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Triebsystemffür Ferrarismeßgeräte, insbesondere Zähler Bei Triel>systemen
für Ferrarismeßgeräte, namentlich bei wattmetrischen Triebsystemen, kann nur ein
Teil des von der Spannungsspule induzierten Flusses zur Drehmomentbildung herangezogen
werden. Der weitaus größere Teil muß als Nebenfluß für die Erzielung der sogenannten
goO-Abgleichung geopfert werden. Während der Triebfluß durch den Anker, meist eine
Scheibe, hindurchgeht, schließt sich der Nebenfluß unter Umgehung des Ankers. Infolge
dieser schlechten Fluß ausnutzung sind die Verluste im Spannungseisen größer, als
wenn der Gesamtfluß für die Drehmomentbildung herangezogen werden könnte. Trotzdem
ist aber darauf auszugehen, diese Verluste, den sogenannten Eigenverbrauch, möglichst
klein zu halten, da sonst die Vielzahl der an ein Netz dauernd angeschlossenen Geräte
eine nicht unerhebliche Belastung darstellt.
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Die Erfindung geht darauf aus, diese Forderung durch möglichst günstige
Ausnutzung des Spannungstriebflusses zu erfüllen. Dabei strebt sie danach, die Verluste
auf die einzelnen Teile des Meßgeräts so günstig wie möglich zu verteilen, indem
sie einen wesentlichen Teil der durch den Spannungsfluß bedingten Verluste in den
Anker verlegt.
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Um die Flüsse möglichst stark für die DrehmomentbilSdung auszunutzen,
empfiehlt es sich, nach theoretischen Überlegungen die Strom- und Spannungspole
möglichst nahe aneinander zu rücken. Die Theorie geht aber davon aus, daß die Strom-
und Spannungstriebflüsse getrennt für sich zur Wirkung kommen. Praktisch tritt aber
wegen
der Pol streuung eine um so stärkere Durchmischung der Flüsse
auf, je näher die Pole aneinandergerückt werden, und dadurch geht der durch das
Aneinanderrücken der Pole gewonnene Vorteil größtenteils wieder verloren. Die Erfindung
hat die Aufgabe, diese Fluß durchmischung zwecks besserer Ausnutzung der Flüsse
für die Drehmomentbildung zu erschweren.
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Bei Ferrariszählern kommt es darauf an, das Abfallen der Fehlerkurve
im Bereich der größeren Zählerlasten soweit als möglich auch ohne Anker, duiig künstlicher
Hilfsmittel, wie magnetische Nebenschlüsse zum Stromtriebfiußpfad, zu verhüten.
Dieser Abfall der Fehlerkurve ist durch die sogenannte Stromdämpfung bedingt. Die
Erfindung hat die Aufgabe, die Stromdämpfung im Verhältnis zum Zählerdrehmoment
möglichst klein zu halten, indem man die Stromtriebflüsse und ihre Dämpfungswirkung
klein, aber den Spannungstriebfluß durch Verringerung des magnetischen Widerstandes
in seinem Pfad entsprechend groß macht.
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Auch aus diesem Grunde kommt es also darauf an, den Spannungstriebfluß
möglichst günstig und ausg iebig für die l}rehmomentbirldung auszunutzen.
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Zur Verringerung dieser Nachteile ist es an sich bekanntgeworden,
Spannungsspule und Stromspule auf der nämlichen Seite des Ankers anzuordnen.
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ErfindungsgemäB werden ebenfalls Strom- und Spannungsspule auf einer
Seite des Ankers vorgesehen, im Gegensatz zu den bekannten Systemen gleicher Art,
jedoch ist die Spannungsspule zwischen den beiden Stromspulen angeordnet, und die
Strommagnetschenkel sind unter einer Neigung gegenüber der Spannungsspulenachse,
Krümmung od. dgl. mit ihren Polen bis in unmittelbare Nähe des Spannungstriebflußpols
herangeführt. Hierdurch wird eine optimale Drehmomentausbeute bei gestreckter Fehlerkurve
erzielt, da der Abstand der Pole selbst klein ist, was eine Vergrößerung des Drehmoments
mit sich bringt. Weiterhin wird bei dem Triebsystem nach der Erfindung der Spannungstriebfluß
weitgehend für die Drehmömentbildung herangezogen, da der Abstand und damit die
Streuung zwischen Spannungs spule und dem Anker sehr klein ist. Die dabei auftretende
Vormagnetisierung der Strommagnetschenkel ist durchaus erwünscht.
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Diese Vorteile hat das benannte Triebsystem nicht, da die Stromspule
und die Spannungsspule in verschiedenem Abstand von dem Anker angeordnet sind, und
zwar ist der Abstand der Spannungsspule größer. Hierdurch streut aber ein wesentlicher
Teil des Spannungsflusses in die Umgebung ab, wodurch nur eine geringe Drehmomentausbeute
zu erzielen ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach Weiterbildung des Erfindungsgedankens
den Stromspulen räumlich kein magnetischer Rückschluß teil gegenüberliegt, sondern
der magnetische Rückschluß des Stromtriebflusses nur durch einen dem Spannungstriebflußpol
gegenüberliegenden Rückschlußteil stattfindet. Zur Verringerung der Verluste in
der Spannungsspule macht man diese so schlank, daß die Länge zur Breite des Wicklungsquerschnitts
sich etwa wie 4 : I oder mehr verhält. Dadurch wird die mittlere Windungslänge und
damit der Spannungsabfall in der Spule verkleinert. Zwecks Verringerung des magnetischen
Widerstandes für den Spannungstriebfluß macht man den Spannungstriebflußpol, zweckmäßig
auch seinen Rückschlußpol, in der Richtung des Ankerradiius lang, insbesondere dreimal
so lang als die Stromspule. Ferner werden die Verluste in der Spannungswicklungund
im Spannungseisen infolge Verringerung der mittleren Windungslänge der Spannungswicklung,
Verkleinerung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt des Spannungstriebflusses
u. dgl. etwa ebenso groß oder nur etwa eineinhalbmal größer gemacht als die durch
den Spannung striebfiuß bedingtentVerluste im Anker, oder, mit anderen Worten, der
sogenannte Eigenverbrauch des Meßgerätes ist bei Anwesenheit des Ankers etwa doppelt
so groß als bei fehlendem Anker, während bei den sonst üblichen Zählern die Anwesenheit
des Ankers den Eigenverbrauch nur erheblich, beispielsweise um 20 bis 2500 vergrößert.
Bei dieser Überlegung wird davon ausgegangen, daß die Verluste im Anker für die
Drehmomentbildung unumgänglich sind, während die Verluste in der Wicklung und im
Eisen nicht zur Drehmomentbildung beitragen.
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Die !Erfindung wird an. Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig.
1 bis 3 zeigen einen Triebmagneten gemäß der Erfindung in drei verschiedenen Ansichten.
Er stellt ein vilerschenkliges Gebilde dar, bei dem drei Schenkel I bis 3 im wesentlichen
in einer Ebene lilegen, ein vierter Schenkel 4 in einer senkrecht dazu liegenden
Ebene. Die Schenkel stoßen in einem gemeinsamen Joch 5 zusammen. Die Schenkel I
und 3 und das Joch 5 bilden ein zusammenhängendes Blechpaket, die Schenkel 2 und
4 zwei weitere Biechpakete, die für sich nochmals in Fig. 4 und 5 dargestellt sind.
Die Schenkel 2 und 4 sind senkrecht zu den Schenkeln I und 3 lamelliert. Auf dem
Schenkel 2 sitzt eine schlanke Spannungswicklung 6, auf den geknickt ausgeführten
Schenkeln I und 3 Stromwicklungen 7.
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Der Schenkel 4 umgreift als magnetischer Rückschluß den Zähleranker8.
Der Spannungstriebfluß geht zwischen dem Spannungstriebflußpol g und dem gegenüberliegenden
Rückschlußteil 10 des Schenkels 4 über. Der Nebenfluß des Spannungsmagneten schließt
sich großenteils durch die Schenkel I und 3; ein weiterer Teil geht auch durch einen
Fortsatz ii des Schenkels 2 in den Schenkel 4 über. In der Jochmitte sind die einzelnen
Schenkel aneinandergestoßen und zum Teil miteinander verzapft, um eine sichere Verbindung
bei geringem magnetischem Widerstand zu erzielen. Die Stromspulen 7 sind mit ihren
Achsen zur Achse der Spannungsspule geneigt, ebenso die Enden der Schenkel I und
3. Auf diese Weise sind die Strompole 12 nahe an dem Spannungstriebflußpol g herangeführt.
Dadurch, daß die Schenkelenden geneigt, die Polflächen 12 aber parallel zum Anker
8 angeordnet sind, sind die Enden dler Schenkel I, 3 gegen den Spannungstriebflußpol
g zugespitzt. Den
Strompolen 12 gegenüber ist räumlich kein eigentlicher
Rückschlußteil angeordnet, sondern der Stromtriebfluß findet seinen magnetischen
Rückschluß im wesentlichen nur durch den Teil 10 des Schenkels 4. Der Spannungstriebflußpol
g ist in Richtung des Ankerradins verhältnitsmäßig lang gehalten, etwa dreimal so
lang als die Strompole I2.
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Zwischen den Strompolen 12 ist ein magnetischer Nebenschluß I3 unter
Belassung von Luftspalten I4 angeordnet, der parallel zum Stromtriebflußpfad liegt
und in bekannter Weise die Fehlerkurve im Bereich der hohen Zählerlasten hebt.
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Die Stromspulen 6 und 7 können für sich fertiggestellt und beim Zusammenbau
des Systems einfach auf die Schenkel I und 3 aufgesteckt werden. Hierauf wird die
Spannungsspule auf den Schenkel 2 aufgeschoben, und dann werden die Schenkel 2 und
4 durch die in der Zeichnung angedeuteten Schrauben und Blechteile fest mit dem
erstgenannten Paket verbunden.
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Die verhältnismäßig schlanke Spannungswicklung 6 hat wegen ihrer
kleinen mittleren Windungslänge einen entsprechend kleinen Widerstand. Dadurch werden
die Verluste in dieser Spule herabgesetzt. Der magnetische Widerstand des Spannungstriebflußpfades
ist durch Verbreiterungen der Pole 9, 10 in der Richtung des Ankerradius herabgesetzt.
Die Strompole 12 sind nahe an den Spannungspol g herangeführt, um eine gute Drehmomentausbeute
zu erzielen. Eine Vermischung des Strom- und Spannungstriebflusses wird dadurch
erschwert, daß die Stromspulen 7 auf nebenflußführenden Schenkeln des Spannungsmagneten
sitzen, daß also die vom Pol g nach den Strompolen 12 streuenden Kraftlinien des
Spannungsflusses in den Schenkeln I und 3 einen Rückschluß geringen magnetischen
Widerstandes finden und infolgedessen nicht die Tendenz haben, gemeinsam mit dem
Stromtriebfluß aus den Strompolen I2 durch den Anker nach dem Rückschlußpol 10 überzutreten.
Zwischen dem Rückschlußpol 10 und den Strompolen 12 besteht keine durch die Spannungsspule
bedingte magnetische Potential'differenz, und infolgedeen können auch aus dem Rückschlußteil
10 keine mit der Spannungsspule 6 verketteten Kraftlinien in die Strompole 12 übertreten.
Eine Durchmischung des Spannungsflusses mit dem Stromtriebfluß, die die Drehmomentsausbeute
verringern würde, ist also weitgehend erschwert.
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Ebenso besteht keine Tendenz, daß die von einem Strompol 12 ausgehenden
Kraftlinien des Stromtriebflusses über den Spannungspol g zu dem Rückschlußpol I0
durch den Anker wandern, weil die in den Spannungspol g streuenden Stromtriebflußkraftlinien
einen magnetischen Rückschluß geringen magnetischen Widerstandes durch den Schenkel
2 und I oder 3 finden. Eine zu starke Ausbreitung des vom Spannungspol g ausgehenden
Spannungstriebflusses in den Bereich der Strompole 12 wird auch noch dadurch erschwert,
daß den StrompolenI2 kein magnetischer Rückschlußteil gegenüberliegt, der diese
Ausbreitung begünstigen könnte, und infolgedessen müssen sich die Kraftlinien des
Spannungstriebflusses fast ausschließlich auf den Raum zwischen dem Spannungspolg
und dem Rückschlußpol 10 beschränken. Der Stromtriebfluß schließt sich von dem einen
Pol I2 durch den Anker 8, den Rückschlußpol 10, nochmals durch den Anker 8 und dem
anderen Pol 12.
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Auf diese Weise ist trotz starken Zusammenrückens der Strom- und Spannungspole
die für die Drehmomentbildung günstige Trennung der Strom-und Spannungsflüsse erzielt.
Infolge Fehlens von denStrompolenI2 gegenüberliegenden Rückschlußteilen konzentriert
sich der Stromtriebfluß mehr und mehr auf den Bereich geringsten magnetischen Widerstandes,
also auf die Spitzen der Enden der Schenkel 1 und 3, d. h. der Stromtriebfluß tritt
hauptsächlich in unmittelbarer Nähe des Spannungstriebflusses durch den Anker über.
Dadurch wird der an sich etwas klein gehaltene Stromtriebfluß besonders stark für
die Drehmomentbildung augenutzt. Damit wird aber ein wesentliches Ziel der Erfindung,
das Abfallen der Fehlerkurve im Bereich der hohen Zählerlasten zu verringern, erreicht,
weil die diesen Abfall bedingende Stromdämpfung infolge des kleinen Stromtriebflusses
und seine geringe Dämpfungswirkung verhältnismäßig klein ausfällt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel erhält man schon ohne Anwendung eines
magnetischen Nebenschlusses I3 bei 300 O/o Belastung (5 cmg, 44 Umdr./min, o,8 Watt)
nur etwa bis 40/0 Fehler.
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Ein so kleiner Fehler kann durch Anwendung eines magnetischen Nebenschlusses
I3 ohne weiteres ausgeglichen werden, so daß man praktisch eine vollkommen gestreckte
Fehlerkurve hat.
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Da in diesem Fall der magnetische Nebenschluß nur wenig ausgenutzt
wird, lassen sich die Streuungen der Fehlerkurve in der Massenfertigung von vornherein
klein halten, denn es fallen z. B. Schwaiir kungen in der Charakteristik der Nebenschlußbleche,
Abweichungen in den eingestellten Luftspalten usw. viel weniger ins Gewicht, als
wenn der magnetische Nebenschluß hoch ausgenutzt wird.
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Unter Umständen kommt man bei den geringen Fehlern auch ohne magnetischen
Nebenschluß aus, wenn man durch Anwendung entsprechender Eisensorten für den Spannungsmagneten,
insbesondere verschiedener Eisensorten für die einzelnen Schenkel, für ein überproportionales
Anwachsen des Stromtriebflusses mit dem Strom sorgt. Die Wahl der geeigneten Eisensorten
wird durch Untersuchung ihrer Magnetisierungskurven und am besten durch Versuche
getroffen.
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Der kleine Fehler gestattet, unter Umständen für den Triebmagneten
mit billigeren, leichter zu bearbeitenden Blechen auszukommen und dadurch hochwertige
teure bleche einzusparen.
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Günstig an dem beschriebenen Triebmagneten wirkt sich auch die Vormagnetisierung
des Stromeisens durch den Nebenfluß der Spannungsspule aus, da der Nebenfluß bei
induktionsfreier Belastung des Zählers besser vormagnetisierend wirkt als der sonst
dafür verwendete, fast um go0 gegen-
über dem Stromfluß in der Phase
verschobene Spannungstriebfluß. Wegen dieser günstigen Vormagnetisierung ist auch
die Fehlerkurve bei Kleinlast außerordentlich gestreckt. Die Vormagnetisierung durch
den Spannungsstreufluß kommt auch dem magnetischen Nebenschluß I3 zustatten, weil
dadurch die meist ungünstige Wirkung dieses Nebenschlusses auf die Fehlerkurve im
Bereich der kleinen Lasten beseitigt wird.
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Infolge des guten Eisenschlusses des Spannungsflußpfades und der
zu den sonstigen Verlusten verhältnismäßig hohen Ankerverluste wird die notwendige
go°-Verschiebung in der Massenfertigung leicht erreicht. Dabei können die Luftspalte
der Nebenschlußpfade, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, verhältnismäßig groß gehalten
werden, so daß also geringfügige Abweichungen der Spaltlänge nicht ins Gewicht fallen.
Infolgedessen lassen sich bei Massenfertigung die vorgeschriebenen Toleranzen viel
leichter einhalten als bei Nebenschlußpfaden mit kleinen Spaltlängen.
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Mechanisch ergibt sich wegen des Wegfallen eines besonderen Stromeisens
ein besonders stabiles, wenig Lagerteile erforderndes Meßwerk, das als Ganzes für
sich zusammengebaut werden kann.
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Änderungen der Meß eigenschaften durch Verlagerung einzelner Triebmagnetteile,
z. B. infolge Transportstöße, sind also ausgeschlossen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt auch noch in der einseitigen
Anordnung des Triebmagneten relativ zum Anker. Man erhält dadurch im Innern des
Zählergehäuses einen verhältnismäßig großen zusammenhängenden Raum zur Unterbringung
von Zählwerken und sonstigen Tarifgeräten, Hilfsmotoren usw. Jedenfalls ergeben
sich räumlich günstigere Verhältnisse, als wenn, wie bei vielen bekannten Zählern,
der Zähleranker mehr durch die Mitte des Gehäuseraums hindurchgeht.
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Natürlich kann man auch gegenüber den Strompolen 12 einen Rückschlußteil
für den Stromtriebfluß anordnen, gibt aber dann einen Teil der geschilderten Vorteile
auf. D*ies kann aber bei den sonstigen guten Eigenschaften eines solchen Meßsystems
in Kauf genommen werden. Auch dann bleibt noch der eine Vorteil erhalten, daß der
Spannungstriebflußpol g von drei Seiten mit Rückschlußschenkeln umgeben ist, die
seitlich unter Umgehung des Ankers streuende Kraftlinien des Spannungstriebflusses
sozusagen absaugen und dadurch eine zu starke Ausbreitung des Spannungstriebflusses
und Durchmischung mit dem Stromtriebfluß verhütet wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Rückschlußschenkel 4 am Pol (den
Strompolen gegenüber) etwas breiter zu halten als den die Spannungsspule tragenden
Polschenkel 2, also einen schwachen Stromgegenpol anzubringen, da in diesem Fall,
wenn etwa die Außenkanten des Pols von 4 mit den Innenkanten der Strompole abschließen,
eine optimale Ausbeute der Wirkung (optimales Drehmoment bei minimaler Stromdämpfung)
erreicht wird. Es ist besonders günstig aus fertigungs- und ineßtedinischen Gründen
für die Verlreiterung des Pols am Schenkel 4 z. B. U zu Tmpe Temperaturausgleichbleche
15 zu benutzen, so daß eine Temperaturkompensation gleichzeitig mit der optimalen
Ausbeute erreicht wird.
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PATTANSPRUCHE: I. Triebsystem für Ferrarismeßgeräte. insbesondere
Zähler, bei dem Strom- und Spaniiungsspulen auf der gleichen Ankerseite sitzen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspule zwischen den beiden Stromspulen angeordnet
ist und die Strommagnetschenkel unter Neigung gegenüber der Spannungsspulellachse.
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Krümmung od. dgl. mit ihren Polen bis in unmittelbare Nähe des Spannullgstriebflußpols
herangeführt sind.