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Wattstundenzähler nach dem Ferraris'schen Prinzip als Zwischenzähler
Die
von den Elektrizitätsversorgungsunternehmen für die Verrechnung der gewerbsmäßig
abgegebenen elektrischen Arbeit eingesetzten Elektrizitätszähler stellen hochgezüchtete
Meßinstrumente hoher Präzision dar. Die hohe Präzision dieser Meßinstrumente ist
durch den gewerbsmäßigen Einsatz bedingt; aus dem gleichen Grunde haben sie daher
auch bestimmten behördlichen Anforderungen zu genügen und müssen laufend überwacht
werden.
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Durch die hohe Präzision, die solche Geräte aus den obengenannten
Gründen haben müssen, ergibt sich natürlich auch ein relativ hoher Preis.
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Es gibt nun in neuerer Zeit zahlreiche Fälle, in denen nicht eine
gewerbsmäßige. sondern eine rein interne Ermittlung des Verbrauchs elektrischer
Arbeit vorgenommen werden soll, z. B. bei der Aufteilung des anteiligen Verbrauchs
in gemeinsamen Haushaltungen mit verschiedenen Verbrauchern. In diesem Falle, wo
die Zähler also als Zwischenzähler eingesetzt werden. interessiert lediglich ein
angenäherter Verbrauchswert. In großen Fertigungsbetrieben wird ferner heutzutage
angestrebt, für die Wirtschaftsplanung und die Rentabilitätsrechnung den etwaigen
Energieverbrauch der einzelnen Antriebsmaschinen. Fertigungsstätten, Beleuchtungsstromkreise
usw. zu ermitteln. In all diesen Anwendungsfäl len werden an die eingesetzten Zähler
nur geringere Anforderungen hinsichtlich der Meß-
genauigkeit gestellt.
Da die Meßgenauigkeit und somit auch der Fertigungspreis unmittelbar zusammenhängen,
genügt es für diese Zwecke, einfachere und damit auch billigere Meßgeräte einzusetzen.
Robustere Zähler sind in den geschilderten Einsatzfällen außerdem auch durchaus
erwünscht. In den Fällen, wo die Zähler als Zwischenzähler eingesetzt werden, kommt
die Forderung hinzu, deren Abmessungen möglichst gering zu halten, um sie möglichst
unauffällig installieren zu können. Äbiiliche Gesichtspunkte sind noch für den Einsatz
in Maschinenbetrieben maßgebend, wo die Zähler mit der Arbeitsmaschine zu einer
Einheit verbunden werden.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, einen Wechsel stromzähler
nach dem Ferraris'schen Prinzip als Zwischenzähler zu entwickeln, der den geschilderten
Anforderungen genügt, d. h. klein, robust und billig herzustellen ist und trotzdem
eine für die geschilderten Zwecke ausreichende Anzeigegenauigkeit gewährleistet.
Sie ist hierbei von der Überlegung ausgegangen, daß die älteste Ausführungsform
von Zählern nach dem Ferraris'schen Prinzip, nämlich die Trommelläufertype, für
diese Zwecke besonders geeignet ist, wenn man sie zweckentsprechend ausbildet.
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Gemäß der Erfindung wird für die geschilderten Zwecke ein Wattstundenzähler
nach dem Ferraris'-schen Prinzip als Zwischenzähler mit einem konzentrisch zu einem
inneren, kreuzförmig ausgebildeten Eisenkernstück und zu einem äußeren Eisenschlußstücli
angeordneten Trommelläufer vorgeschlagen, der sich dadurch kennzeichnet, daß sowohl
die Strom- als auch die Spannuiigsspule auf den Polansätzen des kreuzförmig ausgebildeten
inneren Eisenkernstiiclies untergebracht sind und das äußere Eisenschlußstück als
ein unbewickelter Eisenrückschlußring ausgebildet ist. Gegenüber den bisher bekanntgewordenen
Wattstundenzählern mit Trommelläufer (deutsches Patent 98 211), bei denen letzterer
einen unbewickelten zylindrischen Eisenkern umschließt und seinerseits von einem
Eisenschlußring umgeben ist, der nach innen zu gerichtete Polansätze für die Aufnahme
der Antriebswicklungen besitzt, ergibt sich mit der Anordnung nach der Erfindung
der Vorteil einer erheblichen Vergrößerung des Trommeldurchmessers und damit eine
entsprechende Leistungssteigerung des Zählermotors, wobei entsprechend dem vergrößerten
Durchmesser der Trommel ihre Wandstärke verringert werden kann. Umgekehrt ergibt
sich aber damit die Möglichkeit, bei gleicher Leistung den Außendurchmesser des
Zählers gegenüber der bekannten Bauart wesentlich zu verringern. Ein weiterer Vorteil
der neuen Bauart liegt in der einfacheren Herstellbarkeit der einzelnen Bauteile
und in der bequemeren Montage des Zählers. Es sei darauf hingewiesen, daß Wattstundenzähler
nach dem Ferraris'schen Prinzip mit Trommelläufer auch schon mit kreuzfönnig ausgebildetem
inneren Eisenkernstück bekannt sind (deutsches Patent 109 725). Bei diesen sind
jedoch auf dem Eisenkernstück lediglich Teile der Feldwicklung (Stromwicklung) aufgebracht.
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Die übrigen Teile der Feldwicklung (Spalmungswicklung) befinden sich
bei diesen Ausführungen auf dem äußeren Eisenschlußstück, weil man glaubte, diese
Spannungswicklung wegen ihrer wesentlich größeren Abmessung als die Stromspule aus
Platzmangel innerhalb der Trommel auf dem Eisenkernstück zusätzlich nicht unterbringen
zu können, wenn man sich nicht gleichzeitig wieder andere Nachteile einhandeln wollte.
Es sind weiterhin Zähler nach dem Ferraris'schen Prinzip mit Trommelläufer und innerhalb
letzterer angeordnetem Eisenkernstück bekanntgeworden (USA.-Patent 603 515), bei
dem auf dem Rernstücl; sämtliche Feldwicklungen angebracht sind. Bei diesen Geräten
handelt es sich indessen nicht um Wattstunden-, sondern um Amperestundenzähler,
wo also die Feldwicklung ausschlieRlich aus zwei Stromspulen besteht. Darüber hinaus
hat man bei diesen Amperestundenzählern an die Anbringung eines wicklungslosen Rückschlußringes
überhaupt nicht gedacht. Auch diese zuletzt genannte Zählerausbildung beweist das
bereits weiter oben Ausgeführte, daß ganz offensichtlich in der Fachwelt ein Vorurteil
bestand, daß man bei einem Ferrariszähler der fraglichen Art aus Platzmangel im
Innern des Trommelläufers auf dem Eisenkemstück nur Stromspulen und nicht auch relativ
große Spannungsspulen unterbringen könne. Schließlich sei darauf verwiesen, daß
es bei als Arbeitsmaschine dienenden Elektromotoren nach dem Ferrarisprinzip mit
Gloclienanlier-bekannt ist (z. B. deutsches Patent 528 848), sämtliche Triebwiclilungen
im Innern des Glockenankers anzuordnen und einen wicklungslosen äußeren Rückschlußring
vorzusehen. Bei diesen Motoren sind jedoch nicht gesonderte Strom-und Spannungsspulen
auf Polansätzen eines kreuzförmigen Eisenl;ernstücl;es angeordnet. Entweder weisen
diese Arbeitsmaschinen das Triebeisensystem eines Spaltmotors mit einer großräumigen
Spulenanordnung auf, oder die Triebwicltlung ist dort in Nuten des Eisenkern untergebracht.
Da bei Arbeitsmaschinen - infolge der wesentlich anders gelagerten Aufgabenstellung
- der Wonstrukteur bei der Auslegung mehr Freiheit bezüglich der Gesamtdimensionierung
hat, war es für ihn keineswegs selbstverständlich, daß bei Zählern. d.h. bei Meßwerken
nach dem Ferrarisprinzip, deren Abmessl gen sehr klein gehalten werden sollen. die
Strom-und die Spanllungswiclilullg auf Polansätzen des Eisenkernstücks untergebracht
werden können. Es bestand für ihn vielmehr das Vorurteil. daß dies nicht möglich
sei, wie dies die zahlreichen Vorbilder beweisen.
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In weiterer Aushildung der Erfindung besitzen die Polansätze des
Eisenkernstücks für die Aufnahme der Spannun,oswiclilungen einen kleinerer Querschnitt
als die Polansätze fiir die Aufnahme der Stromwicklungen, wobei an dem kreuzförmigen
Eisenl;ernstück zusätzliche Schenlæl vorgesehen sind, welche einen zusätzlichen
magnetischen Rückschluß für den Spannungskreis bilden. Durch diese Maßnahme erreicht
man ohne zusätzliche lesondere Schaltelemente die erforderliche Phasenverschie-
bung
der beiden Triebfelder um etwa go0 gegeneinander bei geringsten Eigenverlusten des
Spannungskreises.
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Die zusätzlichen magnetischen Rückschlüsse bringen darüber hinaus
aber noch den Vorteil mit sich, auf die Trommelläuferbewegung stark dämpfend einzuwirken,
so daß sich ein Zähler mit sehr langsam laufender Trommel ergibt und damit eine
weitestgehende Schonung der Trommellager gewährleistet ist.
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Auf besondere Dämpfungsmagnete kann man daher unter Umständen verzichten.
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Für den Fall, daß der Zähler in bekannter Weise zusätzlich mit einer
Hilfswicklung (Kurzschlußwicklung) zur Erzeugung eines zusätzlichen Drehmomentes
(beim Anlaufen oder zur Kompensierung der Reibungswiderstände in den Trommellagern)
ausgerüstet wird, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung diese Hilfswicklung
in einfachster Weise auf den Zusatzschenkeln untergebracht werden, und zwar auf
einem oder zwei korrespondierenden Schenkeln.
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Die Zeichnung veranschaulicht in den Abb. 1 bis 3 zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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In Abb. I ist der elektrische Teil eines Induktionszählers nach dem
Ferraris'schen Prinzip angedeutet.
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Der mechanische Zählerwerksteil ist fortgelassen.
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In einem zylindrischen Gehäuse I sitzt fest ein unbewickelter Eisenrückschlußring
2 aus Dynamoblech, der konzentrisch zu einem inneren Eisenkernstück 3 angeordnet
ist, das ebenfalls fest auf einem Ansatz4 4 des Gehäusebodens 5 sitzt. Zwischen
Eisenrückschlußring 2 und innerem Eisenkernstück 3, das ebenfalls aus Dynamoblech
besteht, ist ein aus Aluminium bestehender Trommelläufer 6 drehbar angeordnet. Die
Trommel wird von einer Drehachse 7 getragen, die im Innern des hohlen Ansatzes 4
und bei 8, z. B. in Steinen, gelagert ist. Mit g ist ein fest auf der Drehachse
sitzendes Ritzel angedeutet, welches die Achsdrehbewegung auf die nicht weiter angedeutete
Zählwerksanordnung überträgt. Das intiere Eisenkernstück 3 ist, wie aus Abb. 2 ersichtlich,
kreuzförmig ausgebildet. Auf den Polansätzen I0, 11, I2 und I3 sind die Antriebswicklungen
(Spannungswicklung 14 und I5 und Stromwicklung I6 und I7) angeordnet.
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Abb. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung des Triebsystems. Hier
besitzen die Polansätze 10 und r r für die Aufnahme der Spannungswicklung 14 und
I5 einen kleineren Querschnitt als die Polansätze 12 und 13 für die Aufnahme der
Stromwicklungen I6 uiid 17. Außerdem sind an dem kreuzförmigen ltisenkernstück zusätzliche
Schenkel 1S, 19, 20 und 21 vorgesehen, welche einen magnetischen Rück schluß für
den Spannungskreis bilden. Auf den Schenkeln IS und 20 sitzen außerdem zwei kleine
Kurzschlußwicklungen 22 und 23.