DK156854B - Elektromekanisk taellevaerk - Google Patents

Description

DK 156854 B

Opfindelsen angâr et elektromekanisk tælleværk til fortlabende numerisk addition eller subtraktion af elektriske impulser be-stâende af en eller flere efter hinanden koblede cifferrul1er, hvoraf hver enkelt kan drives af den foregâende, og hvor den 5 f0rste cifferrulle bærer et tandhjul, hvori fremspring skifte-vis griber ind og derved sætter den farste cifferrulle skridt-vis i omdrejning, hvilke fremspring er indrettet for enden af en skiftearm, der er forbundet til en elektrisk spole mellem mod hinanden rettede magnetpoler.

10 E1ektromagnetiske tælleværker kan opbygges og drives pâ kendt mâde af et relæ, Dertil anvendes en spole viklet omkring en kerne af bladt jern. Spolen, som gennemstrammes af en elektrisk stram, fremkalder et magnetfelt, der tiltrækker en lille 15 jernplade monteret pà haengsler i umiddelbar nærhed af bladt-jernskernen. Denne plade er forbundet med en tilsvarende meka-nisme, som omsætter svingningsbevægelsen af pladen til en dre-jebevægelse af cifferrullen. Efter at strammen gennem spolen er ophart, bringes mekanismen tilbage til sin hvilestilling af 20 en fjeder, der ved pladens svingningsbevægelse er blevet spændt.

Dette kendte tællerelæ kræver en omhyggelig mekanisk udform-ning for at sikre en gnidningsfri og præcis lejring af aile 25 bevægelige dele, sâsom stadpaler, rulleanker, magnetanker sâ-vel som éventuelle styrestangsmekanismer. Endvidere er tælle-frekvensen begrænset pà grund af inertien i aile disse metal-dele, sâledes at den om nedvendigt kun kan forages ved at an-vende stærkere tiIbagetrækningsfjedre og dermed forbundet ha-30 jere magnetiseringseffekt. Det har dog til falge, at tælleren mâ drives med en energi, der er mange gange starre end, hvad der egentligt skulle være nadvendigt til en fremfaring. For at forage tællehastigheden, dvs. for at opnâ kortere tiltræk-nings- og faldetider er en hajere accélération af de bevægede 35 masser nadvendig, hvilket kun kan opnâs ved en foragelse af de pâvirkende kræfter. Det er i denne forbindelse en vanske-lighed, at den kraft, hvormed magnetankeret trskkes hen imod 2

DK 156854 B

spolekernen eller ind i spolen, er en funktion af den magne-tiske luftspalte, dvs. ti 1bagetrækningskraften bliver ved en konstant holdt spolemagnetisering mindre, jo storre den magne-tisk vi rkende luftspalte bliver, og opnâr omvendt et maksimum, 5 nâr luftspalten bliver 0. I det konkrete tilfælde fremkommer en relativ langsom forogelse af kraften pà grund af den af-stand, som magnetankeret i sin bevægelse hen imod kernen lo-bende formindsker.

10 Ifolge dynamikkens grundsætning F (kraft) = m (masse) · a (accélération) afhænger accelerationen a kun af kraften F, da massen forbli-15 ver konstant.

Som folge heraf gælder der: a = k · F, nâr man indsætter k som konstant for den reciprokke værdi af massen. Da kraften F er minimal i begyndelsesfasen af ankerti1trækningen er ogsâ ac-20 celeration a pâ det samme tidspunkt ringe. Da hastigheden v ogsà er proportional med accelerationen a, nemlig v = a · t, vil hastigheden forst efterhânden tiltage med den storre vir-kende kraft. Det betyder, at ogsâ vi rkn i ngsgraden af r? for tæl1eværket 25 ........... η = afgivet enerqi tilfort energi ændrer sig omvendt med luftspalten, og altsà i begyndelsesfa-sen for ankertiltrækningen er meget ringe. Da den storste t i1 -30 trækningskraft optræder ved afsiutningsfasen af ankerbevægel-sen, dvs. pà et tidspunkt, hvor cifferrullens skift næsten er afsluttet, bliver den yderligere tilforte energi ikke udnyttet t i 1 bevægelse, men omsættes sammen med ankerets kinetiske energi ved dets afsluttende anslag til varme eller til defor-35 mation af materialet, hvilket giver en dârlig virkningsgrad.

Magnetiseringen af jernet bevirker efter strommens ophor i magnetsystemets magnetiseringsspole en remanens, der for sâ 3

DK 156854 B

vidt gor sig forstyrrende bemærket, eftersom det pàvirkelige tællerelæ derved forskydes. Derved opnàs skiftepunktet i den folgende skifteproces ved en væsentligt mindre strom, da det inducerede magnetfelt bygges oven pâ det rémanente felt. Denne 5 restmagnetisme kan blive sâ stærk, at nojagtigt frafald af magnetankeret ikke længere kan garanteres, og dette kan endda blive hængende pâ magnetkernen. I hvert fald er betydelige om-kostninger nodvend i ge for at kompensere for denne ulempe, hvis man ikke vil gore den elektriske virkningsgrad endnu dârligere 10 ved en yderligere forogelse af den virksomme luftspalte.

Der kendes endvidere tælleværker drevet med skridtmotorer, hvor man udnytter hvilestillingerne for den permanent-magneti-ske rotor til den mekaniske placering af cifferrullen. Anven-15 delsen af en skridtmotor betyder dog en ikke ubetydelig ud- gift til selve motoren, da denne pâ grund af sin funktionsmâ-de skal fremstilles meget præcist, og desuden mà kobles til cifferrulleværket med et tandhjulsdrev. Endvidere kræver den elektriske styring af skridtmotoren en nojagtig en- eller 20 flerfaset impulsrække, der ofte kun kan realiseres ved anven-delse af kostbare elektroniske specialkredslob. Da ogsà sty-reelektronikken forbruger elektrisk energi, vil den relativt gode virkningsgrad for en skridtmotor derved ofte blive for-ring e t .

25

Fra FR offentliggorelsesskrift nr. 2.152.387 kendes et elek-tromekanisk tælleværk af den i krav l's indledning angivne art. Skriftet viser et magnetsystem og en bevægeTig spoleram-me, opbygget efter samme princip som et gaivanometer, hvor man 30 udnytter en svingspoles bevægelse i et homogent magnetfelt.

Det viste magnetsystem er sammensat af tre magneter og sving-spolen er indrettet sàledes, at den omgiver en af de tre magneter. Der er ret store luftspalter mellem spole og magneter, og det er et lukket System. Der stâr intet om, hvilke poler de 35 tre magneter vender imod hinanden, og hvorledes feltet imellem dem forlober. Da spolen er sà stor, at den omslutter den ene magnet, er det kun en mindre del af spolen, der befinder sig i feltet mellem polerne og dermed pâvirkes af kraften.

4

DK 156854 B

Fra DE offentliggerelsesskrift nr. 1.935.158 kendes et tælle-værk med fire permanenter magneter monteret som to hestesko-magneter med en spole, der kan forskydes i de homogène felter mellem de to hesteskomagneter. Kraftpâvirkningen pâ den bevæ-5 gelige spole vil i dette apparat stige fra randen af magnet-felterne til centrum af magnetfelterne.

Det er formâlet med opfindelsen at ti1vejebringe et drev til et elektromekanisk rulletælleværk, der undgàr ulemperne ved de 10 kendte drev og i forhold til disse er væsentligt enklere i sin opbygning. Især skal det tilsigtede drev hâve en hoj skifteha-stighed og en ho j elektrisk virkningsgrad. Endvidere er det vigtigt, at styringen af tælleværket kan ske ved en simpel stromimpuls, der ikke kræver nogen elektronisk forbehandling, 15 hvorved man undgâr en magnetisk rémanéns, og undgàr, at de magnetisk tiltrukne dele bliver hængende sammen.

Ifolge opfindelsen opnàs dette pâ enkel mâde ved, at de mod hinanden rettede magnetpoler er af samme art, dvs. enten beg-20 ge er nordpoler eller begge er sydpoler og tilhorende hvert sit permanente magnetsystem, og at spolen er viklet omkring en akse, der er sammenfaldende med en symmetriakse gennem begge magnetsystemers mod hinanden vendende poler, og i det væsent-lige er sammenfaldende med spolens bevægelsesbane under den 25 skridtvise omdrejning af cifferru 11 en, samt at spoleviklinger-nes middeldiameter"i det væsentlige er 1îg med diameteren el-ler en tværgâende dimension af de mod hinanden rettede magnetpoler.

30 Hvis de to over for hinanden liggende poler begge er nordpoler vil magnetfeltet udgà omtrent vinkelret fra begge polers ende-flader (som ikke nodvendigvis er plane) og pâ grund af den gensidige pâvirkning polerne imellem tvinges feltet til at af-boje radiært udefter, sàledes at hovedparten af feltlinierne 35 forlober radiært udefter i et omrâde mellem de to magnetpoler og især ved et randomrâde, der ligger i forlængelse af magnet-polernes fortrinsvis cylindriske begrænsningsflader. Den 5

DK 156854 B

kraftvektor, der pâvirker spolen, nâr en strom sendes gennem spolens viklinger, er som bekendt et vektorprodukt ogsâ kaldet et krydsprodukt af den radiært udadrettede feltvektor og en tangentiel stromvektor, og den resulterende kraftvektor vil 5 derfor være aksialrettet. Hvis der anvendes to sydpoler i ste-det for to nordpoler, forleber hovedparten af magnetfeltet radiært indefter og resultatet vil ogsâ i dette tilfælde blive en resulterende aksialt forl0bende kraftvektor. Da skiftearmen netop skal pâvirkes aksialt for at pâvirke tælleværket, er den 10 beskrevne konstruktion ideel til formâlet.

Da den kraft, som spolen overforer pâ skiftearmen, over hele udsvingningsomrâdet pâ grund af spolegeometrien er omtrent lige stor, er stillingen for cifferrullens skiftepunkt i for-15 hold til vejen uden betydning, sâledes at man kan tillade storre tolerancer. Medens man ved konstruktion af magnetanker-tællerelæer mâ passe pâ at lægge skiftepunktet eller det punkt, der har den storste kraf tpàvi rkni ng, i det i sig selv allerede korte omràde umiddelbart for siutanslaget, er der ved 20 det magnetodynamiske drev ifolge opfindelsen, en relativ stor vejlængde til râdighed, der som folge af den lineære kraftfor-deling kan udnyttes fuldt ud til videre fremforing af tælle-ren. Spolen kan ogsâ i sin geometri t i1 passes til specielle krav. En væsentlig fordel udgor imidlertid den universelle 25 elektriske tilpasningsmulighed for spolen til allerede eksi-sterende stromkilder. Man kan sâledes undgâ dyre tilpasnings-og interfacekredslob, hvilket bidrager væsentligt til en bil-liggorelse af et system. Da spolen ifolge opfindelsen ikke indeholder nogen jernkerne, er induktionen (B) heller ikke af-30 hængig af en relativ permeabi 1 i tet (μΓΘ·)), som ændrer sig med feltstyrken (h), sâledes som ligningen viser: B = μΓβι · μ0 · H, 35 hvor (μ0) er den absolutte permeabi1itet af det tomme rum.

Den kraft, som en stromforende spole frembringer i et magnet-felt, afhænger alene af magnetfeltêts induktion (B) i luft- 6

DK 156854 B

spalten, længden af lederen (1) eller vindingstal let og strem-men (I) gennem spolen, sàledes som det fremgâr af felgende 1igni ng :

5 F = B · 1 · I

Det betyder, at kraften (F) ved en given induktion (B) kun af-hænger af amperevindingstal1 et. Sâ længe dette produkt er kon-stant, kan strem og vindingstal hver især ændres pâ passende 10 mâde i indbyrdes afhængighed (mindre vindingstal-hejere str0m, hojere vindingstal-mindre strom). Dette sikrer muligheden for ved en given anvendelse at kunne vælge en spole, som har en minimal selvinduktion. Dermed kan dæmpningen bringes til at antage en optimal værdi for hvert enkelt system, hvilket ogsâ 15 tillader en pàvirkning af tæl1ehastigheden.

Opfindelsen skal forklares nærmere under henvisning til teg-ningen, hvor 20 fig. 1 viser et tælleværk ifelge opfindelsen med et drejeligt lejret skifteanker, og fig. 2 et tælleværk if0lge opfindelsen med en skiftearm ud-formet som skyder.

25

Det i fig. 1 viste elektromekaniske tælleværk ife.lge opfindelsen bestâr af flere pâ en aksel 1 siddende cifferruller 2, 3, hvoraf hver enkelt kan drives af den foregâende cifferrulle via tilsvarende drivtandhjul.

30

Den ferste cifferrulle 3 bærer et tandhjul 4 i hvis tandmel-lemrum de tandformede ender 5, 6 pâ et U-formet skifteanker 7, der kan svinge omkring en vandret akse 8, griber ind. Ved den-ne skiftende indgriben af tandenderne 5, 6 i tandhjulets 4 35 mellemrum, sker en skridtvis fremforing af cifferrullen 3 i retning af pilen 9.

7

DK 156854 B

Ifolge opfindelsen bærer skiftearmen 7 pâ den side, der vender bort fra tandenderne 5, 6, pâ en arm 10 en elektrisk tràdviklet spole 11, der udvendig har form som en cylindrisk skive og ligger i samme plan som akselen 8. Spolen 11 er anbragt i mag-5 netfeltet mellem to permanente magneter 12, 13 og bliver ait efter retningen af den elektriske strom gennem spolen hen-holdsvis tiltrukket eller frastodt af magneten 12 eller magne-ten 13. Denne bevægelse af spolen 11 i magnetfeltet fra magne-terne 12, 13 overfores pâ skiftearmen 7 for at bevirke en 10 fremforing af cifferrullerne 2, 3.

For at spolen 11 efter afslutning af strompâvirkningen kan vende tilbage til sin udgangssti11ing, angriber en fjeder 14 i skiftearmen 7.

15 I det i fig. 2 viste apparat er den drejende bevægelse af an-keret 7 (fig. 1) erstattet af en lineær bevægelse. Den skifte-arm 15, som driver tandhjulet, er udformet som en skyder, hvorpâ spolen 11 er fastgjort direkte eller via en kraftover-20 forende mekanik. Den er lejret gnidningsfrit i en tilsvarende foring og kan fores tilbage til den pâgældende udgangssti11ing af en fjeder 14, der griber fast i armen 15. Spolen 11 ligger igen selv i den aktive luftspalte mellem to permanente magneter 12, 13, der er anbragt overfor hinanden med samme poltype 25 imod hinanden. Principielt ville en enkelt magnet være til- strækkelig, men virkningsgraden foroges imidlertid mange gange ved anvendelse af to magnetsystemer.

Da bevægelsesretningen for spolen 11 afhænger af retningen af 30 strommen gennem den, kan den nodvendige ti1bageforingskraft i stedet for via en mekanisk fjeder ogsà opnàs via en retnings-ændring af spolestrommen. F.eks. kan fremforingen af tællevær-ket ske ved at tilfore skiftevis en positiv og en negativ im-puls. Det er uden betydning, om de to impulser folger umiddel-35 bart efter hinanden eller pàvirker tælleren med en passende tidsafstand. Pà grund af disse egenskaber kan man ogsâ opnâ en bistabil arbejdsgang for tælleren, hvorved der sker en videre-

Claims (5)

1. Elektromekanisk tælleværk til fortl0bende numerisk addition eller substraktion af elektriske impulser bestàende af en el-ler flere efter hinanden koblede cifferruller (2, 3), hvoraf hver enkelt kan drives af den foregàende, og hvor den forste 25 cifferulle (3) bærer et tandhjul (4), hvori fremspring (5, 6) skiftevis griber ind og derved sætter den ferste cifferrulle (3) skridtvis i omdrejning, hvilke fremspring er indrettet for enden af en skiftearm (7), der er forbundet til en elektrisk spole (11) mellem mod hinanden rettede magnetpoler, k e n -30 detegnet ved, at de mod hinanden rettede magnetpoler er af samme art, dvs. enten begge er nordpoler eller begge er sydpoler og tilherer hvert sit permanente magnetsystem (12, 13), og at spolen er viklet omkring en akse, der er sammenfal-dende med en symmetriakse gennem begge magnetsystemers (12, 35 13) mod hinanden vendende poler og i det væsentlige er sammen- faldende med spolens bevægelsesbane under den skridtvise omdrejning af den ferste cifferrulle (3) samt at spoleviklinger- DK 156854 B nés middeldiameter i det væsentlige er 1ig med diameteren el-ler tværdimensionen af de mod hinanden rettede magnetpoler.

2. Tælleværk if0lge krav 1, kendetegnet ved, at 5 drivsysternet, som omfatter spolen (11) og skiftearmen (7, 15) befinder sig i mekanisk ligevægt.

3. Tælleværk ifolge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at spolen (11) har form som en indvendig hul, cylindrisk 10 skive.

4. Tælleværk ifolge et eller flere af kravene 1 - 3, k e n -detegnet ved, at spolen (11) efter en udsvingning, der er fremkaldt af den elektromotoriske kraft, kan fores tilbage 15 til udgangssti11ingen af en fjeder (14), der indgriber i skiftearmen (7, 15).

5. Tælleværk ifolge et eller flere af kravene 1-3, ken detegnet ved, at spolen (11) kan fores tilbage til ud- 20 gangssti11ingen af en styrestr0m med omvendt polaritet. 25 30 35