Elektrizitätszähler
Die Erfindung betrifft einen Elektrizitäts- zähler mit einem nach dem Ferrarisprinzip angetriebenen, eine vertikale Achse besitzen den Läufer, dessen Gewicht durch ein magnetisehes Schwebelager aufgenommen ist, während das obere Ende der Achse den rotierenden Teil eines aus Spitze und Pfanne bestehenden Spitzenlagers trägt.
Das Schwebelager dient hierbei dazu, der Länferac.hse eine radiale Führung zu geben.
Das obere Spitzenlager hat die Aufgabe, die restlichen axialen magnetischen Kräfte abzufangen.
Die magnetischen Schwebelager lassen aber immer noch eine gewisse radiale Bewegung der Welle im Lager zu, wodurch sich der Abstand zwischen dem Läufer und den Polschu Jien der Antriebs- und Bremssysteme ver ändert und dann der Läufer um die obere Lagerspitze als Fusspunkt Taumelbewegungen ausführt. Zur Beseitigung der hierdurch be dingen Streifgefahr ist es bekannt, Anschläge vorzusehen oder statt dessen Entlastungsmagnete mit entsprechenden Bewegungsbegrenzungsflächen vorzusehen.
Alle diese Massnahmen stellen einen zusätzliehen Aufwand dar und vergrössern den Raumbedarf des Zählers.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass das Sehwebelager durch magnetische Abstossung selbstzentrierend ist mld dass der Läufer die Form einer Hohlkugelkalotte besitzt, deren Kugelmittelpunkt mit dem Stützpunkt des Spitzenlagers zusammenfällt.
Zur Verminderung der Luftreibung empfiehlt es sich, denläufer in einem mindestens teilweise evakuierten Gefäss unterzubringen.
Obwohl es prinzipiell nicht ausgeschlossen ist, das Zählwerk des Zählers von der Läuferachse aus anzutreiben, wie dies bei den heute üblichen Zählern der Fall ist, wird man vorzugsweise den Läufer lediglich dazu benützen, um die Erzeugung elektrischer Impulse zu steuern, die einem Impulsählwerk zugeführt werden. Hierdureb sowie durch die Anwen- dung des magnetischen Schwebelagers und eines Vakuumgefässes wird die Reibung im Vergleich zu den üblichen Zählern derart stark reduziert, dass einerseits die Genauigkeit des Zählers erheblich gesteigert und anderseits dessen Antriebs- und Bremsmagnetsysteme viel kleiner ausgeführt werden können.
In der beiliegenden Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Zählers dargestellt, wobei die Fig. 1 bis 3 je einen Längsschnitt durch die im vorliegenden Zusammenhange interessierenden Teile des Zählers zeigen.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 trägt eine vertikale Achse 1 den nach dem Ferrarisprinzip wirkenden Läuferteil 2. Ein magnetisches Schwebelager, bestehend aus Rotor 3 und Stator 4 ist am untern Ende der Anordnung angebracht. Der Rotor und der Stator sind beide ringförmig, wobei der Rotor 3 im Innern des Stators 4 und konzentrisch zu diesem liegt. Sie sind in radialer Richtung permanent magnetisiert, und zwar derartig, dass gleichnamige Pole einander zugekehrt sind.
Die äussere Mantelfläche des Rotors 3 und die innere Mantelfläche des Stators 4 sind konisch gestaltet. Es wird damit bezweckt, die axiale, nach oben gerichtete magnetische Kraftkomponente zu verstärken, die so eingestellt wird, dass sie um einen geringen Betrag grösser ist als das Gewicht des gesamten Läufers. Solche Schwebelager, die selbstzentrierend sind, sind an sich schon bekannt, bisher aber bei Elektrizitätszählern nicht verwendet worden. Die Achse 1 ist oben gestützt und geführt durch das Spitzenlager 5 in der Steinpfanne 6, so dass verhindert wird, dass das obere Ende der Achse sich in radialer und axialer Richtung verlagern kann.
Die beiden permanenten Magnete bestehen vorzugsweise aus einem an sich bekannten Oxydgemisch mit ferromagnetischen Eigenschaften. Dieses Material hat ein geringes spezifisches Gewicht und eine geringe elektrische Leitfähigkeit.
Ein Anschlag 7, der vom untern Achsenende axial einen kleinen Abstand aufweist, hat dafür zu sorgen, dass die Achse 1 durch Stösse oder dergleichen nicht zu weit nach unten verschoben werden kann.
Der Läufer 1, 2, 3, 19 ist mit einer Isolierschicht 19 bedeckt, die an einer Stelle eine Aussparung 8 aufweist, die bei jeder Läuferumdrehung einmal einer unter Spannung stehenden Elektrode 9 gegenüberliegt. In diesem Moment erfolgt zwischen der Elektrode 9 und dem Läuferteil 2 sowie zwischen der mit dem Läuferteil 2 leitend verbundenen Achse 1 und dem Anschlag 7, der das freie Ende einer weiteren Elektrode 10 bildet, eine Entladung.
Der durch diese Entladung erzeugte Impuls wird einem im Stromkreis der Elektroden 9, 10 befindlichen Impulszählwerk bekannter Art zugeführt, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Der Läufer ist nicht, wie bisher üblich, flach, sondern in Form einer Hohlkugeikalotte ausgebildet, wobei der Kugelmittelpunkt mit dem Stützpunkt des Spitzenlagers 5 zusam menfällt. Es wird dadurch erreicht, dass sich bei einer Abweichung der Achse von der Mit telstellung die Abstände zwischen dem Läufer einerseits und den entsprechend geformten
Polschuhen der Antriebs-und Bremssysteme anderseits nicht verändern. Deutlichkeits- halber ist die Dicke der Halbkugelkalotte etwas übertrieben dargestellt. Der Antriebsmagnet
17 mit den Strom- und Spannungsspulen 18 umfasst in üblicher Weise den aktiven Teil des
Läufers.
Der nicht angegebene Bremsmagnet ist in ähnlicher Weise angeordnet.
Der so ausgebildete Läufer 2 ist zwecks weiterer Herabsetzung der Reibung in ein wenigstens teilweise evakuiertes, vorzugsweise aus Glas bestehendes Gefäss eingeschlossen.
Dieses Gefäss beteht aus zwei am Rande 13 mit einander verschmolzenen Teilen 11 und 12.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 trägt die Achse 1 des Läufers die Steinpfanne
6, während die Stahlspitze 5 stillsteht. Ferner ist der Rotor 3 des magnetischen Schwebelagers als in Achsenrichtung permanent magnetisier ter Stabmagnet ausgestaltet. Auch der Stator
4 des Lagers ist in axialer Richtung permanent magnetisiert, und zwar, wie durch Pfeile an gegeben ist, in gleichem Sinne wie der Rotor.
Um eine nach oben gerichtete abstossende Kraft zwischen den beiden Teilen des litern
Lagers zu erhalten, liegt der Schwerpunkt des
Stabmagneten oberhalb des Schwerpunktes des
Ringmagneten. Dieses Schwebelager ist eben falls selbstzentrierend und an sich bekannt.
Der äussere Ringmagnet 4 ist ausserhalb des Gefässes 11, 12 auf einem zylinderförmi gen Teil desselben angeordnet worden, wobei dieser Magnet in Achsenrichtung auf nicht näher dargestellte Weise verstellbar ist, zwecks Einstellung des Lagerdruckes im Spit zenlager. Die Impulserzeugung mittels des
Läufers ist in Fig. 2 nicht gezeigt. Sie kann z. B. so erfolgen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der als Hohlkugelkalotte ausgebildete Läuferteil 2 ist im vorliegenden Palle unmit- te'lbar auf dem Stabmagnet 3 befestigt. Der
Stator 4 besteht, zwecks Einstellung der magnetischen - Radialsymmetrie, zweckmässig aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen (nicht dargestellt). Die Steinpfanne 6 des Stützlagers ist am obern Ende der Achse aufgesetzt.
Die Spitze 5 ist mit einer Büchse 15 zusammengebaut.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sitzt die Spitze 5 unmittelbar auf dem obern Ende des Stabmagneten 3. Die Lagerpfanne 6 ist in der Büchse 15 befestigt, welche überdies noch einen ferromagnetischen Schlussring 16 für die magnetischen Kraftflüsse der in Fig. 3 nicht mitdargestelltcn Antriebs- und Bremssysteme trägt. Auf dessen unterem zylindri schem Teil ist der Stator 4 des magnetischen Schwebelagers verschiebbar. Das Ganze wird wieder durch einen hohlzylinderförmigen Ansatz der obern, flachen Gefässwand getragen.
Bei den bekannten Lageranordnungen für Läufer mit vertikaler Achse befindet sich der Läufer zwischen den Lagerstellen. Charakteristisch für die Anordnung nach Fig. 3 ist, dass beide Lagerstellen 3, 4 und 5, 6 nur auf der einen, und zwar auf der konkaven Seite des Läufers angeordnet sind.
Die Elektrode 9 ist mit einer Elektrode 9' leitend verbunden, welcher die Elektrode 10 gegenüberliegt. Der Läuferteil 2 weist eine Öffnung 8 auf, die bei jeder Umdrehung einmal zwischen die Elektroden 9' und 10 zu liegen kommt, wobei eine Entladung stattfindet. Statt durch eine Entladung könnte ein Impuls auch auf elektrostatischem Wege erzeugt werden, durch Anbringen von festen Kondensatorbelegen in der Nähe des an einer Stelle in dielektrischer Hinsicht nicht kontinuierlich ausgebildeten Läufers.
Das Läufer-Antriebssystem kann selbstverständlich für Ein- oder Mchrphasenstrom in bekannter Weise ausgelegt werden.