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Elektrizitätszähler für Tarifbemessung in Abhängigkeit von der Belastung.
Die Erfindung bezieht sich auf Elektrizitätszähler, Kilowattstundenzähler und Amperestundenzähler,
bei welchen ein Antriebsorgan zur *Verwendung kommt, das direkt oder indirekt durch
die Einwirkung der zu messenden Energie angetrieben wird, sowie ein Bremsorgan,
das während -des Umlaufens auf das treibende Organ hemmend einwirkt.
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Das treibende Organ und das bremsende Organ sind in an sich bekannter
Weise gegeneinander drehbar angeordnet und mittels einer Feder oder eines anderen
zweckmäßigen Mittels miteinander in solcher Weise nachgiebig verbunden, daß bei
der Drehung des treibenden Organs eine relative Verdrehung zwischen den beiden Organen
eintritt. Gemäß der Erfindung ist das eine Organ noch mit einer besonderen.- Vorrichtung
versehen, welche durch die gegenseitige Verdrehung des treibenden und des bremsenden
Organs verstellt wird und dabei auf ein Zählwerk derart einwirkt, daß der Vorschub
des Zählwerkes von der erwähnten gegenseitigen Verdrehung der beiden Organe abhängig
wird.
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Zur Veranschaulichung der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
eine Ausführungsform schematisch dargestellt.
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Abb. r zeigt die- Vorrichtung in Seitenansicht.
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Abb. 2 zeigt in Seitenansicht einen Einzelteil in einer anderen Lage.
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Die Abb. 3 und q. zeigen in Seitenansicht eine andere Ausführungsform
eines Einzelteils der in Abb. r dargestellten Vorrichtung. Die Abb.5 und 6 veranschaulichen
die graphische Konstruktion der Begrenzungslinie der Vorrichtung, die den Vorschub
des Zählwerks in Abhängigkeit von der Belastung bewirkt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung mit Bezug -auf die Anwendung auf
einen sogenannten Spitzenzähler (Subtraktionszähler) dargestellt.
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In gewöhnlichen Zählern dieser Art sind die Induktorscheibe und die
Bremsscheibe bzw. der Anker und die Bremsscheibe (d. h. das treibende und das bremsende
Organ) miteinander auf derselben Welle starr verbunden, und zwar bestehen sie bisweilen
sogar aus einem einzigen Organ.
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Nach der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung
sind das treibende Organ und das bremsende Organ auf je einer Welle angebracht,
welche Wellen zweckmäßig konachsial und mittels einer Feder o. dgl. nachgiebig miteinander
verbunden sind, so- daß, sobald eine gewisse Belastung auf den Zähler wirkt (d.
h. sobald ein Drehmoment von dem treibenden Organ ausgeübt wird) eine gewisse dementsprechende
Drehung oder Winkeleinstellung zwischen _ den beiden Wellen stattfindet. Die Größe
dieser Drehung.wird von dem Drehmoment der Belastung und demjenigen der Feder bestimmt.
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Diese relative Drehung der beiden Wellen kann nun in eine Bewegung
anderer Art übertragen werden, z. B_ in eine Parallelbewegung
eines
zweckmäßigen Organs längs einer der Wellen.
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Die Erfindung wird zuerst mit Bezug auf die Abb. i und 2 beschrieben.
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i bezeichnet das treibende Organ, welches aus einer Induktorscheibe
besteht, die auf einer in zweckmäßigen Lagern drehbar angeordneten Welle 2 befestigt
ist und in bekannter Weise in den Luftspalt 2o eines mit einer Stromspule 5 versehenen
Wechselstrommagneten 51 eintritt. Durch die Spule 5 wird der ganze oder ein bestimmter
Teil des zu messenden Stromes hindurchgeführt, wobei der Magnet 51 in bekannter
Weise in der Induktorscheibe i die treibenden S röme induziert. 3 bezeichnet die
Bremsscheibe, welche auf der anderen Welle 4 so angebracht ist, daß sie mit ihrem
äußeren Teile zwischen die Schenkel eines gewöhnlichen Bremsmagnetes 6 eintritt.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Welle 4. rohrförmig ausgebildet und auf
die in entsprechender Weise abgedrehte Welle 2 aufgesteckt, welche mit einem Ansatz
21 versehen ist, gegen welchen das untere Ende der rohrförmigen Welle 4. drehbar
anliegt. 7 bezeichnet eine Spiralfeder, deren inneres Ende auf der Welle 4. oder
auf einer mit dieser vereinigten Hülse 22 befestigt ist. Das äußere Ende der Feder
7 ist an einem mit der Welle 2 verbundenen Arm o. dgl. 8 befestigt. Die Wellen 2
und 4. sind also durch die Vermittlung der erwähnten Feder 7 miteinander nachgiebig
verbunden.
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Die Welle 4. ist in ihrem oberen Teil mit einem Schraubengewinde g
versehen, auf welches eine mit entsprechendem Gewinde versehene Mutter io aufgeschraubt
ist. Die Mutter io, die mit einer der Welle :2 entsprechenden Längsbohrung versehen
ist, ist so angeordnet, daß sie sich in der Längsrichtung der Welle 2 bewegen, d.
h. auf dieser Welle auf und ab gleiten kann, aber doch verhindert ist, sich mit
Bezug auf die Welle zu drehen, was z. B. durch einen in der Welle 2 befestigten
Stift i i bewirkt werden kann, der in eine vertikale Nut 12 der Mutter eingreift,
wobei die Länge dieser Nut die Bewegung der Mutter io längs der Welle 2 begrenzt.
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Wenn durch die Einwirkung der Scheibe i die Welle 2 sich in einer
bestimmten Richtung 1,ewegt, sucht die Feder 7 die Welle 4 bei dieser Bewegung mitzunehmen,
aber die Drehung der Welle 4 wird durch die Einwirkung der Bremsscheibe 3 und des
Magnetes 6 etwas zurückgehalten, so daß eine relative Drehung zwischen den beiden
Wellen entsteht, welche teils von der Bremskraft des bremsenden Organs, teils von
der nachgiebigen Wirkung der Feder 7 abhängt. Bei der erwähnten relativen Drehung
der beiden Wellen 2 und 4 verschiebt sich die Mutter io, die in oben erläuterter
Weise mit der Welle i vereinigt ist, durch die Einwirkung der Gewinde in die Längsrichtung
der Welle 2 bis zu einer Höhenlage, die von der relativen Drehung zwischen den Wellen
2 und 4 abhängt.
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Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform ist die Mutter
oben mit einem zylindrischen Teil25 versehen, der auf der Zylinderoberfläche mit
feinen vertikalen Zähnen 13 versehen ist. Die Stirnfläche 23 des mit Zähnen versehenen
Teiles der Mutter bildet eine Kurvenbahn.
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Ein zu einem Zählwerk gehörendes, auf einer drehbaren Welle 24 befestigtes
Zahnrad 14 ist mit Bezug auf den mit Zähnen versehenen Teil 25 der Mutter io in
solcher Weise angeordnet, daß bei niedriger Lage der Mutter ihre Zähne während der
Drehung mit dem Rad 1.1, nicht in Berührung kommen (Abb. i); wenn jedoch die Mutter
io infolge der relativen Drehung der Wellen 2 und 4 durch die Einwirkung der Gewinde
g ein wenig längs der Welle :2 hinaufgeschoben worden ist, können die Zähne längs
eines gewissen Teiles des Umfanges der Mutter, welcher von der Form der Begrenzungskurve
23 abhängt, in Eingriff mit den Zähnen des Rades 1.1. kommen (Abb. 2). Die Spannung
der Feder ist im Verhältnis zu der Bremswirkung und zu der Treibkraft so abgepaßt,
daß bei Belastung unterhalb der Subtraktionsgrenze die Wellen 2 und ¢ sich im Ver=
hältnis zueinander nicht so viel drehen, daß der Teil 25 in Eingriff mit dem Rad
14 komtnen kann.
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Die erwähnte Begrenzungskurve der Mutter io ist so gewählt, daß, je
höher sich die Mutter io befindet, d. h. je größer die relative Drehung der Wellen
:2 und 4 ist, um so größer derjenige Teil des Umfanges des mit Zähnen versehenen
Teiles 25 ist, welcher bis zu dem Rad 14. hinaufreicht. Das Rad 14 bzw. die Welle
24 treibt in bekannter Weise ein Zähl- oder Zeigerwerk i5, welches den Verbrauch
oberhalb der Subtraktionsgrenze angibt, und das Rad 36, welches mit einem zu einer
Schneckenschraube 27 ausgebildeten Teile der Welle 2 in Eingriff steht, treibt ein
Zählwerk 37, das in bekannter Weise den gesamten Verbrauch angibt.
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Zur näheren Verdeutlichung, in welcher Weise die Abschneidefläche
23 des Teiles 25 ausgebildet ist, wird folgendes als Beispiel angeführt.
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Angenommen, die Subtraktionsgrenze sei auf ioo kW bestimmt.
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Bei genau ioo kW soll dann die Registrierung auf dem Hochtarif werk
anfangen, d. h. der Teil 25 und das Rad 14 sollen einander
während
eines unendlich kleinen Teiles des Umlaufes berühren.
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Bei z. B. 105 kW sollen - 0,048 der gesamten Energie registriert
werden, d. h. der Teil 25 und das Rad 1q. sollen während 0,048 von jedem Umlauf
in Berührung miteinander sein.
| Bei iio kW I0 = o,ogi des Umlaufes, |
| 20 |
| - |
| i20 - täo = o,116 - _ |
| _ 130 _ 30 - 0,23 i3 |
| - - |
| - 1 50 - 150 50 = 0,33 |
| 100 |
| - 200 - 200 - 0,50 |
In Abb. 5 bezeichnet P den ganzen Umfang des Teiles 25 abgewickelt, und c bezeichnet
die Begrenzungslinie 23 des Teiles 25.
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Für jeden Punkt der Kurve c soll nun die Ordinate einem gewissen Energieverbrauch
entsprechen und die Abszisse dem zugehörigen berechneten Bruchteil des ganzen Umkreises
des Teiles 25. Um den Raum auf der Zylinderoberfläche besser auszunutzen, kann man
die Masse in peripherischer Richtung verlängern durch Multiplikation mit einer beliebigen
Konstanten, so daß die Kurve die Form cl erhält, d. h. sich über einen größeren
Teil oder über den ganzen Umkreis des Zylinders erstreckt. Die Zahnradübertragung
zum Zählwerk hin muß natürlich in jedem Fall danach abgepaßt sein. Die Kurve c,
c' bzw. 23 in Abb. i kann, wie aus Abb. 6 ersichtlich, auch doppelseitig gemacht
werden nach derselben Berechnungsweise wie in Abb. 5.
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In diesen Abbildungen sind diejenigen Partien, welche dem Teile 25
entsprechen, in dünnen vertikalen Linien gestrichelt.
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Es ist klar, daß der Teil 25 durch einen konischen oder in
anderer Weise zweckmäßig ausgebildeten Körper oder durch ein anderes zweckmäßiges
Kupplungs-- oder Transmissionsorgan ersetzt werden kann.
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Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Bei niedriger Belastung
(unterhalb der Subtraktionsgrenze) reicht der Teil 25 der Mutter i o während
seiner Drehung niemals bis zum Rad 14 hinaus, welches daher stillstehen bleibt.
Kein Verbrauch wird also auf dem Zählwerk 15 registriert. Bei Belastung oberhalb
der Subtraktionsgrenze kommt das Rad 1q. mit den Zähnen i3 des Teiles 25 längs eines
entsprechenden Teiles des Umkreises des Teiles 25 in Eingriff, und das Rad 1q. und
das Zählwerk setzen sich in Bewegung, und zwar im Anfang nur während eines geringen
Teiles der Zeit für jeden Umlauf des Teiles 25, dann aber während eines immer längeren
Teiles der Zeit eines Umlaufes, je nachdem die Belastung steigt, d. h. je nachdem
die Mutter io sich nach oben verschiebt. Es ist also möglich, durch ein richtiges
Abpassen der Grenzlinie 23 eine Registrierung auf dem Zählwerk 15 zu erhalten, die
der oberhalb einer gewissen Grenze entnommenen Energiemenge entspricht. Der Zähler
ist deshalb ein wirklicher »Spitzenzähler«.
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Die Mutter io und die Schraube g können durch andere zweckmäßige Teile
ersetzt werden. Die relative Bewegung zwischen den Wellen 2 und q. kann auch in
anderer Weise ausgenutzt werden, um dasselbe Resultat zu erzielen, ohne daß man
aus dem Rahmen der Erfindung heraustritt.
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Es ist nicht notwendig, daß die Mutter io und das Rad 1q. mit Zähnen
versehen sind. Dieselben können z. B. wie eine Reibungsübersetzung ausgebildet werden,
in welchem Fall man die Gefahr vermeidet, daß sich die Zähne aufeinanderstellen
(steckenbleiben). Die Registriergrenze kann verändert werden durch ein geeignetes
Drehen des einen Festpunktes der Feder 7, z. B. durch Drehen der Hülse 16 und Befestigung
derselben in gewünschter Lage durch die Schraube 17. Die Registriergrenze kann auf
einer Skala, die auf. der Scheibe i angebracht ist, abgelesen werden, wobei der
Zeiger 18, der an der Hülse 16 befestigt ist, die Grenze anzeigt.
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Um die Reibung zwischen der Schraube g und der Mutter i o zu vermindern,
kann man z. B. die Mutter io an einer Feder aufhängen, die ganz oder teilweise das
Gewicht der Mutter aufnimmt, oder man kann die Mutter durch ein zweckmäßiges Gegengewicht
o. dgl. ausbalancieren.
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Abb.3 veranschaulicht eine andere Vorrichtung für die Lagerung der
beiden Wellen im Verhältnis zueinander, um die Reibung zu vermindern. In dieser
Abbildung wird auch in derselben Absicht eine andere Vorrichtung für die Steuerung
der Mutter i o im Verhältnis zur * Welle 2 dargestellt.
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Nach dieser Ausführungsform ist die Welle 2 röhrenförmig ausgebildet,
und die Welle 4 greift mit ihrem unteren Ende 30 in die zentrale Ausbohrung
der Welle :2 hinein, in welcher die Welle q. auf einem Edelsteinlager 3 i ruht.
Oben ist die Welle q. in der Welle 2 mittels eines Kugellagers 32 geführt. Um die
Mutter io gegenüber zur Welle 2 so zu steuern, daß sich die Mutter in achsialer
Richtung 1-ewegen kann, ohne sich zu drehen, ist nach dieser Ausführungsform an
der Mutter i o ein Arm oder Stift 28 befestigt, der in einen Schlitz 121 in dem
Arm 3" eingreift.
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Natürlich können Einzelheiten in der oben
als Beispiel
dargestellten Vorrichtung abgeändert werden, ohne daß man aus dem Rahmen der Erfindung
heraustritt. So kann z. B. die Mutter io oder das entsprechende Konstruktionselement
auf der Welle q. und die Schraube g auf der Wellt :2 angebracht sein, und zwar mit
demselben oder analogem Resultat.
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Die oben beschriebenen Ausführungsfortuen der Erfindung beziehen sich
auf einen reinen Spitzen- oder Subtraktionszähler.
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In entsprechender Weise können auch andere Zähler gebaut werden, die
für eine große Anzahl von Spezialtarifen geeignet sind, für welche andere bekannte
Zähler nicht angewendet werden können.
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Als Beispiele von solchen Tarifen werden die folgenden angeführt:
| _. Für alle Energie, die verbraucht wird, |
| wenn die Belastung in der Nähe von o kW liegt io Pf. pro kWh, |
| 10 _ _ ii _ _ _ |
| 20 _ _ 12 _ _ _ |
| 30 _ _ 13 _ _ _ |
| 40 _ _ 14 _ _ _ usw. |
| =. Für alle Energie, die verbraucht wird, |
| wenn die Belastung unter ......... ioo kW liegt io Pf.
pro kWh, |
| - - - in der Nähe von iio - - 20 - - - |
| 120 - - 21 - - - |
| 130 _ - 22 _ _ - |
| 140 - _ 23 _ _ _ . |
In diesen Fällen gibt die Registrierung auf dem Zählwerk 1
5 keine wirkliche,
sondern eine virtuelle Energiemenge an, d. h. diejenige Menge, welche l:ei dem Grundpreis,
io Pf. pro kWh, demselben Preisbetrag entspricht wie die wirkliche Energiemenge,
nach dem für diese geltenden Tarif berechnet.
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Die Berechnung der Form der Begrenzungslinie 23 kann für diese Fälle
in analoger Weise gemacht werden, wie in Abb.S und 6 dargestellt worden ist.