Rücklaufsperre für rotierende Wellen, insbesondere für Elektrizitätszähler Es sind Rücklaufsperren für Elektrizitätszähler bekannt, die im allgemeinen aus einem auf den Zäh lerläufer angebrachten Sperrad bestehen, das mit einer ortsfest gelagerten, schwenkbaren Sperrklinke zu sammenwirkt. Die Klinke liegt auf dem Sperrad auf und gleitet bei Drehbewegungen des Läufers in Nor malrichtung über die Zähne des Sperrades hinweg. Bei gegenläufiger Bewegung des Läufers greift die Klinke in die Zahnlücken ein und hält den Läufer fest. Diese Art der Rücklaufsperrung ist verhältnis mässig nachteilig, da durch die auf dem Sperrad schleifende Klinke unerwünschte Rückwirkungen auf den Zähler ausgeübt werden.
Um den Verschleiss beim Vorlauf des Zählers und auch die Rückwirkun gen klein zu halten, ist es bekannt, das Sperrad mit nur wenigen Zähnen zu versehen und die Klinke so anzuordnen, dass sie die Zähne des Sperrades nur während des Vorbeilaufens berührt, sonst aber frei ist. Durch den grossen Abstand zwischen den Zähnen des Sperrades wird zwar die Rückwirkung auf den Zähler herabgesetzt, jedoch ist diese Anordnung aber auch nachteilig, denn der Zähler kann ein verhältnis mässig grosses Stück zurücklaufen, bevor der nächste Zahn an der Klinke erscheint. Da der Rücklauf auch nur über einen Teil einer Vollumdrehung des Läu fers unerwünscht ist, ist diese bekannte Rücklauf sperre unbefriedigend.
Hinzu kommt, dass die me chanische Reibung nicht konstant ist und daher beim Zähler nicht mit eingeeicht werden kann.
Die Erfindung bezweckt, eine Rücklaufsperre für rotierende Wellen, insbesondere für Elektrizitätszäh ler, zu schaffen, bei der unter Verwendung der be kannten Sperreinrichtung mit einem an der Welle angebrachten Sperrad und einer ortsfest gelagerten, schwenkbaren Klinke die erwähnten Nachteile ver- mieden werden. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Klinke mit Hilfe einer magnetischen Anordnung unter Ausnutzung des Hystereseeffektes in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Welle verschwenkt wird.
Zweckmässigerweise besteht die magnetische Anordnung aus einer an der Welle an gebrachten, aus ferromagnetischem Material herge- stellen, Hystereseeigenschaften aufweisenden Scheibe und einem mit der Klinke verbundenen, in Sekanten richtung der Scheibe angeordneten Doppelspur magneten.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 und 2 zeigen in perspektivischer Darstel lung zwei verschiedene Rücklaufsperren, während Fig. 3 einen Schnitt durch die eine Hälfte der an der Welle angebrachten Scheibe wiedergibt. Die Fig. 4 und 5 sind Hilfsskizzen, und Fig. 6 zeigt eine Rücklaufsperre mit grossem Schwenkbereich. In Fig.7 sind die Kräfteverhältnisse der Anordnung nach Fig. 6 dargestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an der Achse 1 eines Elektrizitätszählerläufers ein Sperr- rad 2 angebracht, das mit einer grossen Anzahl von Sperrzähnen ausgerüstet ist. Das Sperrad wirkt mit einer Klinke 5 zusammen, die um eine parallel zur Achse 1 vorgesehene Achse 7 schwenkbar ist. Die Klinke 5, die mit ihrer an den Enden spitz ausge führten Achse 7 in Steinen 8a und 8b reibungsarm gelagert ist, besitzt an ihrem einen Ende eine Schneide 5a, die sich zwischen dem Sperrad 2 und einem orts fest angeordneten Anschlag 9 befindet.
An dem an dern Ende trägt die Klinke einen Körper 6, der als Ausgleichsgewicht für einen an dem schneidenseiti- gen Teil der Klinke gehaltenen Doppelspurmagneten 4 dient. Der Magnet 4 ist so an der Klinke angeord net, dass er in Sekantenrichtung einer unterhalb des Sperrades an der Achse 1 befestigten Scheibe 3 liegt. Die Scheibe 3, die aus einem ferromagnetischen, Hystereseeigenschaften besitzenden Material besteht, ist etwas grösser als das Sperrad ausgeführt, und der Magnet, der an der Randzone der Scheibe auf diese einwirkt, bildet mit ihr einen geringen Luftspalt.
Der Magnet 4, der mit der Scheibe in Wechsel wirkung steht, prägt dem Scheibenteil innerhalb sei nes Wirkungsbereiches seinen Magnetismus ein, so dass dieser Scheibenteil als Magnet mit ungleich namigen Polen dem Magneten 4 gegenübersteht. Magnet 4 und Scheibe 3 ziehen sich also gegenseitig an. Dreht sich nun der Zählerläufer, so nimmt die Scheibe 3 den Magneten 4 entsprechend ihrer Dreh richtung mit. Bewegt sich die Scheibe in der einge zeichneten Pfeilrichtung, die der normalen Drehrich tung des Zählerläufers entspricht, so wird die Schneide 5a der Klinke infolge der über die Magnet anordnung auf die Klinke ausgeübten Kraft von dem Sperrad abgehoben und gegen den Anschlag 9 ge führt.
Der Doppelspurmagnet wirkt dabei wie eine Hysteresebremse, das heisst, es tritt an seinen Polen eine fortwährende Ummagnetisierung der Scheibe ein. Hierfür ist eine Magnetisierungsarbeit aufzu bringen, die als Bremsmoment in Erscheinung tritt. Das auftretende Bremsmoment ist drehzahlunabhän gig und kann daher beim Zähler eingeeicht werden. Andere Rückwirkungen treten nicht auf, denn beim normalen Vorlauf des Zählers ist die Schneide in folge des wirkenden Bremsmomentes von dem Sperr- rad abgehoben, so dass sie keine mechanische Wir kung auf den Zähler ausübt. Die durch Wirbelströme hervorgerufene Bremsung ist sehr klein und kann vernachlässigt werden.
Durch geeignete Wahl des Scheibenmaterials kann sie noch weiter herabgesetzt werden.
Führt der Zählerläufer eine rückläufige Dreh bewegung aus, so wird der Magnet 4 von der Scheibe 3 auch in dieser Drehrichtung mitgenommen, das heisst, die Schneide 5a legt sich gegen das Sperrad 2 und greift so in die Zahnlücken dieses Rades ein, dass die Drehbewegung gestoppt wird. Die mögliche Rück drehung des Zählerläufers kann durch Verwendung eines Sperrades mit einer grossen Zähnezahl beliebig klein gehalten werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist an der Achse 11 eines Elektrizitätszählerläufers ein Sperrad 12 angebracht, das mit einer grossen Anzahl von Sperrzähnen ausgerüstet ist. Das Sperrad wirkt mit einer Klinke 15 zusammen, die um eine parallel zur Achse 11 vorgesehene Achse 17 schwenkbar ist. Die Klinke 15 läuft in eine Schneide 15a aus, die in die Zahnlücken des Sperrades einrasten kann. Die Schneide ist zwischen dem Sperrad 12 und einem ortsfesten Anschlag 19 verschwenkbar. Die Klinken achse 17 ist in Lagern 18a und 18b gehalten. Kon zentrisch um die Achse 17 ist ein axial magnetisier ter Scheibenmagnet 14 angeordnet, der an seinen Polen Polschuhe 20 besitzt, die den Rand einer ober halb des Sperrrades an der Achse 11 angebrachten Scheibe 13 gegeneinander versetzt umgreifen.
Die Scheibe 13 ist in diesem Falle unmagnetisch und an ihrem Rand mit einer Nut versehen, in der ein Draht 21 mit mehreren Windungen aufgewickelt ist. Der Draht besteht aus ferromagnetischem, Hystereseeigen schaften besitzendem Material (siehe insbesondere Fig. 3).
Die magnetische Wirkung ist ähnlich beim Aus führungsbeispiel nach Fig. 1. Die Anordnung nach Fig.2 ist aber gegenüber der nach Fig. 1 insofern vorteilhafter, als die Massen an der Klinke besser verteilt sind. Da der relativ schwere Magnet bereits im Schwerpunkt des Systems liegt, ist nur noch ein verhältnismässig kleines Ausgleichsgewicht 16 erfor derlich. Dadurch wird auch die unerwünschte Lager reibung kleiner. Das Streufeld des Magneten ist axial gerichtet, das heisst, es ist, abgesehen vom Feld der Polschuhe, rotationssymmetrisch zur Achse 17, so dass Kräfte, die von Eisenteilen und stromdurchflos- senen Leiter ausgehend, auf den Magneten einwir ken, kein Drehmoment um die Achse 17 bilden kön nen.
Sie können somit also die Klinke nicht bewe gen, sondern sie können sich höchstens als Belastun gen der Lager auswirken. Die beidseitige Umfassung der Scheibe mit Hilfe der Polschuhe ist ebenfalls sehr vorteilhaft, da die Anziehungskräfte zwischen den Polschuhen und der Scheibe entgegengesetzt ge richtet sind und sich daher aufheben. Das durch die Versetzung der Polschuhe auftretende schwache Mo ment, das wesentlich kleiner als bei der Anordnung nach Fig. 1 ist, wird ebenfalls von den Lagern auf genommen.
Durch die Verwendung einer unmagnetischen Scheibe mit einem in einer Randnut aufgewickelten Draht ergibt sich der Vorteil, dass ein definierter kleiner Querschnitt für den Fluss erreicht wird. Ein solcher Querschnitt wäre sonst nur mit dünner Scheibe erzielbar, die aber sehr schwer herzustellen ist und bei der Montage leicht beschädigt werden kann, weil sie glashart gehärtet werden muss. Eine Härtung des Drahtes wie bei der Scheibe ist nicht erforderlich, und die Wärmebehandlung kann, falls notwendig, vor dem Aufbringen erfolgen. Das Auf bringen des Drahtes auf die Scheibe bereitet keine Schwierigkeiten, wenn er vor dem Aufwickeln zu einem kleineren Radius als ihn die Scheibe besitzt gebogen wird.
Bei der Anordnung nach Fig.2 wirkt auf die Polschuhe des Magnetsystems einerseits die Hyste- resekraft P ",a, ein, wenn die Scheibe 13 in Pfeilrich tung gedreht wird, anderseits versucht die Anzie hungskraft des Magnetsystems, dieses so einzustellen, dass die Polschuhe 20 auf die Achse 11 hinzeigen. In Fig. 4 sind die in der Anordnung auftretenden Kräfte in Abhängigkeit von dem Auslenkwinkel (T der Klinke dargestellt. Die Darstellung zeigt, dass die Haltekraft des Magneten um seine Mittellage herum proportional dem Auslenkwinkel ist.
Zur Verschwen- kung des Magnetsystems steht aber nur die Hyste resekraft Pmax zur Verfügung, so dass der Auslenk winkel der Magnetanornung durch die beiden par allel zur Abszisse verlaufenden Geraden bestimmt ist. Der Auslenkwinkel ist verhältnismässig klein. Diese geringe Auslenkung ist insofern nachteilig, als die Sperrklinke, die ja mit dem Magneten verschwenkt wird, genau eingestellt werden muss, um auch inner halb des zur Verfügung stehenden Schwenkwinkels 2(p""" ein- bzw. auszuschwenken. Eine Vergrösserung des Schwenkwinkels ist nicht ohne weiteres möglich. Durch Schwächung des Magneten kann zwar die Nei gung der Kennlinie vermindert werden, jedoch wird auch im gleichen Masse die Hysteresekraft Pmax her abgesetzt.
Denkt man sich bei der Rücklaufsperre nach Fig. 1 die Scheibe aus unmagnetischem Material be stehend und mit einem Eisendraht wie bei der An ordnung nach Fig. 2 umgeben, so liegt ein System vor, das für die Praxis keine Bedeutung besitzt, aus dem aber die vorteilhafte Lösung nach Fig. 6 ent wickelt ist. Die gedachte Anordnung hat an den Stellen zwei stabile Ruhepunkte, an denen sich einer der Pole des U-Magneten in unmittelbarer Nähe der ferromagnetischen Randzone der Scheibe befindet. Die Haltekraft P der Magnetanordnung ist in Fig. 5 über dem Auslenkwinkel Y aufgetragen.
Die Kurve für P schneidet die Abszisse in den Punkten<I>a, b</I> und c, wobei die Punkte<I>a</I> und<I>b</I> die stabilen Gleich gewichtslagen darstellen, während der Punkt c die Mittellage des Magneten wiedergibt, in dem sich die ser in einem labilen Gleichgewicht befindet. Es ist in der Darstellung auch die maximale Hysteresekraft P",", eingezeichnet, die wesentlich kleiner als die Haltekraft in Gebieten zwischen den Punkten a, c bzw.<I>c, b</I> ist. Auch bei dieser Anordnung ist also nur ein kleiner Auslenkwinkel des Magneten 7 um die Ruhepunkte<I>a</I> bzw.<I>b</I> möglich.
Bei der Entwicklung der Anordnung nach Fig. 6 lag nun der Gedanke zugrunde, die Anordnung nach Fig.2 mit der im erwähnten Sinne umgeänderten nach Fig. 1 zu kombinieren, da eine Überlagerung der Kurven von Fig. 4 und 5 eine Kurve gemäss Fig. 7 erwarten liess, bei der also der mittlere Teil sich innerhalb der durch P,"", bestimmten Grenzlinien befindet. Bei gleicher Hysteresekraft wie bei der An ordnung nach Fig.2 ist also hier eine wesentlich grössere Auslenkung des Magnetsystems möglich. Durch Überlagerung der Kurve von Fig. 4 mit der von Fig. 5 wird praktisch der Wellenzug in Fig. 5 zwischen den Punkten<I>a</I> und<I>b</I> geglättet, so dass ein wesentlich grösserer Auslenkwinkel Ymax als bei Fig. 4 erreicht wird.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 ähnelt das Ma gnetsystem dem von Fig. 2, das heisst, es ist auch hier ein scheibenförmiger Magnet 21 an einer Achse 26, an der auch eine nicht dargestellte Klinke sitzt, be festigt. Der Magnet 21 besitzt an seinen Polen Pol schuhe 22, 23, die die mit einem ferromagnetischen, Hystereseeigenschaften aufweisenden Rand versehene Scheibe 24, die an der Achse 25 sitzt, von oben und unten her überragen. Die Polschuhe sind jedoch so lang, dass sie über den ferromagnetischen Rand hin aus weiter die Scheibe überdecken und an ihren Enden zur Scheibe hin hörnerartige Abwinkelungen 22a, 23a besitzen.
Durch die Ausbildung der Pol schuhe wird erreicht, dass der Magnetfluss einmal unmittelbar an den Polschuhenden austritt und auf den ferromagnetischen Rand übergeht und zum an dern Male unmittelbar an der Stelle, an der die Pol schuhe den ferromagnetischen Rand überragen, zu dem ferromagnetischen Teil der Scheibe übertritt. Auf diese Weise wird die Haltekraft über den mitt leren Teil des Schwenkweges der Polschuhe nahezu konstant gehalten.
Derselbe Effekt kann auch durch eine andere Anordnung erreicht werden. Es ist beispielsweise denkbar, mit einer Anordnung nach Fig. 1, die eine unmagnetische Scheibe mit ferromagnetischem Rand besitzt, auch einen grossen Schwenkwinkel zu erhal ten, wenn zusätzlich noch eine mittlere Raststellung durch Anbringung eines feststehenden Eisenstückes oder eines zweiten ferromagnetischen Ringes auf der Scheibe geschaffen wird.