as indicated in Figure 4 of Patent 152889.
Was die praktische Ausführung des Starkstromsystemes anlangt, so kann dieselbe einmal in Form von gekrümmten, kreisförmigen Solenoiden erfolgen (s. Fig. 3 und 3a), wobei die in einer Ebene verlaufenden strahlenförmigen Leiter die Ablenkung hervorrufen; oder aber man setzt das ablenkende Stromsystem aus vier je einen Quadranten einnehmenden halbkreisförmigen Spulen zusammen, welche fächerförmig (s. Fig. 4) gewickelt sind. Man kombiniert hierbei zweckmäßig Spule ι und 2 zu einer einzigen, ebenfalls 3 und 4.As far as the practical implementation of the power system is concerned, it can be done once take place in the form of curved, circular solenoids (see. Fig. 3 and 3a), wherein the radial conductors running in one plane cause the deflection; or alternatively, the deflecting current system is made up of four each occupying one quadrant semicircular coils together, which are wound in a fan shape (see Fig. 4). Combine this appropriately Coil ι and 2 to a single, also 3 and 4.
Die Umschaltung wird hierbei also im Starkstromsystem vorgenommen. Nun ist es aber auch möglich, eine rotierende Bewegung durch Umschaltung in dem Spannungssystem herbeizuführen, und ergibt sich hierbei als besonderer Vorteil eine sehr einfache Ausführung des Starkstromsystemes und der Fortfall - der Umschaltung in demselben. Demzufolge kann man auch hierbei bis zuThe switchover is therefore carried out in the power system. Now is but it is also possible to have a rotating movement by switching over in the voltage system to bring about, and the particular advantage here is a very simple one Execution of the power system and the elimination - switching in the same. As a result, you can also use up to
beträchtlichen Stromstärken von dem Gebrauch von Nebenschlüssen absehen.Refrain from using shunts for large currents.
Das Starkstromsystem muß hierbei, um überhaupt eine Bewegung zu erzielen, mindestens zwei Unterabteilungen haben. Nehmen wir daher der Einfachheit \vegen zwei Unterabteilungen an, so bedeutet dies, daß das zweckmäßig als Flachspule hergestellte Starkstromsystem in der einen Hälfte Strom einer Richtung, z. B. zentripetal, führt, in der anderen Strom der anderen Richtung (siehe Fig. S)-'The power system has to be at least in order to achieve any movement have two sub-divisions. Let us therefore take two subsections for the sake of simplicity on, this means that the power system expediently manufactured as a flat coil in one half stream of one direction, e.g. B. centripetal, leads in the other stream of the other direction (see Fig. S) - '
Bei erregtem Stark- und Schwachstromsysteme wird sich daher das Gleitstück so einstellen, daß es je nach der Stromrichtung unter einem der Pole des Starkstromsystemes, d. i. die Trennungslinie der beiden Stromschichten (s. Fig. 5), steht. In diesem Augenblick erfolgt die Umschaltung der Spannungsspule und infolge der anderen Polarität ro- tiert nun das Gleitstück weiter. Es sind hierbei aber offenbar zwei tote Punkte vorhanden. Ist der Zähler zufällig in der Stellung stehen geblieben, in welcher die Umschaltung der Spannungsspule gerade erfolgen soll, d. h. bei welcher die letztere gerade stromlos, das Gleitstück daher unerregt ist, so wird bei Einschaltung des Zählers der Starkstrom das Gleitstück in dieser Stellung festhalten, der Apparat läuft nicht an. Dies zu verhüten, gibt es ein einfaches Mittel. Man ordnet oberhalb des Starkstromsystemes eine längliche Stromspule von einigen wenigen Windungen an, welche ein zu dem Felde des Starkstromkörpers senkrechtes Feld erzeugt und in der Hauptsache mit einem. Teile ihrer Wicklung eine die Pole N S des Starkstromsystemes überbrückende Stromschicht bildet. Im übrigen kann ihre Windungsebene parallel oder senkrecht zu derjenigen des Starkstromsystemes verlaufen. In Fig. 5 ist dieselbe z. B. als Flachspule in paralleler Anordnung zum Starkstromsystem angenommen. Schickt man in dieselbe einen Strom bestimmter Richtung, abhängig von der Drehrichtung des Zählers, so bewirkt diese Hilfswicklung, daß das Gleitstück nie in dieser Mittelstellung direkt unter den Polen NS stehen bleiben kann, sondern bei Einschaltung des Zählers sofort eine Verschiebung im Sinne der normalen Drehrichtung erfährt. Sowie nun diese Verschiebung schwach erfolgt, wird die Spannungsspule eingeschaltet, und der Apparat arbeitet ruhig' weiter. Die Erregung der Hilfsspule kann sowohl durch den Spannungsstrom, also in Reihe mit der Spannungsspule, als auch durch den Starkstrom, also, wie in Fig. 5 angenommen, in Reihe mit dem Starkstromsystem erfolgen, wobei aus verschie-' denen Gründen letztere Anordnung die zweckmäßigere ist.When the high and low current systems are excited, the slider will therefore adjust itself in such a way that, depending on the direction of the current, it is below one of the poles of the high current system, that is to say the dividing line between the two current layers (see FIG. 5). At this moment the voltage coil is switched over and, due to the different polarity, the slider continues to rotate. There are obviously two dead spots here. If the counter happens to have stopped in the position in which the switching of the voltage coil is about to take place, i.e. in which the latter is currently de-energized, the slider is therefore de-energized, then when the counter is switched on, the high-voltage current will hold the slider in this position Apparatus does not start. There is a simple means of preventing this. An elongated coil of a few turns is arranged above the power system, which generates a field perpendicular to the field of the power body and mainly with a. Parts of its winding form a layer of current bridging the poles NS of the power system. In addition, its winding plane can run parallel or perpendicular to that of the power system. In Fig. 5 the same z. B. assumed as a flat coil in a parallel arrangement to the power system. If you send a current in a certain direction in the same direction, depending on the direction of rotation of the counter, this auxiliary winding ensures that the slider can never stop in this central position directly under the poles NS , but when the counter is switched on, it immediately shifts in the sense of the normal direction of rotation learns. As soon as this shift occurs slightly, the voltage coil is switched on and the apparatus continues to work quietly. The auxiliary coil can be excited both by the voltage current, i.e. in series with the voltage coil, and by the high current, i.e., as assumed in FIG. 5, in series with the high voltage system, the latter arrangement being the more appropriate for various reasons is.
Auf den übrigen Gang des Zählers hat diese Hilfswicklung keinen Einfluß, denn sie wirkt während einer vollen Umdrehung gleichviel beschleunigend wie hemmend ein. Diese Hilfswicklung wird im Gegensatz zu dem in der Patentschrift 152889 beschriebenen Amperestundenzähler bei dem vorliegenden Wattstundenzähler nicht entbehrlich, wenn man auch dem Starkstromsystem mehr wie zwei Unterabteilungen gibt. Man bleibt daher am besten bei zwei Unterabteilungen.This auxiliary winding has no influence on the remaining rate of the counter because it acts as much accelerating as it is inhibiting during a full revolution. These Auxiliary winding is in contrast to the ampere-hour meter described in patent specification 152889 Not dispensable with the watt-hour meter at hand, even if the power system is more like two Subdivisions there. It is therefore best to stick to two subdivisions.
Was die nötige Umschaltung anlangt, so ist dieselbe verschieden, je nachdem man im Stark- oder Schwachstromsystem umschaltet. Schaltet man im Starkstromsystem um, so kann dieselbe, wie bereits oben bemerkt wurde, in derselben Weise wie in Fig. 3 und '4 der mehrfach erwähnten Patentschrift erfolgen.As far as the necessary switching is concerned, it differs depending on how one is in the High or low current system switches. If you switch over in the high-voltage system, so can do the same, as noted above, in the same manner as in Figs. 3 and 4 of the patent cited several times take place.
Geschieht dagegen die Umschaltung im Spannungssystem, so muß hier bei jeder Umschaltung" die Stromrichtung" in der Spannungsspule gewechselt werden, und dies macht in der gewöhnlichen Schaltung eines Stromwenders mehr wie zwei Kontakte nötig.If, on the other hand, the switchover takes place in the voltage system, then with each switchover " the current direction "in the voltage coil can be changed, and this makes in the usual switching of a commutator requires more than two contacts.
Bei einem Elektrizitätszähler vermindert nun jeder Kontakt die Sicherheit und ver-In the case of an electricity meter, every contact now reduces safety and
mehrt die schädliche Reibung. Um daher diesen Stromwechsel in der Spannungsspule mit möglichst wenigen. Kontaktstellen zu bewerkstelligen, wendet man zweckmäßig unter Benutzung der in Fig. 4 der Patentschrift 152889 dargestellten Schaltvorrichtung die in Fig. 6 beiliegender Zeichnung wiedergegebene Schaltung an.increases the harmful friction. Hence this change of current in the voltage coil with as few as possible. To accomplish contact points, one turns expediently under Use of the switching device shown in Fig. 4 of patent specification 152889 in Fig. 6 of the accompanying drawing reproduced circuit.
Der Stromwender besteht aus dem inneren geschlossenen Kontaktringe s und den beiden äußeren halbkreisförmigen .Kontaktstücken c. Auf 5 und c schleift das Kontaktröllchen d. Der die Netzleitungen L L verbindende Nebenschlußkreis enthält nun in Reihenschaltung den dauernd eingeschalteten Vorschaltwiderstand r, welcher den größten Teil der Netzspannung abdrosselt, sowie die gleich großen Widerstände W1 w.2. Die weitere Verbindung von W1 w.2 und der Spannungsspule η des Zählers untereinander und mit dem Umschalter zeigt das Schema der Fig. 6. Man erreicht hierdurch, daß mit dem Umlauf des Kontaktröllchens d das mit dem Ringe s verbundene Ende von η bald an das äußere Ende von Wx, bald an das von W0 angelegt wird und hierdurch in η ein Wechsel der Stromrichtung erfolgt. Indem das andere Ende von η dauernd festliegt, erreicht man einmal den Stromwechsel mit nur zwei Kontakten. Weiterhin wird durch diese Schaltung eine Funkenbildung an den Kontakten verhindert, indem die Spannungsspule dauernd zu einem der Widerstände W1 w% parallel liegt.' Nun ist es jedoch möglich, mit Benutzung dieser Schaltung zur weiteren Verminderung der bei der Stromumschaltung auftretenden Reibung in der Gesamtanordnung des beweglichen Systemes eine Änderung zu treffen, welche die in dem ganzen Apparate auftretende Reibung wesentlich herabsetzt.The commutator consists of the inner closed contact rings s and the two outer semicircular .Contact pieces c. On 5 and c , the contact wheel drags d. The shunt circuit connecting the mains lines LL now contains, in series connection, the permanently switched on series resistor r, which throttles off most of the mains voltage, as well as the resistors W 1 w. 2 of the same size. The further combination of W 1 w. 2 and the voltage coil η of the counter with each other and with the switch shows the scheme of Fig. 6. It is hereby achieved that to the circulation of the contact Röllchens d with said rings s associated end of η soon to the outer end of W x , soon to which W 0 is applied and this results in a change in the direction of the current in η. Because the other end of η is permanently fixed, the current change can be achieved with only two contacts. Furthermore, this circuit prevents sparking at the contacts, in that the voltage coil is permanently parallel to one of the resistors W 1 w %. Now, however, it is possible, by using this circuit to further reduce the friction occurring when the current is switched, to make a change in the overall arrangement of the movable system which substantially reduces the friction occurring in the entire apparatus.
Statt des fest mit der Achse verbundenen magnetischen Gleitstückes in Fig. 1 kann man auch eine Art magnetischer Walze anwenden (ßig- 7) < welche in folgender Weise angeordnet ist. Eine Anzahl dünner Eisenblechscheiben e sind auf einer dünnen Achse aufgereiht und befestigt. Die zu beiden Seiten der so gebildeten Rolle aus Eisenblechscheiben hervorragenden Enden der Achse tragen fest verbunden je ein kleines Rädchen T1 r2 aus Metall. Diese magnetische Walze wird nun, wie aus Fig. 8 hervorgeht, mit ihren beiden RdInstead of the magnetic slide in FIG. 1, which is fixedly connected to the axis, a type of magnetic roller can also be used (Fig. 7) which is arranged in the following way. A number of thin sheet iron disks e are lined up and fastened on a thin axis. The ends of the axle protruding on both sides of the roll formed in this way from sheet iron disks are firmly connected and each carry a small wheel T 1 r 2 made of metal. This magnetic roller is now, as can be seen from Fig. 8, with its two Rd
RädchenCog
auf zwei Ringe s c von anQ on two rings sc from anQ
1 2 g 1 2 g
nähernd dreieckigem Querschnitt gesetzt, welche, auf der Spulenwandung von η und einem Querstück g konzentrisch zu der Achse α angeordnet sind. Während nun s einen vollen Ring bildet, ist der innere Ring c an zwei Stellen aufgeschnitten bezw. der Zwischenraum mit Isolationsmaterial angefüllt. Beide Führungen s und c werden nun in der gleichen Weise wie in Fig. 6 die Kontakstücke s und c mit der Spannungsspule η und den Widerständen W1 w.2 verbunden. Wird nun in den Zähler Strom geschickt, so rollt die magnetische Walze unter dem Einfluß des Starkstromsystemes auf den Führungsringen s und c weiter. In dem Augenblick, in welchem die Walze die Pole N S (s. Fig. 5) des Starkstromsystemes passiert, geht das Rädchen T1 von der einen Hälfte von c auf die andere über; es findet hierdurch ein Stromwechsel in η statt, und das Spiel geht weiter.approximately triangular cross-section set, which are arranged on the coil wall of η and a crosspiece g concentric to the axis α . While s now forms a full ring, the inner ring c is cut open in two places or. the gap filled with insulation material. Both guides are now η s and c with the coil voltage in the same manner as in Fig. 6, the contact pieces and the resistors w W 1 s, and c. 2, respectively. If electricity is now sent to the meter, the magnetic roller continues to roll on the guide rings s and c under the influence of the high-voltage system. At the moment in which the roller passes the pole NS (see Fig. 5) of the power system, the wheel T 1 goes from one half of c to the other; This causes a current change in η and the game continues.
Das als magnetische Walze ausgebildete Gleitstück übernimmt hier also gleichzeitig die Funktionen des Kontaktröllchens d des bisher angenommenen besonderen Stromwenders.The sliding piece, which is designed as a magnetic roller, simultaneously takes on the functions of the contact roller d of the previously assumed special commutator.
Die Übertragung der Bewegung dieser magnetischen Walze auf die Achse erfolgt in der Weise, daß ein leichter, z. B. aus profiliertem Aluminiumblech gefertigter Rahmen R (Fig. 7), welcher mit der Achse fest verbunden ist, die über die Rädchen T1 r2 hervorstehenden Enden der Achse der magnetischen Walze mit leichtem Spielraum umfaßt und so von der Walze mitgenommen wird.The transmission of the movement of this magnetic roller on the axis takes place in such a way that a light, z. B. made of profiled aluminum sheet frame R (Fig. 7), which is firmly connected to the axis, which includes protruding ends of the axis of the magnetic roller via the wheel T 1 r 2 with a slight margin and is thus taken from the roller.
Die von dem Zählmotor geleistete Arbeit wird in bekannter Weise von einer magnetischen Wirbelstrombremse verbraucht und die Drehung der Achse α mittels Schnecke und. Zahnrad auf ein Zählwerk mit springenden Ziffern übertragen.The work done by the counting motor is consumed in a known manner by a magnetic eddy current brake and the rotation of the axis α by means of worm and. Gear wheel transferred to a counter with jumping digits.
Der Vorteil der vorbeschriebenen Anordnung der magnetischen Walze liegt in der Anwendung rollender Reibung unter gleichzeitiger Verminderung des Gewichtes des beweglichen Systemes, was eine Verkleinerung der Lagerreibung bedeutet. Sodann vereinigen sich die Funktionen des magnetischen Gleitstückes und des besonderen Stromwenders, wodurch der letztere entbehrlich wird.The advantage of the above-described arrangement of the magnetic roller lies in the Application of rolling friction while reducing the weight of the moving one System, which means a reduction in bearing friction. Then the functions of the magnetic slide combine and the special commutator, making the latter unnecessary.
Der geringfügigen Masse des magnetischen Gleitstückes wegen kann der Zähler in gleicher Weise für Gleich- und für Wechselstrom verwendet werden.Due to the small mass of the magnetic slider, the counter can do the same Way to be used for direct and alternating current.
Statt der bisher angenommenen und in den Figuren dargestellten Anordnung, in welcher sich das Gleitstück in einer Ebene dreht, kann dasselbe auch unter entsprechender Gestaltung des Stärk- und Schwachstromsystemes einen Zylindermantel bei seiner Bewegung beschreiben, ohne daß hierdurch an dem Prinzip etwas geändert wird.Instead of the arrangement previously assumed and shown in the figures, in which if the slider rotates in one plane, the same can also be done with an appropriate design of the strong and weak current system describe a cylinder jacket during its movement without affecting the Principle something is changed.
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