Elektrischer Induktionszähler.
Vorliegende Erfindung betrifft einen elek trischen Induktionszähler mit einer Triebscheibe als bewegliches Organ. Die Bewegung der Triebscheibe wird bei solehen Zählern vorzugsweise durch Dauermagnete gebremst.
Gemäss der Erfindung werden die Dauermagnete, die vorzugsweise aus einem Alaterial von ausserordentlich hoher äusserer Energie und Remanenz hergestellt sind, unmittelbar in den aus einem Stüek bestehenden Zähler- tragrahmen aus nichtferromagnetischem Material eingebettet. Insbesondere können sie in einen aus Spritzgu# hergestellten Zählertragrahmen eingespritzt sein.
Ein wichtiger Faktor beim Herstellen von Dauermagneten ist eine Wärmebehandlung, bei weleher der Magnet bis unter den Curie Punkt abgekühlt wird, während er einem ihn in derselben Axe oder Richtung wie der Dauermagnetfluss im fertigen Magneten durchsetzenden lIagnetfeld ausgesetzt ist. Dadureh erhält das Magnetmaterial eine magnetische Vorzugsriehtung und besonders gute per manent-magnetische Eigensehaften. Naeh dieser Wärmebehandlung wird der Magnet auf herkömmliche Art und Weise dauermagnetisiert.
Um einen solchen Magnet in einem beispielsweise durch Spritzguss hergestellten Zählerrahmen einzubetten, muss er auch auf eine Temperatur erhitzt werden, die angenähert dem Schmelzpunkt des verwendeten Spritzgussmaterials entsprieht, und die endgültige Polarisation des Magneten sollte nach diesem Erwärmen eintreten.
Bei einem bevorzugten bekannten Verfahren werden die Magnete zuerst durch Erhitzen in einem magnetischen Feld, während des Kühlens bis zum Curie-Punkt, längs der gewünsehten Axe magnetisch anisotropisch gemaeht. In der Folge werden die Magnete im Bereich von 600 Alterungsbehandlungen unterworfen. Naeh letzterem dürfen die Magnete nicht wieder auf den genannten Temperaturbereich erhitzt werden, ansonst die magnetischen Eigensehaften verlorengehen.
Wenn aber die Temperatur sieh dem Curie Punkt nähern sollte-der im Bereich von 800 bis 900 liegt - so würden nicht nur die permanent-magnetischen, sondern aueh die anisotropischen Eigenschaften des Magnetmaterials zerstört. Wenn die Magnete bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Spritzguss in ein Spritzgussmaterial eingegossen werden, so soll dessen Schmelz- punkt beträchtlich unter der Curie-Temperatur liegen. Ein geeignetes Spritzgussmaterial besteht aus einer Legierung von 11 bis 13"/o Silizium und der Rest aus Aluminium, mit einem Schmelzpunkt von angenähert 580", es können aber aueh andere Spritzgussmaterialien verwendet werden.
Die Dauermagnete werden bei diesem Spritzgussvorgang während einer verhältnismässig kurzen Zeit erhitzt, und die Magnettemperatur bleibt unterhalb den vorgängigen Alterungstemperaturen, so da# die vorher erhaltenen magnetischen Eigenschaften erhalten bleiben. Die Magnete werden dann nachträglich magnetisiert, während sie in dem erhärteten Spritzgussmaterial eingebettet sind.
Bei solehen polarisierten Dauermagneten muss besonders darauf geachtet werden, dass ein Berühren derselben mit andern magneti schen Materialien vermieden wird. Wenn z. B. der Magnet von einem gewöhnlichen Sehranbenzieher berührt wird, so wird letzterer den mit ihm in Berührung gebrachten Teil des Magneten kurzschliessen, und die Stärke des Magneten wird beträehtlieh vermindert. Da bei der bevorzugten, erfindungsgemässen Ans- führungsform die Magnete vor der endgültigen Polarisation in nichtmagnetischem Spritzgussmaterial eingebettet werden, sind sie also vor diesem Risiko bewahrt.
Obgleich die Dauermagnete zweeks an und für sich bekannten Verminderns des seitlichen Sehubes vorzugsweise ganz nahe bei den Zählerantriebsmagneten liegen, sind sie nichtsdestoweniger gegen Entmagnetisieren durch iiberströme vollkommen geschützt, wie sie in den Antriebszählerspulen und Leiter auftreten können, da sie vom Spritzmaterial umgeben sind, das einen guten Leiter dar- stellt und somit Kraftlinienflussstosse dämpft.
Die Dauermagnete weisen vorzugsweise die Form eines C auf, und die aus Dauermagnetmaterial bestehenden Pole sind auf entgegen- gesetzten Seiten der Zählerseheibe angeordnet, um anderungen in der Bremskraft zu verhindern, die sonst zufolge Schwankungen der Lage der Scheibe in der Dämpfflusslücke auftreten können. Die Dämpfmagnete sollen ferner svmmetrisch zu den Antriebskraft-Wirbe]- strömen in der Zählerscheibe angeordnet sein, um so auf bekannte Art und Weise Vibrationen zu vermindern, die durch Wechselwirkung zwischen diesen Wirbelstromen und dem Dämpffluss entstehen.
Obwohl die Dämpfmagnete fast vollständig in einem nichtmagnetischen Spritzguss-Zähler- rahmen eingeschlossen sind, können doch sowohl Temperaturausgleich-Nebensehlüsse für die Magnete, wie auch Mittel zum Verändern der effektiven Dampfmagnetstärke für Zwecke der Zählereiehung vorgesehen werden. Die bei der neuen Dämpfmagneteinriehtung verwendete Menge an magnetischem Material, z. B. bei einem Wattstunclenzähler, kann weniger als ein Viertel der bisher in kommerziell erhältliehen Wattstundenzähler gebrauchten menue betragen.
Weiter kommen alle Konsolen, Stützen und Lagerverstellungsorgane wie sie für die Bremsmagneteinrichtung in solehen kommerziellen Zählern verwendet werden, in Wegfall.
Ein Ausführunsgbeispiel vorliegender Erfindung ist in der Zeiehnung dargestellt, und zwar zeigt :
Fig. 1 eine Vorderansicht derselben, mit gewissen Teilen im Schnitt,
Fig. 2 eine Teilansicht von hinten gesehen,
Fig. 3 eine Ansicht von unten, wobei die Lage eines der beiden Bremsmagnete relativ zur Welle und zum Anker veranschaulicht ist,
Fig. 4 dient zur Erläuterung der Magnetisierung der in den Zählerrahmen eingesetz- ten Bremsmagnete, und
Fig. 5 und 6 ist ein Sehnitt hzw. eine Stirnansieht einer Nebenschlusseinrichtung eines der beiden Bremsmagnete für Zweeke der Belastungseinstellung.
Mit 1 ist das Gehäuse, mit 2 die Frontglas- plat. te und mit 3 der Klemmenkasten eines Einphasen-Induktionszählers bezeiehnet. Eine Scheibe 4 aus leitendem Material sitzt auf einer Welle 5, die in einem obern und untern Lager 6 bzw. 7 gelagert ist. Die Welle 5 treibt über ein Getriebe die Zeiger 8 an. Die Scheibe 4 wird in bekannter Weise durch die von einem U-formigen Stromeisen 11 und einem E-formigen Spannungseisen 9 erzeugten Wechselfelder angetrieben. Die Kerne der beiden Elektromagnete sind durch seitliebe Magnetjochteile 13 verbunden.
Wie bekannt, sind die magnetischen Kerne an der Rüekseite eines Tragrahmens 14 befestigt, der einen Schlitz zur Aufnahme der Triebscheibe 4 aufweist.
Die Zählerlager sind an der Vorderseite des Zählerrahmens angeordnet und ebenso das Zahlwerk. Der Rahmen des letzteren ist mit 16 bezeichnet. Der Tragrahmen 14 besteht aus niehtferromagnetischem Spritzgussmate- rial und weist die erforderlichen Augen, Stützen und Schraubenlöcher auf, welche zur Befestigung der Zählerteile und zu seiner Befestigung im Zählergehäuse 1 nötig sind.
Der Tragrahmen 14 ist gewöhnlich auch mit einer vorspringenden Konsole versehen, auf der eine Bremsmagneteinrichtung be- festigt ist, und die zwecks Einstellens der Bremskraft radial zur Zählerscheibe 4 verstellbar ist. Im vorliegenden Falle sind jedoch die relativ kleinen Bremsmagnete 18 fest mit dem Tragrahmen 14 dadurch verbunden, dass sie direkt in denselben eingebettet sind.
Diese Bremsmagnete sind in der Nähe des Uni- fanges der Zählerscheibe 4 an diametral gelegenen Punkten vorgesehenen hülsenformigen Teilen 19 des Tragrahmens 14 angeordnet.
Diese Magnete 18 sind C-formig, und ihre einander gegenüberliegenden Pole liegen beid- seits der Scheibe 4. Die Querschnittsfläche der Magnete nimmt von der Jochmitte gegen die Polsehuhe ab. Wie in der Zeiehnmng dargestellt, sind diese Magnete 18 sowohl innenwie aussenseitig von Spritzgussmaterial umschlossen, ausgenommen an den gegen die Zäh lerscheibe geriehteten Polfläehen. Das innerhalb der Magnete liegende Spritzgussmaterial bildet einen C-formigeen Ring 20 auf der Innenseite der Magnete.
Eine C-formige Scheibe 21 aus ferromagnetischem Material niederer Permeabilität und mit einem negativen Permeabilitätstemperaturkoeffizienten, welcher zur Kompensation des Temperatur- fehlers des Zählers dient, liegt flach an der Rückseite dieser Magnete 18 an, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Diese Kompensatoren 21 führen einen relativ kleinen Teil des Dauermagnet- flusses im Nebenschluss zu dem Fluss zwischen den Polsehuhen, und die Grösse dieses Neben schlussflusses verringert sich mit steigender Temperatur.
In diesen Kompensationsscheiben 21 fliesst der Nebenschlussfluss entgegengesetzt zum Fluss im Alagnet. Die C-formige Scheibe 21 besteht aus einer Nickel-Eisenlegierung mit etwa 29"/o Nickel, und wird nach der die Anisotropie des Magnetmaterials erzeugenden Wärmebehandlung, aber vor dem Eingiessen der Magnete in das Spritzgussmaterial) seit- lich am Dauermagneten festzementiert.
Zweeks Veränderung des Dämpfungsgrades und der richtigen Einstellung@der Scheiben- drehzahl für eine gegebene Belastung wurden bei bekannten Zählern die Bremsmagnete radial zur Zählerseheibe 4 verschoben. Beim dargestellten Zähler sind die beiden Bremsmagnete 18 fest, und die Einstellung erfolgt mit Hilfe eines magnetisehen Nebenschlussorganes 22, das in dem zylindrisehen Hohlraum 23 innerhalb der Magnete axial verschiebbar ist. Das Organ 22 besteht aus Weich- eisen und ist auf der Seite der Scheibe4 bei 24'mit einer Nute versehen, damit eine Berührung mit der Scheibe 4 in irgendeiner Einstellage vermieden wird. Weiterhin sind beidseits dieser Nut Führungslippen vorgese- hen, die das Organ 22 gegen Drehung sichern.
Eine Schraube 24 mit einem von der Vorderseite des Zählers her zugänglichen Kopf durehsetzt das Organ 22. Da die Sehraube 24 sieh nicht axial bewegen kann, wird bei ihrer Drehung das mit einem passenden Innengewinde versehene Organ 22 axial in der zentralen Öffnung 23 verschoben.
An dem dem Kopf abgekehrten Ende weist die Sehraube 24 eine Ringnut auf. Dieses Ende springt aus dem Hohlraum 23 vor, durchsetzt ein Loch in einer Messingseheibe 25, und wird durch eine in die genannte Umfangsnut eingreifende Federklammer gehalten. Die Scheibe 25 und Klammer 26 sind dureh eine Schraube 27 (Fig. 2) am Rahmen 14 befestigt. Da das Organ 22 nur dureh den hülsenförmigen Teil 20 aus dem niehtferromagnetischen Ma. terial des Traggestelles vom Magneten 18 getrennt ist, wird ein Teil des Kraftlinienflusses durch dieses Nebenschlussorgan gehen, wobei dieser Teil von der Eintauchtiefe des Organes 22 in den Magneten abhängt.
In der maximalen Flussableitungsstellung kann das Organ 22 angenähert 5 /o des Bremsflusses eines Magneten ableiten. Im allgemeinen muss nur einer der beiden Magnete 18-anstatt, wie in Fig. I und 2 gezeigt., beide derselben-mit einem solehen verstellbaren Nebenschlussorgan aus- gerüstet sein. Wie rechts in Fig. 1 neben der Schraube 24 veranschaulicht, sind die Richtungen zum Drehen der Schraube für sehnelle (F) und langsame (S) Zählereinstellungen vorzugsweise durch auf dem Zählerrahmen 14 angebrachte Pfeile angegeben.
Der Hohlraum 23 zur Aufnahme des Nebenschlussgliedes 22 kann durch maschinelles Bearbeiten genau zylindrisch gemacht werden, oder-falls seine Wandung im Gusszustand belassen wird-wird sie etwas'konisch sein, wie dies zum Entfernen des Gusskernteils aus dem Hohlraum 23 notwendig ist. In Fig. 2 und 3 weist letzterer eine z. B. mittels Reibahle hergestellte genau zylindrische Form auf, so dass das Organ 22 bei jeder Einstellung einen guten Gleitsitz in diesem Hohlraum aufweist. In Fig. 5 jedoch ist der Hohlraum 23 nach dem Spritzvorgang nicht mehr bearbeitet worden, und ist daher schwach konisch. Wenn also das Organ 22 am Boden der Öffnung einen guten Gleitsitz aufweist, wird es am obern Ende derselben etwas lose sein.
Um nun eine eventuelle Änderung in der Grosse des Nebensehlusseffektes zu vermeiden, wenn das Organ 22 jeweils eine Stellung einnimmt, in der es lose im Hohlraum 23 sitzt, ist die aus Sehraube 24 und Federklammer 26 bestehende Halte-und Einstellvorrichtung so angeordnet, dass die genutete Seite des Organes 22 stets gegen die ihr benachbarte, der Triebscheibe zugerichtete Seite des Hohlraumes 23, angepresst wird, das heisst naeh rechts in Fig. 5 und 6, wodurch eine Änderung im Nebenschlusseffekt zufolge Bewegens des Organes 22 quer zur Achse des Hohlraumes 23, wie das sonst durch Vibration usw. geschehen könnte, verhindert ist.
Wie im Falle der Fig. 2 verhindert aueh hier die Form des Organes 22 und des Hohlraumes 23 an ihren gegenseitigen Berührungsflächen eine Drehung des Organes 22.
Zu diesem Zweck ist die Federklammer 26' in Fig. 5 und 6 so angeordnet, dass sie die Sehraube 24 axial nach unten (Fig. 5) zu zieht und deren unteres Ende naeh rechts drüekt, um in jeder Axialeinstellang des Organes 22 dessen offene Seite neben der Luft- spaltseite des Magnetes 18 zu halten. Die Öff nung 30 im Spritzgçlssmaterial um den Hals der Sehraube 24 ist dabei genügend weit gemacht, um der Schraube 24 ein Auspendeln um ihren Kopf und dem andern Ende der Schraube ein seitliches Verschieben zu ermöglichen.
Die Federklammer 26' kann aus Phosphorbronze hergestellt sein und weist ein gegen den Zählerrahmen 14 sich abstützendes, gebogenes Ende 31 auf und einen zentralen geschlitzten, in die Umfangsnut der Schraube 24 eingreifenden Ansatz 32 (Fig. 6), und auseinandergespreizte federnde Finger 33 und 34, deren Enden sich ebenfalls auf einen Teil des Rahmens 14 abstützen.
Die Klammer 26'ist somit zwischen der Oberfläche des Zählerrahmens 14 und der Umfangsnut in der Schraube 24 eingespannt, so dass sie letztere in Fig. 5 nach unten zieht.
Die Federklammer 26' und das von ihr umsehlossene Ende der Sehraube 24 werden dadurch nach reehts in Fig. 5 und 6 gedrückt, dass die Aussenenden der Spreizfinger 33, 34 zwischen den vorspringenden Anschlägen 35 an der Aussenfläche des Zählerrahmens 14 eingespa-nnt sind. Vor Einsetzen der Finger 33, 34 der Feder 26'zwisehen die Anschläge 35 bilden sie ein V mit geraden Schenkeln.
Nachdem sie aber eingesetzt sind, werden ihre freien Enden gegeneinander gedrückt, wodurch die Feder 26'einen nach rechts wirken- den federnden Keil bildet, wie in Fig. 6 dargestellt, so dass der Nebensehlusskorper 22 gegen die Schlitzseite des Hohlraumes 23 gedrückt wird. Das eine oder beide Fingerenden können über eine an der Seitellwand des Rah- mens 14 vorgesehene Schulter hinaus geführt sein, wie für den Finger 34 gezeigt, um diesen Zug nach rechts noch zu verstärken.
Die Klammer 26' kann leieht weggenommen und wieder eingesetzt werden, und wird zufolge ihrer eigenen Elastizität in ihrer Stellung festgehalten, in der sie ein axiales Verschieben der Sehraube 24 verhindert, diese aber gleich- zeitig soweit naeh reehts drüekt, wie das das Nebensehlussglied 22 erlaubt. Diese Einriehtung ist in der Herstellung billiger als die Nebenschlu#glied-Einstellvorrichtung naeh Fig. 3, da sie weniger Teile aufweist, weniger maschinelle Bearbeitung benötigt, und rascher zusammengestellt werden kann.
Im vorliegenden Fall können Dauermagnete 18 folgender Abmessungen verwendet werden : Au#endurchmesser 28,5 mm, maximaler Quersehnitt in Joehmitte 8 1/4X81/1 mm.
Die Polschuhe messen 8, 25X6, 35 mm. Die andem Zählerabmessungen ergeben sieh zeichnungsgemäss proportional zu den oben angeführten Abmessungen. Diese Magnete haben einen BHmax.-Wert in der Grö#enorndung von 4, 6#106 Gau#-Oersted ud eine Remanenz- kraft in der Grössenordnung von 12 000 Gauss.
Das Gewicht des magnetischen Materials für die Bremsmagnetsysteme kann gegenüber üblichen Zählern von etwa 300 auf 68 Gramm reduziert werden.
Nachdem die Magnete anisotropisch gemacht sind, werden die temperaturkompen- sierenden Scheiben 21 auf die eine Seite der Magnete 18 geklebt, wobei ein hochhitzebestän- diger, in der Wärme erhärtender plastischer Zement verwendet wird. Die Magnete werden dann in der Spritzgussform angebracht und beim Gie#en des Rahmens 14 fest mit diesem verbunden. Letzteres erhärtet rasch, so dass die Magnete sich nicht bis zum Schmelzpunkt des Spritzgussmaterials erhitzen, der bei etwa 580 liegt, und auch nicht fiir eine längere Zeit auf einer erhöhten Temperatur verblei ben. Der Spritzgu#vorgang verändert die ani sotropen Eigenschaften des Ilagnetmaterials in keiner Weise.
Bis zu u dieser Herstellungsstufe sind die Magnetkörper noch nicht ma gnetisiert, sondern nur längs der gewünschten Magnetisierachse anisotropisch gemacht wor- den. Der Rahmen 14 wird dann fertig bearbeitet, z. B. der Hohlraum 23 für das Neben sehlussglied 22 wird, falls erwünscht, mit der Reibahle genau zylindrisch bearbeitet, Bolzenund Sehraubenlöcher ausgebohrt usw. Dabei wird eine Bohrschablone benützt, so dass alle Masse genau eingehalten werden.
Die im Spritzgussmaterial eingebetteten Magnete 18 werden gemäss Fig. 4 magnetisiert.
Dabei werden Leiter 28, 29 in die beiden Hohlräume 23 eingeführt. An den Enden der Leiter ist ein flacher Kupferstreifen 36 befestigt, der genügend dünn ist, um ihn beim Einsetzen der Leiter 28, 29 durch die Luftspalte im Ralimen 14 und den Magneten 18 zu führen. Der Strom während einer Ha. lbwelle einer 60-Hz
Wechselspannung mit einem Spitzenwert von 25 000 Amp. wird dann durch den Stromkreis 28-36-29 geleitet, wie durch die Pfeile in Fig. 4 4 angegeben. Dieser Strom fliesst in entgegen- gesetzten Richtungen durch die Magnete und magnetisiert dieselben in bestimmter durch Nund S-Polbezeiehnungen in Fig. 1 dargestell- ter AVeise.
Die Magnete werden dann abgeschwächt, das heisst, durch ein Wechselstromfeld teilweise entmagnetisiert. Diese Verminderung der Ma gnetstärke liegt in der Grö#enordnung von 15 /e Der Zähler wird dann zusammengebaut und bei Belastung wird gewöhnlieh eine weitere Verminderung der Magnetstärke erforder- lieh, die ausreiehend ist, um die Magnete auf ungefähr die gewünschte Stärke herabzusetzen, wie sie durch die Zählerdrehzahl unter Nennlast gemessen wird.
Die Magnete besitzen und behalten eine hohe Magnetstärke, die als Bremsfluss im Luftspalt verfügbar ist, und die Grösse dieses Bremsflusses kann naeh Bedarf mittels der Nebensehlussorgane 22 verringert werden.
Von verschiedenen Gesichtspunkten aus gesehen ist es ein grosser Vorteil, da. die Magnete 18 in niehtferromagnetischem leitenden Material eingebettet sind. Erstens sind sie gegen zufällige Berührungen mit ferromagnetischen Werkzeugen oder Teilen, die einen Kurzschluss eines Magnetteils herbeiführen könnten, wodurch ihre Magnetstärke verkleinert würde, gesehützt. Zweitens verhindert das Spritzgussmaterial, dass sich staubformiges ferromagnetisches Material, wie z. B.
Eisenfeilstaub, Werkzeugspäne usw., am Magneten, ausgenommen am Luftspalt, anlagern könnten. Zum Sehutze der Magnete bis zum Einbau der Zählerseheibe können Keile aus Holz oder einem andern nichtferromagnetisehen Material in die Magnetluftspalte eingesetzt werden, da lediglich diese Stelle nicht vom Spritzgussmaterial geschützt ist. Falls er wünscht, kann jedoeh auch eine dünne Wand aus Spritzgussmaterial über den Polschuhen vorgesehen sein. Wenn der Rahmen in den fertigen Zähler eingebaut ist, so liegt das Spritzgussmaterial zwisehen den Magneten und den Spulen des Zählers und verhindert ein Entmagnetisieren der Magnete durch Stromstosse, die zufolge Kurzschlüssen, Blitzeinwirkungen usw. während des Betriebes zufällig in den Zählerspulen auftreten können.
Die Bremsmagnete sind durch den Tragrahmen in ihrer Stellung in bezug auf alle übrigen festen Teile des Zählers fixiert, und daher kann die Lage der Bremsmagnetspalten gegenüber den Triebmagnet-Polschuhen, Zäh- lerlagern usw. nicht zufällig verändert werden. Die Zählerseheibe und Welle können ausgebaut und wieder eingesetzt werden, ohne dass Gefahr besteht, dass die Zählereichung gestort würde. Die gezeigte Konstruktion erleichtert auch den Gebrauch einer magneti schen Lageraufhängung für die Welle 5. Diese Lager 6 sind daher vorzugsweise magnetisch aufgehängt, wie bekannt und tragen das ganze Gewicht des rotierenden Organes. Die Träger dieser Lager bilden dabei Teile des Rahmens 14.
Es ist zu beachten, dass die Bremsmagnete symmetriseh in bezug auf eine Mittellinie liegen, die durch die Drehachse und dem Mittel- punkt der TReiebmagneteinrichtung geht, und da# die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Bremsmagnete auf der dem Antriebsmagnet zugekehrten Seiten der Welle 5 verläuft und ziemlich nach am Triebmagnet liegen. Diese Anordnung ist vorteilhaft, um den seitlichen Schub auf die Zählerscheibe und -welle in an und für sich bekannter Weise (vgl. amerik.
Patentsehrift Nr. 2272748) zu verringern. Aus der in Fig. 1 dargestellten Polaritätsanordnung der Dämpfmagnete ergibt sich ferner, dass die Dämpfflüsse die Scheibe 4 auf beiden Seiten der Welle in derselben Richtung durchsetzen, von der Welle denselben Abstand aufweisen und zu ihr symmetrisch angeordnet sind. Diese Anordnung trägt dazu bei, die Scheibensehwingungen zufolge Wechselwir- kung zwischen Dämpffluss und Seheibenwir- belströmen auf bekannte Art und Weise (vgl. amerik. Patenstschrift Nr. 2316638) ziL redu- zieren.
Bei Zahlern mit mehreren Antriebssyste- men hat jedes dieser Systeme vorzugsweise einen eigenen Spritzgussrahmenteil mit in demselben eingebet. teten Bremsmagneten.
Electric induction counter.
The present invention relates to an elec tric induction meter with a drive pulley as a movable member. With such counters, the movement of the drive pulley is preferably braked by permanent magnets.
According to the invention, the permanent magnets, which are preferably made of an aluminum material of extremely high external energy and remanence, are embedded directly in the one-piece counter support frame made of non-ferromagnetic material. In particular, they can be injected into a counter support frame made from injection molding.
An important factor in the manufacture of permanent magnets is a heat treatment in which the magnet is cooled below the Curie point while it is exposed to a magnetic field penetrating it in the same axis or direction as the permanent magnetic flux in the finished magnet. This gives the magnetic material a preferred magnetic direction and particularly good permanent magnetic properties. After this heat treatment, the magnet is permanently magnetized in a conventional manner.
In order to embed such a magnet in a counter frame made, for example, by injection molding, it must also be heated to a temperature which corresponds approximately to the melting point of the injection molding material used, and the final polarization of the magnet should occur after this heating.
In a preferred known method, the magnets are first made magnetically anisotropic along the desired axis by heating in a magnetic field while cooling to the Curie point. As a result, the magnets are subjected to aging treatments in the range of 600. After the latter, the magnets must not be reheated to the specified temperature range, otherwise the magnetic properties are lost.
If, however, the temperature should approach the Curie point - which is in the range from 800 to 900 - not only the permanent magnetic, but also the anisotropic properties of the magnetic material would be destroyed. If, in a preferred embodiment of the invention, the magnets are cast into an injection molding material by injection molding, then its melting point should be considerably below the Curie temperature. A suitable injection molding material consists of an alloy of 11 to 13 "/ o silicon and the remainder of aluminum, with a melting point of approximately 580", but other injection molding materials can also be used.
In this injection molding process, the permanent magnets are heated for a relatively short time, and the magnet temperature remains below the previous aging temperatures, so that the previously obtained magnetic properties are retained. The magnets are then subsequently magnetized while they are embedded in the hardened injection molding material.
With such polarized permanent magnets, special care must be taken to avoid touching them with other magnetic materials. If z. If, for example, the magnet is touched by an ordinary visual puller, the latter will short-circuit the part of the magnet brought into contact with it, and the strength of the magnet will be considerably reduced. Since in the preferred embodiment according to the invention the magnets are embedded in non-magnetic injection molding material before the final polarization, they are thus protected from this risk.
Although the permanent magnets are preferably very close to the counter drive magnets for the purpose of reducing the lateral visual stroke, which is known per se, they are nonetheless completely protected against demagnetization by overcurrents, as can occur in the drive counter coils and conductors, because they are surrounded by the spray material, one thing represents a good conductor and thus dampens force line flux surges.
The permanent magnets are preferably in the shape of a C, and the poles made of permanent magnet material are arranged on opposite sides of the counter disk in order to prevent changes in the braking force which can otherwise occur as a result of fluctuations in the position of the disk in the damping flow gap. The damping magnets should also be arranged symmetrically to the driving force eddy currents in the meter disk in order to reduce in a known manner vibrations that arise from the interaction between these eddy currents and the damping flow.
Although the damping magnets are almost completely enclosed in a non-magnetic injection-molded counter frame, both temperature compensation by-laws for the magnets and means for changing the effective steam magnet strength for purposes of counting can be provided. The amount of magnetic material used in the new damping magnet device, e.g. B. with a watt hour meter, less than a quarter of the menu previously used in commercially available watt hour meters.
Furthermore, all consoles, supports and bearing adjustment elements such as those used for the brake magnet device in such commercial meters are no longer available.
An exemplary embodiment of the present invention is shown in the drawing, namely shows:
Fig. 1 is a front view of the same, with certain parts in section,
Fig. 2 is a partial view seen from behind,
3 shows a view from below, the position of one of the two brake magnets being illustrated relative to the shaft and to the armature,
4 serves to explain the magnetization of the brake magnets, and, inserted in the counter frame
Fig. 5 and 6 is a Sehnitt hzw. a front view of a bypass device of one of the two brake magnets for purposes of load adjustment.
With 1 is the housing, with 2 the front glass plate. te and with 3 the terminal box of a single-phase induction meter bezeiehnet. A disk 4 made of conductive material sits on a shaft 5 which is mounted in an upper and lower bearing 6 and 7, respectively. The shaft 5 drives the pointer 8 via a gear. The disk 4 is driven in a known manner by the alternating fields generated by a U-shaped current iron 11 and an E-shaped tension iron 9. The cores of the two electromagnets are connected by magnetic yoke parts 13 on the side.
As is known, the magnetic cores are attached to the rear of a support frame 14 which has a slot for receiving the drive pulley 4.
The counter bearings are arranged on the front of the counter frame, as is the payment mechanism. The frame of the latter is indicated at 16. The support frame 14 consists of non-ferromagnetic injection-molded material and has the necessary eyes, supports and screw holes which are necessary for fastening the meter parts and for fastening it in the meter housing 1.
The support frame 14 is usually also provided with a projecting bracket on which a braking magnet device is fastened and which can be adjusted radially to the counter disk 4 for the purpose of setting the braking force. In the present case, however, the relatively small brake magnets 18 are firmly connected to the support frame 14 in that they are embedded directly in the same.
These brake magnets are arranged in the vicinity of the uni- fanges of the counter disk 4, sleeve-shaped parts 19 of the support frame 14 provided at diametrically located points.
These magnets 18 are C-shaped, and their opposing poles lie on either side of the disk 4. The cross-sectional area of the magnets decreases from the center of the yoke towards the pole shoes. As shown in the drawing, these magnets 18 are enclosed on both the inside and the outside by injection molding material, with the exception of the pole faces directed against the counter disc. The injection molding material lying within the magnets forms a C-shaped ring 20 on the inside of the magnets.
A C-shaped disk 21 made of ferromagnetic material of low permeability and with a negative permeability temperature coefficient, which serves to compensate for the temperature error of the meter, lies flat against the rear side of these magnets 18, as can be seen from FIG. These compensators 21 shunt a relatively small part of the permanent magnetic flux to the flux between the pole shoes, and the size of this shunt flux decreases as the temperature rises.
In these compensation disks 21, the shunt flux flows in the opposite direction to the flux in the alagnet. The C-shaped disk 21 consists of a nickel-iron alloy with about 29 "/ o nickel and is cemented to the side of the permanent magnet after the heat treatment which creates the anisotropy of the magnet material, but before the magnets are poured into the injection molding material.
In order to change the degree of damping and the correct setting @ of the disk speed for a given load, the brake magnets were moved radially to the counter disk 4 in known counters. In the counter shown, the two brake magnets 18 are fixed, and the setting is made with the aid of a magnetic shunt element 22, which is axially displaceable in the cylindrical cavity 23 within the magnets. The organ 22 is made of soft iron and is provided with a groove on the side of the disk 4 at 24 'so that contact with the disk 4 is avoided in any setting position. Furthermore, guide lips are provided on both sides of this groove which secure the member 22 against rotation.
A screw 24 with a head accessible from the front of the meter penetrates the organ 22. Since the viewing hood 24 cannot move axially, the organ 22 provided with a matching internal thread is displaced axially in the central opening 23 when it is rotated.
At the end facing away from the head, the viewing hood 24 has an annular groove. This end protrudes from the cavity 23, penetrates a hole in a brass washer 25, and is held by a spring clip engaging in the said circumferential groove. The disk 25 and clamp 26 are fastened to the frame 14 by a screw 27 (FIG. 2). Since the organ 22 only thru the sleeve-shaped part 20 from the non-ferromagnetic Ma. material of the support frame is separated from the magnet 18, part of the flux of the lines of force will go through this shunt organ, this part depending on the depth of immersion of the organ 22 in the magnet.
In the maximum flux diverting position, the element 22 can divert approximately 5 / o of the braking flux of a magnet. In general, only one of the two magnets 18 - instead of, as shown in FIGS. 1 and 2, both of the same - has to be equipped with such an adjustable shunt member. As illustrated to the right in FIG. 1 next to the screw 24, the directions for turning the screw for fast (F) and slow (S) counter settings are preferably indicated by arrows attached to the counter frame 14.
The cavity 23 for receiving the shunt member 22 can be made precisely cylindrical by machining, or - if its wall is left in the cast state - it will be somewhat conical, as is necessary to remove the cast core part from the cavity 23. In Fig. 2 and 3 the latter has a z. B. exactly cylindrical shape produced by means of a reamer, so that the member 22 has a good sliding fit in this cavity with each setting. In FIG. 5, however, the cavity 23 has not been machined after the injection molding process and is therefore slightly conical. Thus, if the member 22 has a good sliding fit at the bottom of the opening, it will be somewhat loose at the top thereof.
In order to avoid a possible change in the size of the bypass effect when the organ 22 assumes a position in which it sits loosely in the cavity 23, the holding and adjusting device consisting of the vision hood 24 and the spring clip 26 is arranged so that the grooved Side of the organ 22 is always pressed against the adjacent side of the cavity 23 which is trimmed to the drive pulley, that is to say near the right in FIGS. 5 and 6, whereby a change in the shunt effect due to moving the organ 22 transversely to the axis of the cavity 23, as which could otherwise happen through vibration etc. is prevented.
As in the case of FIG. 2, the shape of the organ 22 and of the cavity 23 also prevents rotation of the organ 22 at their mutual contact surfaces.
For this purpose, the spring clip 26 'in FIGS. 5 and 6 is arranged so that it pulls the visual hood 24 axially downwards (FIG. 5) and presses its lower end to the right in order to keep the open side of the organ 22 in each axial adjustment next to the air gap side of the magnet 18 to hold. The opening 30 in the injection molding material around the neck of the viewing hood 24 is made sufficiently wide to allow the screw 24 to swing out around its head and the other end of the screw to slide sideways.
The spring clip 26 'can be made of phosphor bronze and has a curved end 31 which is supported against the counter frame 14 and a central slotted projection 32 (FIG. 6) engaging in the circumferential groove of the screw 24, and resilient fingers 33 and 34 spread apart whose ends are also supported on part of the frame 14.
The clamp 26 'is thus clamped between the surface of the counter frame 14 and the circumferential groove in the screw 24 so that it pulls the latter downward in FIG.
The spring clip 26 'and the end of the viewing hood 24 enclosed by it are pressed to the right in FIGS. 5 and 6 in that the outer ends of the spreading fingers 33, 34 are clamped between the protruding stops 35 on the outer surface of the counter frame 14. Before the fingers 33, 34 of the spring 26 'are inserted, the stops 35 form a V with straight legs.
After they have been inserted, however, their free ends are pressed against one another, whereby the spring 26 ′ forms a resilient wedge acting to the right, as shown in FIG. 6, so that the secondary luss body 22 is pressed against the slot side of the cavity 23. One or both ends of the fingers can be guided beyond a shoulder provided on the side wall of the frame 14, as shown for the finger 34, in order to further increase this pull to the right.
The clip 26 'can easily be removed and reinserted and, due to its own elasticity, is held in its position in which it prevents axial displacement of the viewing hood 24, but at the same time pushes it as near as possible to the right of the secondary closure member 22 . This assembly is cheaper to manufacture than the shunt adjuster shown in FIG. 3 because it has fewer parts, requires less machining, and can be assembled more quickly.
In the present case, permanent magnets 18 of the following dimensions can be used: outer diameter 28.5 mm, maximum cross section in the middle of Joehm 8 1 / 4X81 / 1 mm.
The pole pieces measure 8, 25X6, 35mm. According to the drawing, the meter dimensions are proportional to the dimensions given above. These magnets have a BHmax. Value in the order of 4, 6 # 106 Gau # -Oersted and a remanence force in the order of magnitude of 12,000 Gauss.
The weight of the magnetic material for the brake magnet systems can be reduced from around 300 to 68 grams compared to conventional meters.
After the magnets have been made anisotropic, the temperature-compensating disks 21 are glued to one side of the magnets 18, a highly heat-resistant, heat-hardening plastic cement being used. The magnets are then placed in the injection mold and firmly connected to the frame 14 when it is cast. The latter hardens quickly, so that the magnets do not heat up to the melting point of the injection molding material, which is around 580, and do not remain at an elevated temperature for a long time. The injection molding process does not change the anisotropic properties of the Ilagnetmaterials in any way.
Up to this production stage, the magnetic bodies have not yet been magnetized, but have only been made anisotropic along the desired magnetization axis. The frame 14 is then finished, e.g. B. the cavity 23 for the secondary sehlussglied 22 is, if desired, machined precisely cylindrical with the reamer, bolt and screw holes are drilled, etc. A drilling template is used so that all dimensions are precisely adhered to.
The magnets 18 embedded in the injection molding material are magnetized according to FIG. 4.
Here conductors 28, 29 are inserted into the two cavities 23. A flat copper strip 36, which is thin enough to guide it through the air gaps in the rail 14 and the magnet 18 when the conductors 28, 29 are inserted, is attached to the ends of the conductors. The current during a ha. lbw of a 60 Hz
AC voltage having a peak value of 25,000 amps is then passed through circuit 28-36-29 as indicated by the arrows in FIGS. This current flows in opposite directions through the magnets and magnetizes them in a specific way, shown in FIG. 1 by the N and S pole designations.
The magnets are then weakened, i.e. partially demagnetized by an alternating current field. This reduction in magnet strength is of the order of magnitude of 15 / e. The counter is then assembled and, under load, usually a further reduction in magnet strength is required which is sufficient to reduce the magnets to approximately the desired strength as they do is measured by the meter speed under nominal load.
The magnets have and maintain a high magnetic strength, which is available as braking flux in the air gap, and the size of this braking flux can be reduced by means of the secondary leakage organs 22 as required.
From various points of view it is a great advantage to be there. the magnets 18 are embedded in non-ferromagnetic conductive material. Firstly, they are protected against accidental contact with ferromagnetic tools or parts that could short-circuit a magnetic part, which would reduce their magnetic strength. Second, the injection molding material prevents powdery ferromagnetic material such as B.
Iron filing dust, tool shavings, etc., could accumulate on the magnet, with the exception of the air gap. To protect the magnets until the meter disk is installed, wedges made of wood or some other non-ferromagnetic material can be inserted into the magnet air gap, since only this point is not protected by the injection molding material. However, if desired, a thin wall of injection molded material can be provided over the pole pieces. When the frame is built into the finished meter, the injection molding material lies between the magnets and the coils of the meter and prevents demagnetization of the magnets by current surges, which can occur accidentally in the meter coils during operation as a result of short circuits, lightning effects, etc.
The brake magnets are fixed in their position with respect to all other fixed parts of the meter by the support frame, and therefore the position of the brake magnet gaps in relation to the drive magnet pole pieces, counter bearings, etc. cannot be changed accidentally. The meter disc and shaft can be removed and reinserted without the risk of the meter reading being disturbed. The construction shown also facilitates the use of a magnetic bearing suspension for the shaft 5. These bearings 6 are therefore preferably magnetically suspended, as is known, and bear the entire weight of the rotating member. The supports of these bearings form parts of the frame 14.
It should be noted that the brake magnets are symmetrical with respect to a center line that goes through the axis of rotation and the center point of the drive magnet device, and that the connecting line of the center points of the brake magnets runs on the side of the shaft 5 facing the drive magnet and fairly after lying on the drive magnet. This arrangement is advantageous in order to increase the lateral thrust on the counter disk and shaft in a manner known per se (cf.
Patent letter No. 2272748). The polarity arrangement of the damping magnets shown in FIG. 1 also shows that the damping flows pass through the disk 4 on both sides of the shaft in the same direction, are at the same distance from the shaft and are arranged symmetrically to it. This arrangement helps to reduce the disk vibrations resulting from the interaction between the steam flow and the disk eddy currents in a known manner (cf. American patent specification No. 2316638).
In the case of payers with several drive systems, each of these systems preferably has its own injection-molded frame part embedded in the same. killed brake magnet.