DE2401074A1 - Generator fuer elektrische signale - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL. ING. WALTER MEISSNER DIPL. ING. HERBERT TISCHER DIPL. ING. PETER E. MEISSNER MÖNCHEN DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING

BERLIN

: 7 JAH. 1371

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den HERBERTSTRASSE 22

O978O-RS

NEPTUNE METERS LIMITED, Toronto/Ontario - Ganada Generator für elektrische Signale

Die Erfindung ist eine Verbesserung eines Impulsgenerators, der in der USA-Patentschrift 3,681,631 beschrieben worden ist. Dieser Impulsgenerator enthält einen Permanentmagneten und einen magnetischen Kreis, die je zylindrisch und konzentrisch zueinander angeordnet sind und sich axial zueinander bewegen können. Der Magnet besitzt zwei Pole, die axial voneinander entfernt sind und radial verlaufen. Der magnetische Kreis besitzt zwei axial voneinander entfernte und radial gerichtete Flansche, die den Polen gegenüberliegen, wenn sich die Einrichtungen in ihrer Ruhestellung befinden. Eine der Einrichtungen trägt einen zylindrischen Nocken und die andere einen Nockenstößel, der mit dem Nocken zusammenarbeitet. Der Nocken besitzt zwei schraubenförmige Erhebungsflächen, die um 18o° versetzt und durch Einschnitte getrennt sind, die unter den Unterseiten der Erhebungen verlaufen. Der Stößel besitzt zwei Vorsprünge, die mit den Nocken zusammenarbeiten. Mindestens der Nocken der einen Einrichtung ist drehbar und der andere ist gegen Drehung gesichert. In vielen Abänderungen dreht sich die ganze Einrichtung mit ihrem Nocken.

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Wenn die Einrichtungen sich, in ihren Ruhestellungen befinden, sind die Stößel axial mit den Unterseiten der Erhebungen ausgerichtet, so daß bei relativer Drehung von Nocken und Stößel die Nocken leicht an die Erhebungsflächen angreifen, wobei die bewegliche Einrichtung axial vom Generator aus ihrer Ruhestellung gebracht wird. Wenn die Stößel die Enden der schraubenförmigen Erhebungen erreichen und mit den benachbarten Einschnitten ausgerichtet werden, kehrt die bewegliche Einrichtung rasch in ihre Ruhestellung zurück und erzeugt so einen Impuls in der Spule, der auf einen entsprechenden Impulszählmechanismus übertragen wird.

Der drehbare Stößel wird über ein Getriebe angetrieben, das zwei zusammenarbeitende Zahnräder mit einem Schlupf besitzt. Wenn der Nocken auf die Erhebung gleitet, niisiat die reaktive Kraft zwischen Stößel und Erhebung den Schlupf in einer Richtung auf. Wenn der Stößel die Oberseite der Erhebung erreicht und in den benachbarten Einschnitt zu fallen beginnt, wird die reaktive Kraft freigegeben und zwischen Nocken und Stößel wird keine wesentliche Reibung entstehen. Beim Auftreten von Reibung zwischen der Stößelfläche und dem Einschnitt im Nocken werden der Stößel und sein zugehöriges Zahnrad etwas nach vorn bewegt, so weit es der Schlupf zuläßt, so daß der Stößel rasch frei in den Einschnitt am Nocken gelangen kann.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. In diesen ist:

Figur 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel eines Impulsgenerators, wobei der Deckel im Schnitt gezeigt wird;

Figur 2 ein Schnitt an der Linie 2-2 der Figur 1;

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Figur 3 eine Ansicht des Getriebezuges an der Linie 3-3 der Figur 2 in einer Ebene, wobei sich der Magnet in Ruhestellung befindet, in größerem Maßstab ;

Figur 4 eine Teilansicht ähnlich einem Teil der Figur 3» wo aber der Magnet in seiner größten Entfernung aus der Ruhestellung gezeigt wird;

Figur 5 eine Teilansicht von Nocken und Stößel in ihren Ruhe Stellungen;

Figur 6 eine der Figur 5 ähnliche Ansicht, bei der der Stößel auf die Erhebung des Nockens gelangt;

Figur 7 eine den Figuren 5 und 6 ähnliche Ansicht, bei der der Stößel vpn der Oberseite der Erhebung heruntergleitet;

Figur 8 eine der Figur 5 ähnliche Ansicht nit der Lage des Stößels während der Überquerung unmittelbar nach dem Abfallen von der Erhebung;

Figur 9 ein Schnitt an der Linie 9-9 der Figur 3;

Figur 1o eine perspektivische Ansicht von unten und rechts der Figur 3 aus gesehen mit einem Zahnrad mit Schlupf; und

Figur 11 eine perspektivische Ansicht von oben und rechts der Figur 3 aus gesehen mit dem anderen Zahnrad mit Schlupf.

Der Impulsgenerator nach der Erfindung 1 befindet sich auf der oberen Platte 2 des Zählwerks eines (nicht dargestellten) Wassermessers. Die Ausgangswelle 3 des Zählwerks treibt eine Welle 5 über eine Einwegkupplung 4 an. Die Welle 5 verläuft über der Oberseite des Zählwerkkastens 2 und trägt eine Eichscheibe 6, eine Scheibennahe und ein Antriebszahnrad 8. Die Welle 5 treibt ferner

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einen Umlaufzähler 9 im Wassermesser über eine entsprechende Verbindung an, die als ein Satz Kegelräder dargestellt ist.

Der Impulsgenerator enthält eine Grundplatte 1o und eine obere Platte 11, die durch zwei Bolzen 12 zusammengehalten werden. An der Grundplatte 1o und der oberen Platte 11 ist eine Welle 13 befestigt, die ein Zahnrad 14 trägt, das mit dem Ritzel 8 und einem Zahnrad 14 zusammenarbeitet, das eines der SchlußfZahnräder 16, 17 ist (Figuren 9 bis 115, ^{die 3}^ ^de;r Welle 18 drehbar gelagert sind. Die Welle 18 ist an ihren Enden in der Grundplatte 1o und der oberen Platte 11 befestigt.

An einer Welle 21 ist die Permanentmagneteinrichtung 2o drehbar und vertikal gleitend angebracht. Sie enthält ein Zahnrad 22, das Mit dem Zahnrad 17 kämmt, und einen Ringpermanentmagneten 23t ^dei> && Zahnrad 22 befestigt ist und von einer Weichstahlhülse 24 umgeben ist. Der Permanentmagnet 23 ist so magnetisiert, daß er zwei radial gerichtete, ringförmig verteilte Pole N und S (Figur 4) besitzt. Die beiden Pole sind an der Achse des Magneten verteilt angeordnet und verlaufen radial zur Achse.

Der Permanentnagnet 23 ist vorzugsweise ein keramischer Hagnet. Das Magnetaaterial kann entweder nicht gerichtet oder teilweise gerichtet sein, obwohl letzteres bevorzuge wird. Das Weichstahlgehäuse 24 kann weggelassen werden, ist aber zum Erzielen des stärksten möglichen Magnetfeldes bei einen gegebenen Magneten notwendig.

Der Permanentmagnet enthält ferner einen zylindrischen Nockenstößel 28, der sich außerhalb des Randes des Magnetgehäuses 24 befindet und am Zahnrad 22 befestigt i_st oder ein Teil von ihm ist (wie dargestellt). Der Nockenstößel

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28 enthält zwei nach unten herausragende Stößelglieder 28a.

Der Permanentmagnet arbeitet mit einem eagnetischen Kreis 25 zusammen, der einen Kern 26 mit einen oberen und einem unteren Flansch 26a und 26b und eine Spule 27 besitzt, die sich zwischen den Flanschen befindet. Die Spule 27 ist mit entsprechenden elektrischen Verbindungen versehen, die durch Öffnungen im unteren Flansch 26b und in der Grundplatte 1o hindurchgehen.

Der magnetische Kreis 25 enthält einen zylindrischen Nokken 3o, der an der Grundplatte 1o befestigt ist und zwei nach oben verlaufende schraubenförmige Erhebungen 3oa besitzt, die durch Einschnitte 3ob voneinander getrennt sind.

Der Hagnet 23 soll so stark sein, so daß, wenn die beiden Einrichtungen zusammen in die Stellung nach Figur 3 gebracht worden sind, die Ifagneteinrichtung 2o in eine Buhelage kommt, in der sie nur durch die Anziehung zwischen ihren Polen und den Flanschen 26a und 26b gehalten wird.

Zu dieser Zeit befinden sich, wie Figur 5 erkennen läßt, die unteren Enden der Vorsprünge 28a des NockenstSBels über dem Boden der Erhebungen 3oa. Beim Anlaufen des Meßwerks wird die Magneteinrichtung 2o gedreht und der 2äokkenstößel 28a kommt nach links (in Figur 5) und ergreift die schraubenförmigen Erhebungen 3oa, wie es Figur 6 zeigt. Die Magneteinrichtung 2o wird dadurch wyi^l zum magnetischen Kreis 25 angetrieben,, diese Bewegung ist aber so langsam, daß ein in der Spule 27 erzmugtes Potential zum Erzeugen eines Ausgangssignals nicht ausreicht. Wenn die Vorsprünge 26a über die Erhebungen 3oa laufen, wie Figur 7 zeigt, wird die Magneteinrichtung durch das

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Zusammenwirken von Magnetpolen lind Flanschen 26a und 26b angezogen und gelangen über einen Ausgangshub aus ihrer Stellung der maximalen Verschiebung in die Ruhelage zurück. Dieser Ausgangshub erfolgt plötzlich und erzeugt so eine rasche Änderung des magnetischen Flusses durch die Spule 27 und dadurch ein Ausgangsimpulssignal, das anzeigt, daß das antreibende Heßwerk sich ausreichend weit gedreht hat, um die Magneteinrichtung 2o ein halbes Mal zu drehen.

Wenn die magnetische Einrichtung plötzlich in ihre Ruhestellung zurückkehrt, gelangt sie infolge ihrer Trägheit etwas über die Ruhelage hinaus, wie Figur 8 zeigt. Eine kleine Überschreitung ist aber erwünscht, weil, wenn die magnetische Einrichtung plötzlich in ihrer Ruhelage angehalten werden würde, jeder Ausgangsimpuls von einem erheblichen Stoß begleitet sein würde, tis ist aber notwendig, diese Überschreitung zu begrenzen, um sicher zu stellen, daß die Überschreitung nicht so lange andauert, daß ein umgekehrtes Ausgangssignal in der Spule 27 von solcher Größe erzeugt wird, daß das Impulszählwerk betätigt wird, mit dem die Spule verbunden ist. Ein Überschreiten von etwa gleich 25 % des Hubes (d.h. dem axialen Abstand zwischen der Ruhelage und der maximalen Verschiebung) wird für einen mit einem elektromechanischen Zähler verwendeten Generator als optimal angesehen.

Die Überschreitung wird durch einen konischen Vorsprung 22a an der Unterseite des Zahnrades 22 mit einem passenden konischen Einschnitt 26c in der oberen Fläche des Kerns begrenzt. Diese Flächen nehmen Stöße am Ende der Überschreitung auf, so daß dort kein Stoß an einer Fläche von Nocken und Nockenstößel oder am Boden des Magneten 23 auftritt. Die Stoßbeanspruchung verteilt sich über die ganzen Gebiete der konischen Flächen.

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Die Grundplatte 1o, die den ganzen Generator trägt, ist mittels zweier Schrauben 31 an der oberen Platte des Meßwerks befestigt. Ein Deckel 32 verschließt den Generator 1 an der Oberseite.des Meßwerks·

Wenn sich die Strömung des Wassers durch das Meßwerk uakehrt, muß sich auch die Welle 3 umkehren. Wenn die Einwegkupplung 4 nicht unmittelbar rutscht, treibt sie die Zahnräder 8, 14-, 16, 17 und 22 rückwärts an. Während dieser Rückwärtsbewegung bewegt sich der Nockenstößel 28 nach rechts (in Figur 5) entgegengesetzt der Richtung des Pfeils. Diese Bewegung kann andauern, bis die vertikalen Flächen der Stößel 28 die vertikalen Flächen der schraubenförmigen Erhebungen 3oa berühren. In diesem Fall muß sich die Einwegkupplung lösen, so daß der Nockenstößel nicht weiter als 18o° zurückbewegt werden kann. Die Rückdrehung des Tourenzählers 9 ist auf einen entsprechenden Wert begrenzt, da er mit dem Nockenstößel 28 verbunden ist und sich mit ihn gleichsinnig dreht.

Es besteht somit zwischen dem Umdrehungszähler 9 und dem Impulszählmechanismus, der vom Zähler entfernt angeordnet ist, kein Synchronisationsverlust. Bei Wiederbeginn der Strömung durch das Heßwerk in der normalen Richtung nimmt das Antriebsteil der Kupplung wieder seine normale Antriebsrichtung an, die wiederum sowohl den Tourenzähler als auch die Welle 5 des Impulsgenerators in ihren normalen Richtungen dreht.

Die Figuren 9 bis 11 zeigen die Zahnräder 16 und 17 im einzelnen, die sich auf der Welle 18 drehen.

Das untere Zahnrad 16 besitzt einen einzelnen, aus seinem oberen Ende diametral herausragenden Zahn 16a, aus dessen flacher oberer Fläche ein Anschlag 16b nach oben heraus-

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tritt. Das untere Ende des Zahnrades 17 ist mit zwei Segmenten 17a versehen, die zwischen sich einen Einschnitt T/b zur Aufnahme des Zahnes 16a ergeben. Der Zahn 16a ist etwas enger als der Einschnitt 17t> (Figur 9)» so daß das Zahnrad 17 sich gegenüber dem Zahnrad 16 um einen kleinen Winkel frei drehen kann. Dieser Winkel ergibt einen Schlußf zwischen den Zahnrädern 16 und 17. Die Segmente 17a sind in axialer Richtung kürzer als die Höhe ■von Zahn 16a und Anschlag 16b zusammen, so daß der einzige Kontakt zwischen den Rädern 16 und 17 an der Oberfläche des Anschlags 16b stattfindet.

Wenn die Vorsprünge 18a des Nockens 28 das obere Ende der Erhebungen 3oa erreichen (Figur 7) und auf die Einschnitte 3ob fallen, läßt der Schlußf zwischen den Rädern 16 und 17 eine freie Bewegung zu, wobei zwischen der rechten Seite des Vorsprungs 28a (Figur 7) und der linken Seite des Einschnitts 3ob keine wesentliche Reibung besteht. Der Schlußf zwischen den Zahnrädern 16 und 17 läßt die Vorsprungflächen sich von den Einschnittflächen trennen, so daß sich der Permanentmagnet 2o rasch abwärtsbewegt und ein kräftiges Signal in der Spule 27 erzeugt.

Wenn die Vorsprünge 28 auf die Flächen der Erhebungen 3oa gelangen, wird infolge der Zwischenwirkung des antreibenden Drehmoments, das über das Ritzel I5 angelegt wird, und dem entgegengesetzten Drehmoment infolge des Gewichts des Magneten 2o und der Reibung zwischen den Vorsprüngen 28a und den Erhebungen 3oa eine Drehung in das Antriebsgetriebe gebracht. Wenn die Vorsprünge die Oberseite der Erhebungen 3oa erreichen, nimmt das entgegengesetzte Drehmoment plötzlich ab, so daß die Drehbewegung im Getriebe die Zahnräder 16 und 17 durch eine WinkelverSchiebung des Zahnrades 17 trennt, die nicht größer als der Winkel des Schlupfes infolge des Zwischenraumes zwischen

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den Zähnen 16a und den Segmenten 17a ist. Die Einschnitte 3ob sind erheblich breiter als der Vorsprung 28a, so daß nach Verlassen der Stellung nach Figur 7 durch diese Teile das Zahnrad 17 und die eingreifende Einrichtung 2o sich durch den vollen Schlupfwinkel drehen können, ohne die Vorsprünge 28a so weit zu bewegen, daß ihre Vorderkanten an die linken Seiten der Einschnitte 3ob angreifen (Figur 7)·

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator mit einem Permanentmagneten und einer konzentrisch feststehenden Spule, die sich in axialer Richtung bewegen kann«, Der Magnet und die Spule haben Ruhestellungen, in denen zwei radial zum Magneten verlaufende Pole mit zwei Flanschen an einem feststehenden die Spule tragenden Kern ausgerichtet sind. Die Ruhestellung des Magneten ist durch sein Magnetfeld und durch die Kontur des Kerns gegeben. Ein Nocken mit einem Stößel sind entsprechend am Magneten und an der Spule befestigt und folgen deren axialen Bewegungen. Eines der Nockenelemente wird über ein Antriebsgetriebe mit zwei Elementen, die einen Schlupf ermöglichen, von einem Maßwerk angetrieben. Beim Drehen des Meßwerks bewegen sich Nocken und Stößel relativ axial zwischen dem Magneten und dem Kern aus ihren Ruhestellungen und werden vom Meßwerk langsam angetrieben. Der Schlupf zwischen den Getriebeteilen wird dann durch die Antriebskraft aufgenommen, die über Nocken und Stößel wirkt. Zu dieser Zeit fließt in der Spule praktisch kein Strom. Beim Erreichen des Endes einer schraubenförmigen Erhebung am Nocken durch den Stößel gleitet dieser von der Erhebung des Nocken in einen Ausschnitt am Stößel, so daß der

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Claims (3)

1. 09780-RS

   NEPTUNE METERS LIMITED, Toronto/Ontario - Canada

   Patentansprüche

   A 1.J Generator für elektrische Signale mit einem Permanentmagneten und einem magnetischen Kreis zur axialen Drehbewegung und mit Vorspannung gegen eine axiale Ruhestellung in bezug zueinander, wobei der Permanentmagnet und der magnetische Kreis sich langsam aus der axialen Ruhestellung um eine gegebene Strecke bewegen und dann durch die Vorspannung rasch in die Ruhestellung zurückgeführt werden, und daß durch die relative Drehbewegung von Permanentmagnet und dem magnetischen Kreis ein Getriebe angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe mit Zahnrädern (16, 17) arbeitet, die zwischen sich einen Schlupf aufweisen, um die Reibung beim Antrieb des Getriebes zu verringern und das rasche Zurückführen des Permanentmagneten (2o) und der Einrichtung des magnetischen Kreises (25) in seine axiale Ruhestellung zu erleichtern.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder (16, 17) lang ist und nur dieses eine Zahnrad unmittelbar durch die relative Drehbewegung von Permanentmagnet und magnetischen Kreiselementen angetrieben wird.
3. 3. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Ausrichtung zusammenarbeitenden Zahnräder (16, 17) auf einer gemeinsamen Welle (18) sitzen und daß am Ende des einen Zahnrades neben dem anderen Zahnrad ein Zahn diametral herausragt, daß das andere

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   Zahnrad in seiner Vorderseite neben dem diametralen Zahn einen Einschnitt aufweist, der breiter als der Zahn ist, so daß sich ein. Schlupf ergibt.

   4-· Generator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das eine Zahnrad an der Mitte des Zahns einen axial hervorspringen Anschlag besitzt und daß der Einschnitt an der Vorderseite des anderen Zahnrades durch Segmente bestimmt ist, die in axialer Richtung kürzer als die Höhe von Zahn und Anschlag zusamme

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