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Elektrizitätszähler mit elektrisch angetriebenem drehbaren Teil und
einem elektrischen Antriebsmittel, das ein Drehmoment zur 1£ompensierung der Reibung
ausübt. Die Erfindung bezieht sich auf Elektrizitätszähler und betrifft sö-,vohl
Gleichstromwie Wechselstromzähler aller Art, die als 1Totorzähler bekannt sind.
Alle Zähler dieser Art besitzen ein umlaufendes Glied, welches durch elektrische
Mittel in Drehung versetzt wird, wenn der Stromkreis, an welchen der "Zähler geschaltet
ist, belastet wird.
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In allen Motorzählern wird das umlaufende Glied gegen die Reibung
in den Lagern und Zahnrädern angetrieben und bei Zählern mit Kommutator noch gegen
die Bürstenreibung. Die meisten neuzeitlichen Motorzähler sind außerordentlich genau
bei starker Belastung, aber die treibende Zugkraft ist naturgemäß klein bei einer
geringeren Belastung, und, während die Last abnimmt, entsteht ein dauernd ungünstiger
werdendes Verhältnis zu dem Reibungswiderstand. Weiter sind bei Gleichstromzählern
mit Kommutator die Bürsten in Brücke zu einem geeigneten 1 ebenschluß geschaltet,
der in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet ist, der die zu messende Belastung enthält,
und der Spannungsabfall in diesem Nebenschluß und infolgedessen der Spannungsabfall
in Brücke zu dem Kommutator 1iimmt mit der Belastung ab, so daß, wenn ein Teil des
Kontaktwiderstandes zwischen Kommutator und Bürsten nicht dein Gesetz folgt, wie
das bei Kontaktwiderständen eintreten kann, das genaue Verhältnis zwischen Last
und treibender Zugkraft aufhört. In allen bekannten Motorzählern ist demnach eine
bestimmte Mindestlast vorhanden, unterhalb welcher der Zähler sich nicht dreht.
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Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgestaltung
von Motorelektrizitätszählern zu schaffen, die den Verbrauch geringerer Ströme anzeigen,
als es bisher möglich gewesen ist, z. B. ohne irgendeine Unsicherheit den Strom
verzeichnen, der durch eine einzige Neonlampe verbraucht wird. Gemäß der Erfindung
ist zu diesem Zweck ein Motorzähler geschaffen mit Einrichtungen, die das umlaufende
Glied des Elementes in Drehung versetzen, selbst wenn kein Strom durch den Verbraucher
entnommen wird. Auf diese Weise wird das Ergebnis erreicht, daß selbst die kleinsten
verbrauchten -Ströme die Geschwindigkeit der Drehung des umlaufenden Gliedes vergrößern
und in dieser Weise durch die Tätigkeit des Zählerwerkes ordnungsgemäß verzeichnet
werden. Die Geschwindigkeit, bei welcher der Zähler unbelastet umläuft, kann einstellbar
sein. Durch die Erfindung werden die Einwirkungen der Reibung- der Ruhe vollkommen
ausgeschaltet, cla der Zähler normal langsam umläuft,. und die =Zugkraft aus der
elektromagnetischen
Einwirkung eines beliebig kleinen Verbrauchsstromes braucht nur der Zugkraft hinzugefügt
zu werden, die bereits den Umlauf des Zählers herbeiführt.
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Bei einem Gleichstronikommutatorzähler kann gemäß der Erfindung die
normale andauernde Drehung dadurch bewirkt werden, daß man den Anker mit zwei getrennten
Wicklungen versieht, die an die Segmente getrennter Kommutatoren angeschlossen sind.
Die Verbrauchskreiswicklung ist, wie üblich, in Brücke zu einem N ebenschluß im
Verbrauchskreise geschaltet, die andere Wicklung aber, die vom Strom durchflossen
wird, gleichgültig, ob der Verbrauchsstromkreis unter Last steht oder nicht, kann
beispielsweise in Brücke zu einem N ebenschluß geschaltet sein, der dauernd angeschlossen
ist, so daß eine vergleichsweise hohe Spannung in Brücke zu diesen Bürsten liegt.
Der \ ebenschluß kann z. B. in Reihe mit den Feldwicklungen für den Zähler in Brücke
zu - den Hauptzuleitungen liegen. Um die Laufgeschwindigkeit des Zählers im Zustande
der Nichtbelastung einzustellen, kann ein einstell-Iyarer Widerstand in Reihe mit
der Ankerwicklung liegen, der den dauernden Umlauf erzeugt, oder der N ebenschluß
kann einstellbar gemacht «-erden. - Die Einstellung kann mit Hilfe des Armes eines
Stellwiderstandes oder einer ähnlichen Einrichtung erfolgen.
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Bei Zählern gemäß der Erfindung, die nur für Wechselstromkreise bestimmt
sind, liefert die ständige Umkehr des Kraftlinienflusses infolge einer im Nebenschluß
angeordneten Wechselstromspule ein geeignetes Mittel zur Erzeugung des dauernden
Umlaufs. Bei Wechselstrominduktionszählern bildet die Scheibe ein leitendes System,
in welchem Wirbelströme induziert werden, und durch Schaffung eines weiteren leitenden
Systems, das unsymmetrisch in bezug auf den in Nebenschluß liegenden magnetischen
Kreis ist, wird eine Phasenverschiebung in wohlbekannterWeise erzeugt und verursacht
einen Umlauf der Scheibe, selbst wenn die in Reihe liegende Spule nicht von Strom
durchflossen wird. Es sind noch andere Verfahren denkbar, um die normale Dauerdrehung
eines Wechselstromzählers zti erzeugen. Beispielsweise können die magnetischen Kreise
imsymmetrisch angeordnet werden. Es ist von diesem Prinzip schon Anwendung gemacht
worden, um die Reibungswirkung bis zu einem gewissen Grade auszuschalten, aber nicht
in einem solchen Maße, daß dadurch erstrebt worden wäre, einen Dauerumlauf der Scheibe
auch im Falle der Nichtbelastung zu erzielen. Der Ausgleich ist demnach nicht ausreichend
gewesen, um dem Reibungseinfluß vollkommen das Gegengewicht zu halten, oder, wenn
er selbst für diesen Zweck ausreichend gewesen wäre, so sind stets besondere Einrichtungen
vorgesehen, beispielsweise Löcher in der Scheibe oder Eisenstücke, um die Scheibe
am Drehen über bestimmte Punkte hinaus im Falle der Nichtbelastung zu verhindern.
Bei solchen Vorrichtungen mußten natürlich gewisse Grenzen zugelassen «-erden, um
Sicherheit zu schaffen, daß keine unbeachtete Drehung bei Nichtbelastung eintrat.
So war hier naturgemäß eine untere Grenze der Belastung notwendig, die nicht ausreichend
war, um eine dauernde Drehung der Scheibe und demnach eine Beeinflussung des Zählwerkes
zu bewirken. Weiter lief unter dem Einfluß von Belastungen, die sich nur wenig über
diesen Mindestwert erhoben, die Scheibe, während sie gerade über die erwähnten bestimmten
Punkte herauskam, an anderen Punkten erheblich schneller, und es wurde infolgedessen
eine zu große Energie verzeichnet. Die Erfindung sieht demgegenüber, wie erwähnt,
vor, daß die treibende Zugkraft, -welche die dauernde Drehung verursacht, nicht
nur ausreichend ist, um die Reibung auszugleichen, sondern daß sie groß im Vergleich
dazu ist; die Störung in der Genauigkeit bei geringer Belastung, die durch die früher
in Vorschlag gebrachten Einrichtungen mit Anhalten der Scheibe an bestimmten Punkten
verursacht wurde, wird vermieden.
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Im folgenden werden Anwendungsbeispiele der Erfindung auf Gleichstrom-
und Wechselstromzähler an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigt Abb. i die Seitenansicht eines Amperestunden-Kommutatorzählers,
das Zählergehäuse im Schnitt.
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Abb. 2 ist eine Vorderansicht dazu und Abb. 3 ein Schaltungsschema,
das den :1nschluß an den Arbeitsstromkreis erkennen läßt.
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Abb. 4. ist eine Vorderansicht, Abb. 5 eine Hinteransicht und Abb.6
eine Seitenansicht (Gehäuse im Schnitt) einer Ausführungsform eines Wechselstromzählers
gemäß der Erfindung.
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Bei der Anordnung gemäß den Abb. r bis 3 besitzt die Ankerscheibe
z zwei getrennte Wicklungen, die Nutzlastwicklung 2 uncl die Wicklung 3, welche
die dauernde Drehung bei Nichtbelastung herbeifuhrt. Die Nutzlastwicklung 2 ist
an einen Stromwender 4 angeschlossen und die andere Wicklung 3 an einen Stromwender
5. Die Wicklung :2 ist in der für Gleichstromzähler der Amperestunden-Kommutatorbauart
üblichen Weise geschaltet, d. h. der Kommutator d. besitzt Bürsten 6, 7, die den
im Hauptstromkreis cler Nutzlast 9 liegenden Nebenschluß 8 überbrücken.
Der
vergleichsweise kleine Spannungsabfall über den \ ebenschluß 8 führt der Wicklung
2 eine Zugkraft zu, die der Nutzlast verhältnisgleich ist. Die Wicklung 3 dagegen,
die für den dauernden Umlauf sorgt, ist mittels der Bürsten io und i i, welche auf
einem Stroinwendei ; arbeiten. in Brücke zu einem Widerstand 12 von höherem Wert
als der Widerstand 8 geschaltet. Aus Ahb. 3 ist deutlich erkennbar, daß der Widerstand
12 an die positive Leitung in Reihe mit den vier Feldwicklungen 13, 14, 15 und 16
und dann an die negative Leitung angeschlossen ist, so ilaß, gleichgültig ob eine
Belastung stattfindet oder nicht, sich ein bestimmter Spannungsabfall an den Ansclilußpunkten
des Spannungstviderstandes 12 zeigt und daß das Feldsystem des Zählers erregt ist.
Ersichtlich gestattet diese Anordnung den Ersatz der üblichen Dauermagnete durch
Elektromagnete und Bürsten io, ri, denen dieser Spannungsabfall im Widerstand 12
aufgedrückt wird. Dieser Spannungsabfall ist groß im Vergleich zu dem an den Klemmen
des Nebenschlusses 8 für Normalbelastung. Beispielsweise können bei i ioVolt Netzspannung
ioVolt im Widerstand 12 aufgenommen werden. In. solchen Fällen, wo es nicht gewünscht
wird oder nicht zweckmäßig ist, die Ankerspulen finit einerri entsprechend hohen
Widerstand zu wickeln, kann dieser Widerstand auch in Reihe zu den Bürsten io, ii
geschaltet werden, so daß dieser Widerstand und die Bürsten zusammen in Parallelschaltung
zlrrn Widerstand r2 liegen.
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Bei der Bauart gemäß Abb. i und 2 ist de-Widerstand 12 als in Brücke
zu den Bürsten io und ir geschaltet erkennbar. Er ruht. auf zwei genuteten Rollen
17 und 18 aus Isolierstoff, während der Teil zwischen den Rollen 17 und 18 die Gestalt
eines Doppelbogens i9 aufweist, auf dem eine Klammer 2o aufsitzt, welche verstellbar
ist und an den Teil i9 angeklammert werden kann, tnn eine Feineinteilung im Wert
des Widerstandes 12 zu schaffen. Die Magnetwicklungen 13, 14., 13, 16 sind paarweise
auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe i angeordnet; die Magnete 13 und 14. dienen
dazu, den Kraftlinienfluß durch den einen Luftspalt zu veranlassen, und die <<'iclattngen
r 5 und 16 dienen für den anderen Luftspalt. Bei der Betrachtung der Arbeitsweise
dieser Zählerform erkeinit man, daß, solange die Spannung der Zuleitung konstant
bleibt, der Spannungsabfall an den Kleianien des @N'iderstandes 12 und infolgedessen
der Strom in der Wicklung 3 konstant bleiben wird, gleichgültig wie groß die Last
ist. Diese Wicklung erzeugt demnach ein Drehmoment, (las konstant und genügend ist,
um die Reibung der Lager und Bürsten zu überwinden. so daß das drehbare Glied i
in Bewegung gehalten wird. Wenn irgendein Strom im Verbrauchskreise 9 entnommen
wird, selbst in einer einzelnen Lampe, die einen sehr kleinen Strom aufnimmt, so
wird Strom in entsprechendem Verhältnis durch die Ankerwickhing 2 fließen, deren
Bürsten durch die dauernde Gleitbewegung vollkommen blank gehalten werden, und der
Anker wird mit einer entsprechend vergrößerten Geschwindigkeit laufen, wobei er
das Zählwerk schneller antreibt.
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Ein derartiger Zähler kann praktisch auf verschiedene Arten verwendet
werden; die nächstliegende ist vielleicht die, für jede Zählerablesttng in den üblichen
"Leitabschnitten einen Abzug für die Zahl von Einheiten zu gewähren, die der Zähler
in dieseln Zeitraum infolge der Wirkung der Wicklung 3 verzeichnet haben würde,
wenn überhaupt keine Nutzstromentnahme stattgefunden hat. Der Verbraucher wird dann
allein mit der i`tierschußablesting belastet, nachdem dieser Betrag in Abzug gebracht
worden ist. Eine andere Art der Anwendung ist die; den Strom, der durch die Wicklung
3 entnommen wird, durch entsprechenden Abgleich des Widerstandes 12 oder finit Hilfe
eines i:i Reihe mit den Bürsten i o, i i angebrachten veränderten Widerstandes so
einzustellen, daß die Kosten der Energie, die infolge der Wirkung dieser Wicklung
allein verzeichnet wird, der Zählermiete entsprechen. In diesem Falle enthalten
die gesamten Ablestingen, die von Zeit zu "Zeit stattfinden, sowohl Stromverbrauchskosten
wie Zähleriniete. Noch ein anderer denkbarer Weg ist der, die Kosten für die verbrauchten
Stromeinheiten auf den gesamten, durch den Zähler verzeichneten Stromverbrauch etwas
geringer anzusetzen, um dadurch dem aufgezeichneten, aber nicht vom Verbraucher
verwendeten Stromverbrauch Rechnung zu tragen. Diese letzte Anwendungsart bedeutet
ersichtlich einen Anreiz für den Verbraucher, mehr Strom zu verbrauchen; denn je
mehr er verwendet, tim so griinstiger stellt sich (las Preisverhältnis, zu dein
er den Strom bekommt.
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Es ist klar, daß an Stelle der Anordnung ron Elektromagneten für das
Ankerfeld des Zählers Dauerniagliete verwendet werden könnten; aber es können Elektromagnete
finit ini wesentlichen gleichen Ausgaben hergestellt werden, und (la in denn Bewegungsstroinkreis
auf alle Fälle ein Widerstand vorhanden sein muß, so kann der Bewegungsstrom, der
entweder dauernd oder jedenfalls stets dann fließt, wenn der Zähler läuft, auch
vorteilhaft dazu benutzt werden, um die Feldmagnete zu erregen. Weiterhin kann bei
Anwendung von Elektromagneten das Feld mit größerer Leichtigkeit
sowohl
bezüglich seiner Gestaltung wie bezüglich seiner Stärke den Anforderungen angepaßt
«erden.
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Der Wechselstromzähler der Induktionsbauart, der in den Abb. 4 bis
6 veranschaulicht ist, besitzt eine Mittelplatte 21. Auf der Vorderseite dieser
Mittelplatte ist die Achse 22 der Ankerscheibe i gelagert. Auf der Rückseite der
Mittelplatte 21 befindet sich der Kern 23 der Nebenschlußwicklung 24 wie auch die
Kerne 25, 26 und ihre Hauptstromwicklungen 27. Es ist aus Abb. 5 deutlich erkennbar,
daß die Kerne 25, 26 der Hauptstr omwicklungen bezüglich des N ebenschlußkernes
23 und seiner Spule 24 unsymmetrisch angeordnet sind. In Abb. 5 ist die Spule 24
in der :Mittelachse angebracht, während die Spulen 27 nach rechts verschoben sind.
Hieraus ergibt sich, daß bei Nichtentnahme von Verbrauchsstrom und demnach bei Nichtfließen
eines Stromes in den Hauptstromwicklungen 27 die Magnete 25 und 26 einen unsymmetrischen
Zustand in dem Magnetfeld hervorrufen, der eine Rückwirkung auf den von der I\Tebenspule
2.1. aus erzeugten K r aftlinienfluß ausübt, und die Scheibe i läuft unter dem Einfluß
der Nebenschlußspule 2.4 allein. Es ist eine Einstellschraube 2$ vorgesehen, durch
welche die Kerne 25 und 26 und die Hauptstromwicklungen 27 nach rechts oder. links
in Abb. 4. bis 5 gegenüber den anderen Teilen des Zählers verstellt werden können,
um dadurch die Geschwindigkeit zu regeln, mit der . der Zähler umläuft, wenn keine
Belastung stattfindet.
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In Abb. 4 bis 6 ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines
Dauerumlaufes veranschaulicht; das gleiche Ergebnis kann aber dadurch erzielt werden,
daß andere unsymmetrischeVerhältnisse in dem elektrischen und magnetischen System
des Instrumentes geschaffen werden. Beispielsweise kann ein geschlossener Ring angewendet
werden, der einen Teil des Kraftlinienflusses führt, z. B. um einen Teil des \ ebenschlußpols
oder durch ein Zusatzeisen an oder in der Nähe der magnetischen Kreise. Eine weitere
Anordnung enthält eine ganz getrennte Nebenschlußspule im magnetischen Kreis, wenn
verlangt wird, daß der Teil des Zählers, der auf die wirkliche Belastung anspricht,
durch die für die Erzeugung des Umlaufes bei Nichtbelastung notwendigen Einrichtungen
nicht verwickelter gemacht werden soll. Die Zusatzspule kann beispielsweise in Reihe
mit der eigentlichen Nebenschlußspule des Instrumentes oder parallel zu ihr angeordnet
sein.
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Es ist hervorzuheben, daß, wenn für einen Dauerumlauf gesorgt ist,
der Zähler kräftiger in der Bauart gestaltet werden kann, da das Drehmoment, welches
eine gleichförmige dauernde Umdrehung zu erzeugen sucht, Reibungs- und andere Verluste
überwinden kann, die aus der Drehung eines vergleichsweise beträchtlichen Werkes
entstehen, und die Bauart des Zählers selbst wird dadurch einfacher und billiger
gestaltet.