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Magnetische Aufhängung für das drehbare System von Meßgeräten od.
dgl., insbesondere von Elektrizitätszählern
Für den Betrieb vieler Meßinstrumente,
wie z. B.
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Wattstundenzähler, ist es von größter Wichtigkeit, daß alle Ungenauigkeitsursachen
soweit als irgend möglich beseitigt werden. Bei Zählern mit umlaufender Ankerachse
ergibt sich aber durch die Reibung ein bremsendes Drehmoment, und es ist daher erwünscht,
Mittel vorzusehen, um dieses auf einen Mindestwert zurückzuführen. Die üblichen
Wattstundenzähler weisen ein Unterlager für die Ankerachse auf, durch welches das
Ankergewicht aufgenommen wird. Dieses Unterlager ist im allgemeinen ein Saphirsteinlager
und wird unter der Wirkung des Spurzapfens unter Umständen schon in kurzer Zeit
zerbrochen oder aufgerauht. Das Aufrauhen hat eine Änderung der Lastkurve zur Folge,
indem der Zähler bei bestimmten Belastungen, und zwar insbesondere, wenn er bei
geringer Belastung arbeitet, zu langsam läuft. Soweit dies der Fall ist, tritt für
das Kraftwerk bei der Energielieferung ein geldlicher Verlust ein, der um so mehr
ins Gewicht fällt, als im allgemeinen ein großer Teil der Zähler mehrere Stunden
täglich bei geringen Lasten im Betrieb ist.
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Um diese aufgeführten Schwierigkeiten zu beseitigen, ist es von Zeit
zu Zeit bereits versucht worden, eine magnetische Aufhängung zur teilweisen oder
vollständigen Abstützung des drehbaren Systems umlaufender Geräte, wie beispielsweise
Wattstundenzähler,
unter Verwendung von Dauermagneten. zu erhalten, indem von der magnetischen Anziehung
Gebrauch gemacht wurde. Diese Versuche führten jedoch bisher zu keinem Erfolg und
ergaben keine in der Praxis zu verwendende Lösung, so daß bisher die Abstützung
der Achse mittels Spurlager als die normale Ausführung beibehalten werden mußte.
Bei magnetischen Aufhängevorrichtungen konnte außerdem bisher keine genügende Stabilität
für das drehbare System in der horizontalen und/oder in der vertikalen Ebene erreicht
werden. Weiterhin hatten gewisse, beim Betrieb von Wattstundenzählern in Betracht
kommende besondere Verhältnisse der praktischen Einführung solcher Aufhängungen
entgegengestanden.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit einer magnetischen Aufhängung
und Anbringung für das drehbare System von Meßgeräten od. dgl., die die vorerwähnten
Nachteile und Schwierigkeiten beseitigt und bei einfacher und derber Bauart in der
vertikalen Richtung magnetisch stabil ist, gegen entmagnetisierende Stromstöße,
gegen Temperatureinflüsse, gegen Hysterese- und Wirbelstromwirkungen unempfindlich
ist sowie ebenfalls die Drehbewegung nicht beeinflußt. Durch die magnetische Aufhängung
kann das Gewicht des drehbaren Systems mehr oder weniger vollständig aufgenommen
werden, so daß dieses unter Umständen einfach schwebend gehalten wird. Zweckmäßig
läßt sich das mit einer Ausführung erzielen, bei der zwei in der Längsrichtung polarisierte,
zylindrische Dauermagnete von hoher Koerzitivkraft benutzt werden. Diese Magnete
können dann in axialer Symmetrie so angeordnet sein, daß der eine den anderen konzentrisch
umschließt, während die Zylinderachsen vertikal und gleichachsig mit dem drehbaren
System liegen. Die Anordnung der Magnete ist zugleich so, daß sie aufeinander an
jedem Ende eine Anziehung ausüben und damit die einander zugeordneten Enden in die
gleiche horizontale Ebene zu bringen suchen. Der eine Magnet ist an dem Zählerrahmen
befestigt, der andere dagegen an der drehbaren Achse oder dem abzustützenden drehbaren
System und innerhalb des fest eingebauten Magnets. Bei einer derartigen Anordnung
schwebt der bewegliche Magnet frei innerhalb des festliegenden, und zugleich wird
das ganze Gewicht des drehbaren Systems schwebend gehalten, so daß es vollständig
frei von jeder Bremswirkung wird, die sich infolge einer vertikalen Lastkomponente
ergeben könnte. Geeignete Führungslager sind am oberen und unteren Ende der Achse
angeordnet und sichern das bewegliche oder drehbare System gegen seitliche Verschiebung.
Durch die Magnete wird auch eine zentralisierende Kraft hervorgebracht, die sich
mit wachsender Last vergrößert.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert
werden. Sie ist dabei in Verbindung mit einem Einphaseninduktionszåhler veranschaulicht.
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Fig. I und 2 geben in Seiten- und Vorderansicht den Zähler in der
vertikalen Betriebslage wieder; Fig. 3 entspricht der Fig. I, jedoch mit der Abweichung,
daß die Grundplatte des Zählers horizontal liegt, also eine Lage einnimmt, wie sie
beim Versand in Betracht kommt; in der Fig. 4 ist die Lagerung des drehbaren Systems
mit der magnetischen Aufhängung in einem größeren Maßstabe gesondert dargestellt
und in Fig. 5 schließlich eine etwas abgeänderte Ausführung.
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Der Zähler weist die übliche Grundplatte 10 und einen Rahmen I2 auf,
der auf der Grundplatte befestigt ist, sowie weiterhin eine Kappe I4, um die wirksamen
Teile einzuschließen. Die Laufachse i6 ist im Betrieb vertikal angeordnet .und besteht
zweckmäßig aus einem Werkstoff von verhältnismäßig geringem Gewicht, beispielsweise
Aluminium.
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Sie ist für den Umlauf durch eine Mehrzahl von Führungsmitteln I8
und 20 gehalten, die am oberen und unteren Ende der Ankerachse sich befinden und
eine geeignete Bauart aufweisen, um ein Mindestmaß von Reibung für das bewegliche
oder - drehbare Element 16 zu ergeben. Der Aufbau des Unterlagers 20 umfaßt einen
einstellbar angeordneten, ringförmigen, zur Aufnahme des Seitendruckes geeigneten
Lagerteil 21 und einen Zapfen 22 von geringem Durchmesser, der am Ende der Ankerachse
I6 angebracht ist. Der Zapfen 22 tritt durch den ringförmigen Lagerteil 21 hindurch
bzw. ist in diesem gelagert und damit in- seiner Lage festgelegt.
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Der Lagerteil 21 selbst ist in einer Ausnehmung 23 am Ende eines Stöpsels
bzw. Trägers 24 angeordnet.
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Der Stöpsel 24 ist in eine hohle Buchse 25 eingesetzt, die mit einem
Außengewinde bei 26 in eine angezapfte Offnung eines fest fstehenden Armes 28 eingeschraubt
ist, der sich am unteren Ende des Zählerrahmens befindet. Die Buchse 25 kann in
dem Arm 28 verstellbar angeordnet sein, um den Lagerteil 21 in geeigneter Weise
einstellen zu können, und läßt sich in einer gegebenen Lage durch ein entsprechendes
Mittel, beispielsweise eine Halteschraube 30, festklemmen. Der Lagerteil 21 kann
aus irgendeinem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, z. B. einem mit Harz getränkten
Gewebe, wie es unter dem Namen Textolite bekannt ist, oder einem für die üblichen
Edelsteinlager benutzten Werkstoff.
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Der Aufbau des oberen Seitendrucklagers IS umfaßt einen Lagerteil
31 ähnlich dem Lagerring 21 und einen verhältnismäßig langen elastischen Zapfen
32 von kleinem Durchmesser, der an einem Tragglied 34 befestigt ist. Der Lagerteil
3', durch den der Zapfen 32 hindurchtritt, ist in eine Ausnehmung 35 am oberen Ende
der Ankerachse eingebaut. Die Ausnehmungen 23 und 35 können mit einem Schmiermittel
gefüllt sein, sofern dies erwünscht ist. Das Tragglied 34 weist einen Hohlraum oder
eine Ausnehmung 36 auf, um die Verwendung eines langen Zapfens zu ermöglichen, der
die gewünschte Elastizität besitzt, wie dies nachstehend noch näher erläutert werden
wird. Das Tragglied 34 ist seinerseits in einer Durchbrechung 37 eines Armes 38
angeordnet, der am oberen Ende des Rahmens 12 befestigt ist. Eine Halteschraube
39 ermöglicht es,
das Tragglied 34 in bezug auf den Arm 38 nach
Wunsch einzustellen. Durch die Ausführung der Zapfen 22 und 32 mit kleinem Durchmesser
wird erzielt, daß die keibungskräfte an den beiden den Seitendruck aufnehmenden
Lagern nur mit einem kleinen Radius wirken.
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Mit der Ankerachse I6 ist eine stromleitende Scheibe verbunden, die
mit dem in der Zeichnung nicht sichtbaren üblichen Triebmagnetsystem zusammenwirkt,
so daß die Achse I6 sich der gemessenen Menge entsprechend dreht. Wie an sich bekannt
ist, sind bei Wechselstromwattstundenzählern, die beispielsweise ein einziges Triebsystem
aufweisen, zwei Wechselstrommagnete vorhanden, von denen der eine durch den Strom
und der andere durch die Spannung des Stromkreises erregt wird, in dem der Energieverbrauch
gemessen werden soll, wobei jeder der beiden Magnete in der Ankerscheibe phasenverschobene
Wirbelströme induziert.
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Der Antrieb der Scheibe ergibt sich aus dem Zusammenwirken des Feldes
eines Magnets mit dem durch den anderen in der Scheibe hervorgebrachten Strom. Zwei
übliche Bremsmagnete 46, deren jeder einen zum Aufnehmen der Scheibe 44 geeigneten
Luftspalt zwischen den Polen besitzt, liefern ein Magnetfeld, das dem Umlauf der
Scheibe 44 entgegenwirkt und deren Geschwindigkeit dem gemessenen Energieverbrauch
proportional macht.
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Ein geeigneter Zählmecbanismus 48 wird mittels einer auf der Ankerachse
angeordneten Schnecke 51 über das Rad 56 entsprechend der Umlaufbewegung der Ankerachse
angetrieben und zeigt damit die während eines Zeitraumes gemessene Energieentnahme
an.
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Durch die Wirkung der Wirbelströme an der Scheibe 44 und des ständig
in einer Richtung verlaufenden Magnetflusses der Bremsmagnete kann eine schwingende
Bewegung der Scheibe und der Ankerachse eintreten. Die Verbreiterung des Spannungstriebfiusses
verursacht ebenfalls eine Schwingbewegung. Indem man den Zapfen 32 sehr elastisch
macht, werden die durch diese Schwingbewegung sich ergebenden Laufgeräusche wesentlich
vermindert.
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Um das aus der Achse und der Scheibe 44 bestehende Umlaufelement
genau und wirksam magnetisch aufzuhängen, ist eine Magnetanordnung ; vorgesehen,
bei der zwei Dauermagnete 54 und 56 benutzt werden. Diese Magnete sind als Hohlzylinder
ausgebildet und teleskopartig angeordnet, wobei die Zylinderachsen vertikal liegen
und miteinander zusammenfallen. Die Magnete befinden sich also in konzentrischer
Anordnung oder in axialer Symmetrie derart, daß ein Magnet den anderen umschließt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der hohlzylindrische Magnet 56 auf
das Ende der Ankerachse I6 aufgepreßt und konzentrisch innerhalb des Magnets 54
angeordnet.
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Natürlich läßt sich, obgleich diese Anordnung der Magnete wegen ihrer
besonderen Einfachheit und der Möglichkeit, den drehbaren Magnet mit kleinem Durchmesser
auszuführen, vorzuziehen ist, die gegenseitige Lage des festen und des drehbaren
Magnets grundsätzlich auch umgekehrt wählen. Die Befestigung des Magnets 56 auf
dem Umlaufelement läßt sich im übrigen statt durch Aufpressen auch in anderer Weise
bewerkstelligen, beispielsweise durch Aufkitten. Der hohlzylindrische Magnet 54
ist bei dem Ausführungsbeispiel durch eine Preßverbindung in einem geeigneten nicht
magnetischen, hülsenartigen Teil 58 gehalten, der zweckmäßig aus einem gut stromleitenden
Werkstoff, wie Kupfer oder Messing, hergestellt und bei 60 mit einem Schraubgewinde
versehen ist, mit dem er auf das Tragglied 34 aufgeschraubt werden kann. Mit Hilfe
der Halteschraube 39 kann der fest angeordnete Magnet 54 gegenüber dem oberen Stützarm
38, dem unteren Arm 26 und dem Bremsmagnet 46 verschiedlen! eingestellt werden,
um für die Scheibe 44 die richtige Lage in. den Luftspalten der Bremsmagnete zu
erzielen. Das Einstellen der Scheibe 44 läßt sich noch dadurch erleichtern, daß
auch das Tragglied 34 und die Durchbrechung 37 des Armes 38 mit Sc'hraubgewinde
versehen werden. Der Magnet 54 und sein Träger 58 können des besseren Aussehens
halber abgeschrägt werden, wie dies bei 55 gezeigt ist.
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Jeder der Magnete 54 und 56 ist in Richtung der Längsachse des Zylinders
magnetisiert, jedoch ist dabei die Magnetisierungsrichtung für die beiden Magnete
verschieden. Sie sind axial derart zueinander angeordnet, daß die Pole des einen
Magnets jeweils zu gleichnamigen Polen des anderen Magnets benachbart liegen und
beide Magnete zusammen damit einen geschlossenen Flußpfad ergeben. Die Figuren lassen
im übrigen ersehen, daß die wirksame Zone des oberen Pols des umlaufenden und axial
beweglichen Magnets 56 oberhalb der sogenannten neutralen Zone des fest stehenden
Magnets liegt, also der Ebene, in der sich seine Polarität beim Übergang von einem
Ende nach dem anderen umkehrt. Auf diese Weise ergibt sich eine Anziehungskraft
an jedem Ende, zugleich aber eine Abstoßungskraft zwischen dem oberen Pol des drehbaren
Magnets und dem unteren Pol des fest stehenden Magnets. Da die Pole des äußeren
Magnets in radialer Richtung weiter von der Drehachse abliegen als die mit ihnen
zusammenwirkenden Pole des umlaufenden Magnets, befindet sich der fest stehende
Magnet immer außerhalb des Weges einer Axialbewegung des drehbaren Magnets.
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In der Fig. 5 ist eine etwas geänderte Magnetanordnung 52a veranschaulicht.
Die Magnete 54 und 56 sind danach von einem Schirmteil 62 umschlossen, der aus einem
geeigneten magnetischen Material von hoher Permeabilität besteht, wie beispielsweise
weichem Eisen. Der Magnet 54 ist in einem nicht metallischen, haubenartigen Tragglied
58a gehalten, das im allgemeinen aus einem plastischen oder Preßmaterial hergestellt
sein kann. Jeder der Magnete ist an seiner Oberfläche mit einer Hülle aus gut stromleitendem
Werkstoff. vorzugsweise einer Kupferplattierung. abgedeckt. Sofern dies gewünscht
wird, kann auch das Tragglied 58a aus stromteitendem Werkstoff bestehen. Diese aus
der Fig. 5 zu entnehmenden Maßnahmen können einzeln
oder gemeinsam
bei der Anordnung nach Fig. 4 benutzt werden. Auf der Ankerachse I6 sitzt ein Zahnrad5Ia>
das ein Zahnrad50b von großem Durchmesser antreibt, wobei dann das letzere den Antrieb
des Zählwerkes bewirkt. Eine derartige Ausbildung des Getriebes ist besonders in
den Fällen zweckmäßig, wo ein größeres Drehmoment erforderlich ist, um den Zähl-
od. dgl. Mechanismus anzutreiben, weil dabei auf die Scheibe 44 eine Wirkung im
Sinne einer Änderung der axialen Lage im Luftspalt 47 wegfällt, die bei der Ausführung
nach Fig. 4 auftreten kann. Statt dessen kann auch eine an sich bekannte Magnetkupplung
für die Bewegungsübertragung von der Ankerachse auf den Zähl- od. dgl. Mechanismus
benutzt werden.
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Dies ist ein hinsichtlich der Meßgenauigkeit wichtiger Gesichtspunkt
wegen des hohen Flußgefälles der hochkoerzitiven Werkstoffe, die für den Aufbau
der Bremsmagnete benutzt werden.
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Mit Rücksicht auf den beschränkten zur Verfügung stehenden Raum,
die durch Verwendung eines Normalrahmens mögliche Kostenersparnis, die besonderen,
bei Betrieb von Wattstundenzählern vorliegenden Verhältnisse und andere Gesichtspunkte,
auf die noch später eingegangen werden wird, ist es wichtig, für die Dauermagnete
54 und 56 einen Werkstoff zu verwenden, der eine verhältnismäßig hohe Koerzitivkraft
hat und andererseits verhältnismäßig unempfindlich gegenüber den vorkommenden Temperaturänderungen
ist. Als zweckmäßig hat sich insbesondere ein magnetischer Werkstoff erwiesen, der
eine Koerzitivkraft von 8oo Orsted hat und eine restliche Induktion von wenigstenfs
I000 Gauß aufweist, weil eine magnetische Aufhängung, bei der diese Verhältnisse
zutreffen, in solcher Größe bzw. mit solchen Abmessungen ausgeführt werden kann,
wie dies in bezug auf das Umlaufelement des Wattstundenzählers praktisch besonders
geeignet erscheint.
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Grundsätzlich läßt sich eine brauchbare Aufhängung aber mit Magneten
von weitgehend abweichenden und unter den angegebenen Werten liegenden magnetischen
Eigenschaften ebenfalls erzielen. Wenn die Eigenschaften des magnetischen Werkstoffes
unter die vorstehend angegebenen Mindestwerte heruntergehen, hat dies jedoch zur
Folge, daß die Länge der Magnete des magnetischen Aufhängungssystems einen verhältnismäßig
großen Teil der Gesamtlänge des beweglichen Systems ausmacht.
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Als besonders -günstig für die Ausführung der Erfindung hat sich
eine Legierung erwiesen, die im wesentlichen aus Kupfer, Nickel und Kobalt besteht.
Derartige Legierungen sind hergestellt worden mit einer Koerzitivkraft zwischen
ungefähr 100 bis 950 Orsted und einer restlichen Induktion zwischen mehr als I000
bis ungefähr 8ooo Gauß, Eine Legierung mit etwa 60 O/o Kupfer, 20 O/s Nickel und
20°/o Kobalt hat besonders befriedigende Ergebnisse erzielen lassen, jedoch kann
die prozentuale Zusammensetzung in weiten Grenzen geändert werden. Beispielsweise
können 50 ovo Kupfer, 25 Q/0 Nickel und 25 O/o Kobalt in Betracht kommen oder auch
Legierungen aus Kupfer, Nickel und Kobalt mit einem oder mehreren anderen Bestandteilen.
Wenn die Magnete aus einer Legierung der an erster Stelle angegebenen Zusammensetzung
hergestellt sind, ist ihre Koerzitivkraft ungefähr 950 Örsted und ihre restliche
Induktion ungefähr 2I00 Gauß, und diese Magnete sind bei geeigneter .Alterung vor
ihrer Verwendung in dem Zähler gegen Temperatureinflüsse außerordentlich unempfindlich.
Bei Legierungen dieser Art braucht die Endform auch nicht notwendig durch Gießen
erzielt zu werden, da sie leicht durch Bearbeitung auf gewünschte Abmessungen gebracht
wird. Diese Möglichkeit einer Bearbeitung durch Bohrer und andere schneidende Werkzeuge
bedeutet einen großen Vorteil für die Fabrikation und ergibt wesentliche Ersparnisse
an Zeit und Kosten, besonders mit Rücksicht darauf, daß die inneren Hohlräume oder
Lochungen, die bei den zylindrischen Magneten hergestellt werden müssen, nur einen
kleinen Durchmesser aufweisen.
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Hinsichtlich der Länge der für die magnetische Aufhängung benutzten
Magnete 54 und 56 ist es am günstigsten für die zu erzielende Wirkung, wenn beide
Magnete im wesentlichen die gleiche Länge besitzen. Sofern ein Magnet länger ist
als der andere, vergrößert sich die für eine gegebene Gewichtszunahme eintretende
Verlagerung, so daß das System schwieriger einzustellen ist, besonders in bezug
auf die Lage der Ankerscheibe in den Luftspalten der Bremsmagnete.
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Für den Betrieb des Zählers werden die Teile in der beschriebenen
Weise zusammengebaut, und der fest stehende Magnet wird vertikal derart eingestellt,
daß der drehbare Magnet eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung erfährt, bis die Ankerscheibe
die richtige Lage in den Luftspalten der Bremsmagnete einnimmt. Wenn die Scheibe
durch das Triebsystem in Umlauf versetzt wird, dann wird das drehbare System einschließlich
des drehbaren Aufhängemagnets sowie der Scheibe und der Achse, die er trägt, infolge
der Magnetwirkung schwebend gehalten, da es von der Schwerewirkung vollständig frei
gemacht ist, soweit eine vertikale Komponente in Betracht kommt. Die teleskopische
oder konzentrische Anordnung der Magnete, so daß ihre zusammenwirkenden Pole in
der Querrichtung bzw. Radialrichtung verschiedenen Abstand von der Achse aufweisen,
gewährleistet bei der vertikalen Lage unter allen Umständen einen Luftspalt zwischen
den zusarnmenwlirkenden Polen, und das System ist, unabhängig von dem an dem drehbaren
Magnet hängenden Gewicht, bis zu dessen höchstmöglichem Wert im Gleichgewicht. Sofern
an dem drehbaren Magnet kein Gewicht hängt, nimmt er eine neutrale oder Nullstellung
ein, in der seine Enden etwa in der gleichen horizontalen Ebene mit den entsprechenden
Enden des fest stehenden Magnets liegen, oder liegt doch in bezug auf den fest stehenden
Magnet im wesentlichen symmetrisch. Praktisch ist eine solche Lage jedoch nicht
zu erreichen, einerseits wegen des Eigengewichts des Magnets, andererseits wegen
der
an sich geringen Reibung in den Führungslagern.
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Bei einer Gewichtsbelastung des drehbaren Magnets bewegt dieser sich
vertikal nach unten, bis die Fluß änderung bei einer gegebenen Gewichtszunahme ein
Maximum wird. Eine wabrscheinliche Erklärung dafür ist, daß, obgleich die entsprechenden
Nofd- und Südpole der beiden Magnete mit wachsendem Gewicht ihren Abstand vergrößern,
das System trotzdem innerhalb des Bereiches seiner maximalen Tragfähigkeit stabil
bleibt, weil mit dem Absenken des drehbaren Magnets sein oberer Pol sich dem unteren
Pol des fest stehenden Magnets nähert und, da dies ein gleichnamiger Pol ist, eine
zunehmende Abstoßungskraft sich ergibt, deren vertikale Komponente den drehbaren
Magnet aufwärts zu treiben sucht. Es hat sich herausgestellt. daß bei der Gewichtsbelastung
des drehbaren Magnets über einen weiten Bereich eine im wesentlichen lineare Beziehung
zwischen der Hub- oder Tragkraft und der vertikalen. Verlagerung des Magnets besteht.
Diese Beziehung gilt auf alle Fälle für Gleichgewichtsbelastungen, wie sie bei Wattstundenzählern
in Betracht kommen. Auf diese Weise wird das drehbare System, wenn es durch eine
zufällige Störkraft nach oben oder unten verstellt wird, mit dem Aufhören dieser
Kraft alsbald in seine ursprüngliche Lage zurückkehren, also die eingestellte Schwebelage
wieder einnehmen, in der es frei aufgehängt ist und keiner Unterstützung durch ein
das Gewicht aufnehmendes Drucklager bedarf.
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Die Vertikalbewegung des drehbaren Systems wird natürlich dadurch
begrenzt, daß die Polenden der Bremsmagnete, die durch den gewünschten Luftspalt
47 getrennt sind, gegen die Scheibe 44 treffen.
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In der Fig. 3 ist veranschaulicht, wie sich dies vorteilhaft für den
Versand der Zähler ausnutzen läßt.
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Wenn die Magnete 54, 56 nicht das schwebende System zu stützen haben,
beispielsweise die Grundplatte eine horizontale Lage einnimmt, ist die magnetische
Anziehung groß genug, um die Scheibe44 nach links gegen die oberen Polenden der
Bremsmagnete zum Anliegen zu bringen, wie dies bei 66 gezeigt ist. Damit wird ein
Vibrieren und Klappern der Teile verhindert. Überdies ergibt sich eine Ersparnis
an Zeit und Kosten, da es sonst, um Zähler für den Versand herzurichten, vielfach
üblich ist, einen Keil oder eine Feder zu verwenden, um die Ankerscheibe in einer
gegebenen Lage festzuhalten.
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Im übrigen ist zu berücksichtigen, daß die Abstoßungskraft, die sich
aus dem Zusammenwirken der gleichnamigen Pole ergibt, auch eine horizontale Komponente
hat und daß die gleichnamigen Pole sich einander nähern, wenn der drehbare Magnet
gegenüber dem fest stehenden sich nach unten bewegt, diese Komponente mit wachsendem
Gewicht größer wird, woraus sich radiale Kräfte im Sinne einer Zentrierung des drehbaren
Magnets ergeben. Diese zentrierende Kraft ist von wesentlicher Bedeutung für das
Arbeiten lder erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie bewirkt eine seitliche Stabilität
mit dem Erfolg, daß eine geringe seitliche Verlagerung des aufgehängten Systems
gegenüber den Führungslagern nicht einen stärkeren seitlichen Druck an den Lagern
herbeiführt. Im Hinblick auf diese erwünschte Wirkung einer Verminderung des Seitendrucks
empfiehlt es sich, den drehbaren Magnet in einer solchen Lage schwebend zu halten,
daß die Zone seines oberen Pols nahe der neutralen Zone des fest stehenden Magnets
liegt.
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Daß die beiden Magnete in einem möglichst geschlossenen Flußpfad
liegen, ist höchst w,irkungsr voll und vorteilhaft. Da die magnetomotorische Kraft
jedes Magnets die des anderen unterstützt, wirken beide Enden der Magnete im Sinne
eines Anhebens des drehbaren Elementes. Der magnetische Widerstand des Magnetkreises
ist erheblich verringert, und der Streufluß verringert sich auf einen Mindestwert,
so daß die nutzbare magnetische Energie der beiden Magnete in der wirksamsten Weise
ausgenutzt wird. Es können infolgedessen viel kürzere Magnete verwendet werden,
was eine wesentliche Materilalersparnis bedeutet und weiterhin für die Möglichkeit
von großer Wichtigkeit ist, eine magnetische Aufhängung und Führungsteile zu verwenden,
die innerhalb der normalen vertikalen Länge der Ankerachse untergebracht werden
können, s;o daß die Abmessungen des Zählers nicht vergrößert werden müssen. Aus
der Möglichkeit, einen normalen Zählerrahmen zu verwenden, ergibt sich eine erhebliche
Kostenersparn,is, und weiterhin lassen sich damit vorhandene Zähler noch nachträglich
in einfacher Weise mit einer magnetisehen Aufhängung ausrüsten.
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Dadurch, daß die magnetomotorischen Kräfte der beiden Magnete einander
im wesentlichen unterstützen, kann die Vorrichtung auch verhältnismäßig unempfindlich
gegen kleine seitliche Abweichungen oder eine Exzentrizität der drehbaren Magnete
mit kleinem Durchmesser gemacht werden, denn eine derartige Anordnung gestattet
die Verwendung verhältnismäßig großer ringförmiger Luftspalte zwischen den Magneten,
so daß der drehbare Magnet eine merldiche Bewegung seitlich oder exzentrisch ausführen
kann, ohne eine nennenswerte Vergrößerung der Kraft zu bewirken, die ihn aus der
zentrischen Lage zu entfernen sucht. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das drehbare
System besser in die Lage versetzt wird, unausgeglichenen- seitlichen Drucken zu
widerstehen, die auf es ausgeübt werden.
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Die Anordnung der Magnete in axialer Symmetrie, so daß der bewegl,iche
Magnet um seine Polachse rotiert, ist insofern ebenfalls von Wichtigkeit, als damit
die Hysterese- und die Wirbelstromwirkungen auf einen Mindesitwert heruntergedrückt
werden können. Wenn die Magnete aus homogenem magnetischem Material zusammengesetzt
und gleichmäßig magnetisiert sind, besteht zwischen dem fest stehenden und dem beweglichen
Magnet immer ein im wesentlichen gleichförmiger radialer Fluß bzw. ein gleichförmiges
magnetisches Potential, so daß Hysterese- und Wirbelstromwirkungen nicht auftreten
können. Soweit derartige Wirkungen vorhanden sind, ergeben sie Schwierigkeiten beim
Anlauf sowie ein bremsendes Drehmoment an dem dreh-
baren System
während seines Umlaufes, und sie vermindern die Wirksamkeit der Aufhängung.
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Es gibt im Betrieb der Wattstundenzähler überhaupt verschiedene wichtige
Wirkungen, die eine Beeinflussung der für die Aufhängung des umlaufenden Systems
benutzten Magnete ergeben können.
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So besteht bei Dauermagneten bekanntlich eine diesen innewohnende
Neigung, im Laufe der Zeit sich allmählich zu schwächen. Auch magnetische Störungen
oder Temperaturänderungen können eine solche Schwächung herbeiführen. Die in Verbrauchernetzen
von Kraftwerken eingebauten Zähler unterliegen im allgemeinen unter den dabei in
Betracht kommenden Bedingungen zwei Arten magnetischer Störungen. Einerseits kann
auf der Verbraucherseite des Zählers ein Kurzschluß auftreten, der kurzzeitig einen
Strom von hundert- bis tausendfacher Stärke des Zählernenustromes durch die Stromspule
oder -spulen fließen läßt, ehe die Sicherungen oder Unterbrecher den Stromkreis
öffnen. Andererseits ist es möglich, daß der Zähler vorübergehend für sehr kurze
Zeit einer ueber spannung oder einem Überstrom unterworfen wird, besonders im Falle
eines durch einen Blitzschlag verursachten Stromstoßes. Derartige B'-ktzstromstöße
können von verschiedenster Stärke sein bis zu einem Wert, der genügt, den Zähler
zu verbrennen oder seine Isolation zu zerstören, aber häufig sind diese Stromstöße
dazu nicht ausreichend und bewirken lediglich kurzzeitig einen ungewöhnlich starken
Strom in der Spannungswicklung des Zähler.s. Wenn eine dieser Störungsarten eintritt
oder auch beide gemeinsam, ergeben sich um die Zählerspulen herum starke magnetische
Felder, und ihre Eisenkörper können vollständig gesättigt werden, so daß erhehiicbe
Streufelder hervorgerufen werden. Diese möglichefweise auftretenden Felder können
in der Größenr ordnung des Hundert- oder gar Tausendfachen des Normalwertes der
Streufelder sein, denen die Aufhängemagnete gewöhnlich unterworfen sind, und da
sie gewöhnlich Idurch VV;echselstrom hervorgebracht werden, wirken sie entmagnetisierend.
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Infolge der Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem die Dauermagnete
54, 56 bestehen, und des Umstandes, daß sie vor dem Einbau in den Zähler einer Entmagnetisierung
durch einen Wechselstrom unterworfen werden, läßt sich erreichen, daß diese Magnete
ihren Magnetismus weitgehend konstant halten und Wattstundenzähler, die mit der
eridungsgemäß en magnetischen Aufhängung versehen sind, ihre gute Wirksamkeit praktisch
unbeschränkt behalten. Diese Wechselstromentmagnetisierung, der die Magnete absichtlich
unterworfen werden, indem man enne gewisse Zahl entmagnetisierender Amperewindungen
auf sie wirken läßt, macht sie in einem wesentlich erhöhten Maße widerstands fähig
gegen Stromstöße, so daß das Vorstehende selbst dann zutrifft, wenn ein außerordentlich
starkes Störfeld in der Nähe der Aufhängemagnete hervorgebracht werden sollte. Die
Zahl der enttnagnet,isierenden Amperewindungen für die Längeneinheit bildet in weitem
Umfange ein Maß für die Unabhängigkeit eines gegebenen Magnets. gegenüber entmagnetisierenden
Einflüssen, wie Stromstößen der vorerwähnten Art. Bisher hat man vielfach magnetische
Schirme benutzt, um die Magnete gegen die entmagnetisierenden Wirkungen von Stromstößen
zu schützen, aber dieses Mittel ergibt nur einen teilweisen Schutz gegen derartige
Stromstoßwirkungen da es fast unmöglich ist, eine magnetomotorische Kraft durch
einen magneüschen Schirm vollständig abzufangen.
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Wegen der Möglichkeit, das Entmagnetislierungsprinzip in dem notwendigen
Maße auf die hochkoerzitiven Werkstoffe anzuwenden, hat es sich als nicht unbedingt
erforderlich erwiesen, entweder einen magnetischen oder einen stromleitenden Schirm
in Verbindung mit der Anordnung nach Eig. - 4 zu verwenden. In gewissen Fällen,
insbe sondere wenn ein äußerst enger Zusammenbau erforderlich ist, so Idaß die Aufhängemagnete
sehr dicht neben den Arbeitsspulen des Zählers angebracht werden müssen, empfiehlt
es sich jedoch, einen stromleitenden Schirm oder einen magnetischen Schirm oder
beide zu verwenden, wie dies die Fig. 5 zeigt. Der magnetische Schirm ergibt einen
gewissen Schutz der Magnete gegen die Wirkung stetiger oder gleichförmiger äußerer
Felder einschließlich derjen,igen von geringer Frequenz; der kupfer- oder stromleitende
Schirm schützt die Magnete in gewissem Umfange vor Hochfrequenzstromstößen und Sprungwellen,
wie sie infolge Blitzschlages oder beim Schalten- auftreten können.
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Wattstundenzähler, bei denen die erfindungsgemäße magnetische Aufhängung
benutzt wird; wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist, und deren Aufhängemagnete im
wesentlichen aus einer Kupfer-Ntilckel-Kobalt-Legierung bestimmter Zusammensetzung
bestehen, sind in geräuschfreien Räumen im Vergleich mit solchen der bisherigen
normalen Ausführung mit Kugel- und Zapfenlager untersucht worden. Bei Lasten zwischen
200 und 400°/o der Nennlast wurde dabei festgestellt, daß der Zähler mit dem Kugel-
und Zapfenlager klapperte oder jedenfalls ein durch den Führungsteil des Unterlagers
verursachtes und durch die Ankerscheibe verstärktes Geräusch ergab, das darauf zurückzuführen
ist, daß die Kugel über den Radius der Edel steinschale auf und ab gleitet. Die
Wattstundenzähler mit einer magnetischen Aufhängung gemäß der Erfindung zeigten
demgegenüber einen vollständig ruhigen Lauf bis zu 6oo 0/o der Nennlast. Außerdem
ändert sich bei den Zählern mit Kugel und Zapfenlager bei hohen Lasten die Lage
der Anlçerscheibe in dem Luftspalt der Bremsmagnete, weil die Kugel an der Seite
des Unterlagers hochzuklettern sucht.
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Infolge des hohen Flußgefälles oder auch der ungleichen Flußverteilung
über die Breite des Luftspaltes solcher Brenismagnete tritt, wenn sie, wie es gewöhnlich
der Fall ist, aus hochkoerzitivem Werkstoff bestehen, mit dieser Lageänderung der
Ankerscheibe eine erhebliche Mderung der geeichten Werte ein. Bei der Untersuchung
einer Vorrichtung nach Art der Fig. 4 wurde auch noch ein genügender Strom durch
die Arbeitsspulen des Zählers ge-
schickt, um diese Spulen zu zerstören,
aber selbst unter dieser Bedingung konnte keine nennenswerte Lageänderung der Ankerscheibe
in den Luftspalten der Bremsmagnete festgestellt werden.
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Gewöhnhcbe Wattstundenzähler können Temperaturänderungen zwischen
600 unter Null und I00° über Null unterliegen. Auch hierbei ändert sich, wie ebenfalls
durch Versuche festgestellt werden konnte, die Lage der Ankerscheibe in den Luftspalten
der Bremsmagnete nicht.
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Da.mit hat die erfindungsgemäße magnetiscbe Aufhängung sich als geeignet
erwiesen, den bes-onderen Bedingungen und störenden Einflüssen, die beim Betrieb
von Wattstundenzählern zu berücksichtigen sind, mit vollem Erfolg zu genügen. Sie
eignet sich aber auch für die Aufhängung der drehbaren Systeme der verschiedensten
sonstigen Arten von Meßgeräten. Dabei ergibt sie eine größere Genauigkeit der Registrierung
oder Anzeige, weil die Lagereibung vermindert ist. Weiterhin macht sie eine häufige
Nachprüfung unnötig, so daß dadurch eine Verminderung der laufenden Kosten erzielt
wird.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist angenommen, daß die
Aufhängemagnete auf der oberen Seite der Ankerscheibe angebracht sind, um sie möglichst
weit von den Spulen des Triebsystems zu entfernen, und weil damit die günstigste
Raumausnutzung zu erzielen ist. Grundsätzhch ist es aber auch möglich, die Magnete
irgendwo, sonst längs der Ankerachse anzuordnen. Der Zähler, bei dem die Aufhängevorrichtung
benutzt wird, kann im übrigen natürlich ein Mebrphasenzähler sein, wobei die Triebsysteme
auf eine oder mehrere Ankerscheiben wirken können. Statt der rohrförmigen Magnete
in hoblzyhndrischer Form läßt sich die Ausführung weiterhin noch so treffen, daß
entweder die Innenfläche des äußeren Magnets oder die Außenfläche des inneren Magnets
der Außenfläche eines vielkantigen Körpers entspricht.