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Magnetischer Impulsgeber für Meßgeräte, insbesondere für Elektrizitätszähler
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Impulsgeber für Meßgeräte, insbesondere
für Elektrizitätszähler, bei dem ein bezüglich der Umdrehungsrichtung in der Stärke
wechselndes Feld relativ zu einer Reihe von magnetischen Körpern umläuft, von denen
wenigstens ein Teil beweglich gelagert und mit einem Schalter verbunden ist.
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Sie hat den Zweck, Beeinträchtigungen der 1leßgenauigkeit, insbesondere
eine Erschwerung des Anlaufes der den Impulsgeber antreibenden Meßgeräte zu verhüten.
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Erfindungsgemäß sind die Körper längs des Umlaufweges verteilt, derart,
daß ein voller Umlauf ein ganzzahliges Vielfaches einer der magnetischen Haltemomentskurve
äquivalenten Halbwelle ist oder daß bei verschieden langen Halbwellen der Umlaufweg
gleich der Summe von solchen Vielfachen der einzelnen Halbwellen ist.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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In Fig. i ist in Abhängigkeit vom Umdrehungsweg s als Abszisse das
Haltemoment als Ordinate aufgetragen. Unterhalb der aufgetragenen Kurve ist durch
P die Lage eines feststehenden Magnetpoles, durch K die Lage eines beweglichen magnetischen
Körpers angedeutet. In der dargestellten Lage wirkt auf den Körper h eine Kraft
Z ein, die eine Komponente N in Richtung des Umdrehungsweges s hat. Die Komponente
z entspricht unter Berücksichtigung der Hebelarmv erhältnisse den Ordinaten der
Kurve. Bei der durch Pfeil angedeuteten Drehrichtung ergibt sich bei der Annäherung
zuerst ein in der Drehrichtung wirkendes positives Moment, das im Augenblick geringsten
Abstanides verschwindet, bei der Entfernung des Körpers K vom Pol P ein negatives
Moment. Die Haltemomentskurve a werde zwecks Vereinfachung der Darstellungsweise
durch eine äquivalente Sinuskurv e b ersetzt, deren Halbwelle die Ausdehnung l in
der Richtung des Umlaufweges s habe.
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In welcher räumlichen Lage auch die Pole P und die Magnetkörper
K angeordnet und wie viele Pole und Körper auch räumlich längs des Umlaufweges
angebracht sein mögen, für das Zusammenwirken jedes einzelnen Körpers und Pols ergibt
sich immer eine der Fig. i entsprechende, aus einer positiven und einer negativen
Halbwelle bestehende Haltemomentskurve. Dabei ist allgemein nicht erforderlich,
daß die längeren Halbwellen gleich sind. So würden sich z. B. verschiedene Halbwellenlängen
ergeben, wenn die Kanten des Pols P schräg zum Umlaufweg s angeordnet wären. Diese
vom Impulsgeber herrührenden Haltemomente erschweren
den Anlauf
des Meßgeräts. Man könnte die Anlaufverhältnisse zwar dadurch verbessern, daß man
auf .das Meßgerät ein dem Haltemoment entsprechendes Hilfsdrehmoment, z. B. durch
Spannungsvortrieb o. dgl., einwirken läßt. Dadurch würde man aber nach bekannten
Regeln eine ungünstige Fehlerkurve erhalten.
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Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde"daß der schädliche
Einfluß des Impulsgebers auf das Meßgerät nur dadurch beseitigt werden kann, daß
man die Haltemomente durch entsprechende Haltemomente mit entgegengesetzten Vorzeichen
innerhalb des Impulsgebers selbst ausgleicht.
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Wie ein solcher Ausgleich erfolgen kann, zeigt beispielsweise Fig.
2 für einen Teil des Umlaufweges. Hier ist wieder b .die Kurve der Fig. i,- die
durch Zusammenwirken der Teile 1i und P entsteht. In entsprechender Versetzung sind
auf dem umlaufenden Teil noch weitere Körper angebracht, von denen einer mit k bezeichnet
ist. .Dieser wirkt mit den Polen p zusammen und ergibt die strichliniert bzw. strichpunktiert
angedeuteten Kurvene, d. Für die gezeichnete Stellung und ebenso für alle anderen
Stellungen heben sich, wie Fig.2 zeigt, das positive Haltemoment der Kurre d und
das negative der Kurve c gegenseitig auf; es ist also für sämtliche Stellungen des
umlaufenden Teiles die Summe der Augenblickswerte der Haltemomente gleich Null.
Praktisch ist der Ausgleich nicht vollständig, da sich ja die tatsächliche Haltemomentskurvea
(Fig. r) nicht mit der idealisierten b (leckt.
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Wegen der Abweichung der beiden Kurven bleibt ein restliches Haltemoment
übrig, das doppelt so viele Schwankungen zeigt wie das ursprüngliche, aber eine
wesentlich kleinere Amplitude hat. Sollte dieses Restmoment das Meßgerät stören,
so kann es nach denselben Grundsätzen wie das ursprüngliche Moment ausgeglichen
werden; nur ist- darauf zu achten, daß die Halbwellenlänge auf die Hälfte zurückgegangen
ist. Eine einfache Kompensation des Restmoments würde sich beispielsweise dadurch
erzielen lassen, daß man auf der Meßgerätewelle zwei Impulsgeber anordnet, deren
Hauptmomente ausgeglichen sind, und sie derartig gegeneinander verdreht, daß bei
einem positiven Restmoment des einen Impulsgebers gleichzeitig ein negatives Restmoment
des anderen Impulsgebers auftritt.
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In dem Wegbereich zwischen A und B wird das Haltemoment ausgeglichen.
Außerhalb dieses Bereichs bleibt aber noch links eine positive, rechts eine negative
Halbwelle übrig. Um eine Kompensation auf diesen restlichen Halbwellen zu erzielen,
muß man dafür sorgen, daß bei dem Aneinanderreihen der einzelnen Halbwellen längs
des LTmlaufweges s gerade die am Anfang und am Ende übrigbleibenden Halbwellen in
Opposition liegen. Dies ist der Fall, wenn. wie eingangs erwähnt, erfindungsgemäß
der volle Umlaufweg ein ganzzahliges Vielfaches einer Halbwelle ist.
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Für den Fall, daß die positiven und die negativen Halbwellen der Haltemomentskurven
nicht gleich sind oder daß für die verschiedenen Magnetkörper sich verschieden lange
Halbwellen ergeben, ist -darauf auszugehen, daß der volle Umlaufweg gleich ist der
Summe von ganzzahligen Vielfachen der verschiedenen Halbwellen.
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In Fig.3 ist im Schema eine praktische Ausführungsform eines Impulsgebers
dargestellt. Auf der Meßgerätachse i sind zwei sechszackige, in axialer Richtung
gegeneinander versetzte Kobaltmagnetsterne 2i, 22 angeordnet. In dem Magnetfeld
dieser Sterne sind die Anker 3, der magnetisch gesteuerte Schalter mit den Kontakten
4., 5 und die Kompensationskörper 6 angeordnet. Die räumliche Anordnung der einzelnen
Teile ist folgende: Der eine Schalter ist gegen den anderen Schalter um 30° in der
Umlaufrichtung versetzt, hierauf folgt in einem Winkelabstand von 4.o° der erste,
in einem Abstand von 30° der zweite, in einem Abstand von 4.o° der dritte, in einem
weiteren Abstand von 30° der vierte Ausgleichskörper G. Diese eigentümliche räumliche
Verteilung ist deshalb gewählt, damit die einzelnen magnetischen Teile genügend
weit auseinanderliegen und sich nicht gegenseitig stören. Für die Betrachtung der
physikalischen Wirkung bezüglich der Haltemomente würde sich an Stelle der dargestellten
Ausführungsform eine äquivalente Anordnung ergeben, bei der die einzelnen Anker
3 und Ausgleichskörper6 um je ro° in der Umlaufrichtung gegeneinander versetzt werden,
wenn man den Umlaufweg in sechs Zentriwinkel zerlegen und die einzelnen Zentriwinkel
aufeinanderlegen würde. Für diese Ausführungsform ergibt sich eine Halbwellenlänge
von ro°, die durch die Abmessung der magnetischen Körper, bedingt ist. Da die Halbwellenlänge
io° beträgt, der volle Umlaufweg 36o°, ist also die oben angegebene Bedingung erfüllt.
Andere Anzahl und Form der :Magnetkörper würden andere Halbwellenlängen und somit
eine andere räumliche Anordnung ergeben.
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Um den Einfluß äußerer Felder, die ebenfalls Haltemomente ergeben.
bzw. die Schalteranker betätigen können, zu beseitigen, ist der ganze Impulsgeber
durch einen gleichachsig zur Welle i angeordneten Teil 7 abgeschirmt, der vorzugsweise
als Weicheisenring
ausgebildet ist. Er kann aus einem zylindrisch
gerollten Blechstreifen bestehen.
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In Fig.4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der der
Daliermagnetkörper 8 feststeht und die Eisenkörper-9, die nach Art von Kollektorlamellen
auf der Achsei angeordnet sind, umlaufen. Der Magnetkörper besteht aus einem Hufeisenmagnet
mit angesetzten, halbzvlindrischei1, seitlich über den 2vIagnetkörper vorstehenden
Polschuhen i o, i i, die zwischen sich die Schlitze i2 frei lassen. Gegenüber diesen
Schlitzen sind die Anker 3 der magnetisch gesteuerten Schalter angeordnet. Die Anziehungskraft
des Magnets wird immer dann vorübergehend aufgehoben, wenn einer der Magnetkörper
9 zwischen dem Schlitz 12 und dem Anker 3 hindurchläuft. Die Schlitze und die Magnetkörper
sind hier derartig gegeneinander versetzt, <laß sich die an Hand der Fig.2 erläuterte
Kompensationswirkung ergibt.
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Zwecks Ausgleich der obenerwähnten Restkomponenten ist auf der Welle
i noch ein zweiter Kranz von Magnetkörpern 13 innerhalb der Polschuhe io, i 1 angeordnet
und derartig gegen den Kranz der Magnetkörper versetzt, daß sich die Restmomente
gegenseitig aufheben. Die Haltemomente, die die Anker 3 der Schalter hervorrufen,
"sind bei dieser Ausführungsform vernachlä ssigbar klein.
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In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform eines Sternmagnets dargestellt.
Hier sind auf unmagnetische Tragscheiben 14 sternförmig Hufeisenmagnete 15 angeordnet.
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Eine weitere Ausführungsform -zeigt Fig. 6. Hier hat der Magnetkörper
die Gestalt einer Doppelflanschspule mit dem Schaftteil 16 und den Flanschteilen
17; die Flansche sind sternförmig gezahnt. Der Körper bestellt entweder aus einem
zusammenhängenden Stück Stahl mit hohem Kobaltgehalt: statt dessen kann er aber
auch aus einem zvlindrischen oder rohrförmigen Schaftteil 16 aus Magnetstahl und
sternförmigen Flanschstücken aus Weicheisen zusammengesetzt, insbesondere zusammengelötet
sein. Bei den doppelsternförinigen Magnetanordnungen nach den Fig.3, 5 und 6 hat
immer der Zacken des einen Sterns eine andere Polarität als der axial gegenüberliegende
Zacken des anderen Sterns. Bei den Magnetanordnungen der Fig. 3 und 5 folgen in
der Umlaufrichtung immer Pole verschiedener Polarität aufeinander, bei der Magnetform
nach Fig.6 dagegen Pole gleicher Polarität.
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Für das Wesen der Erfindung ist es gleich= gültig, ob die magnetisch
betätigten Schalter mit Ruhe- oder mit Arbeitsstrom arbeiten und in welcher Anzahl
und Reihenfolge sie angeordnet sind. Man kann je nach Bedarf mehr oder weniger Schaltimpulse
pro Umdrehung erzeugen. Die Schalter können beispielsweise in einem ein elektromagnetisches
Klinkwerk speisenden Stromkreis liegen; das Klinkwerk kann ein Zählwerk, eine Maximumeinrichtung
oder einen anderen Registrier- oder Tarifapparat fortschalten: Die Schalter können
aber auch direkt oder indirekt überein Zwischenrelais an einen Fernleiter angeschlossen
sein und so den Geber eines Fernme13svstems bilden, dessen Empfänger beispielsweise
im Takt der Impulse einen Kondensator über ein träges Zeigergerät auf- und entlädt.