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Unterlager, insbesondere für Elektrizitätsmessgeräte.
Unterlager, die ein relativ leichtes Gewicht tragen, daher so kleine Reibung haben, dass eine
Schmierung für die Verminderung der Reibung nicht von Bedeutung ist, und die insbesondere für
Elektrizitätsmessgeräte Verwendung finden sollen, müssen wegen der mit solchen Geräten zu messenden sehr kleinen Lasten eine hohe Genauigkeit haben, damit die erforderliche Kraft. für den Anlauf des
Gerätes möglichst klein ist und die mechanischen Verhältnisse im Lager durch den Betrieb oder auch unter fremden Einflüssen sich auf möglichst lange Zeit hinaus nicht ändern.
Zur Lösung dieser Aufgabe hat man schon verschiedene Wege eingeschlagen. So hat man für den Lagerzapfen nicht korrodierende Materialien verwendet und gab dem Zapfen durch eine Wölbung von kleinerem Radius sis der Radius des schalenförmigen Lagersteines eine Auflage in der Schale, die theoretisch einer Punktberührung entsprach. Man hat hiebei auch an den ölfreien Betrieb solcher Unterlager gedacht, hat aber nicht die geeigneten Baumaterialien gefunden, die dann eine rasche Lageverschlechterung, wie durch Oxydation hervorgerufen, zu vermeiden gestatten würden.
Bte vorliegende Erfindung erreicht die angestrebte Verbesserung von Unterlagern der in Frage kommenden Art dadurch, dass gemäss ihr der Lagerzapfen aus hämmerbarem Metall, vorzugsweise Edelmetall, von geringerer Härte als 500 Brinell besteht. Der Zapfen kann dabei eine Lauffläche besitzen, deren Rundung annähernd der Rundung des Lagersteines entspricht.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung als Unterlager an einem Elektrizitätszähler, wobei vom Zähler nur das zum Verständnis der Erfindung notwendig Scheinende dargestellt und das Unterlager im Schnitt gezeigt ist. Fig. 2 ist eine Einzelheit in stark vergrössertem Massstabe in Ansieht und Fig. 3 diese Einzelheit im Längsschnitt. Die Fig. 4 zeigt in noch grösserem Massstab das Ineinandergreifen des Zapfenteiles und der Lagerschale nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1. Die Fig. 5 veranschaulicht im gleichen Massstab wie die Fig. 4 das Ineinandergreifen des Zapfenteiles und der Lagerschale nach vorbekannter Ausführung, wie sie einleitend geschildert war. Die Fig. 6 stellt ein Diagramm dar, das die Arbeitskurven je eines Zählers mit Unterlager nach der Erfindung bzw. nach einer vorbekannten Art zeigt.
Fig. 7 stellt ein Diagramm dar, das sich auf die Berührungszone der Teile des Lagers bezieht.
Gemäss der Fig. 1 ist ein Zapfen 10 in die Triebwelle 18 eines Elektrizitätszählers eingesetzt.
Die Triebwelle 18 hat eine Schnecke 14, die zum Treiben des Zählwerkes des Elektrizitätszählers dient. Durch einen Träger 32 des Elektrizitätszählers ist ein Haltebolzen 31 geschraubt, der an seinem oberen Ende ein Lager 33 aus Edelstein trägt. Dieses Lager 33 ist durch eine über dasselbe gestülpte Kappe 34 auf dem Bolzen 31 gesichert, welche Kappe gleichzeitig das Edelsteinlager 33 schützt und ein Herausgleiten des Zapfens 10 aus dem Lager verhindert.
Der Zapfen 10 ist, da er als Einsatzstück in die Triebwelle 13 gedacht ist, um einen guten Halt desselben in der Welle 13 und eine gute Anpassung an den Durchmesser der zum Einsetzen in der Welle vorgesehenen Bohrung zu erzielen, bei 42 geschlitzt und besteht vorzugsweise aus möglichst nicht korrosivem und nicht oxydierendem Material von entsprechender Härte oder solchem, auf dem sich nur ein permanenter Oxydschutzfilm bildet, beispielsweise aus Stahl oder einer Legierung wie"Duralumi- nium". Zur Erleichterung des Einsetzens oder Herausnehmens des Zapfens 10 ist an diesem eine ringförmige Vertiefung 43 für den Angriff eines Werkzeuges vorgesehen.
In eine Bohrung 46 des Zapfens 10 ist ein die eigentliche Spitze des Zapfens 10 bildender und auf der Lagerschale 33 aufruhender Teil 41 eingesetzt, welcher Spitzenteil 41 aus hämmerbarem Metall,
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vorzugsweise Edelmetall, von geringerer Härte als 500 Brinell gebildet ist, das unter den Arbeitsbedingungen nicht oxydiert und zufolge dieser Charakteristik grossen Widerstand gegen Abnutzung hat und einen niederen, sich auch im Laufe der Zeit nicht ändernden Reibungswiderstand auf dem Edelstein ergibt. Vorzugsweise ist der Zapfen 41 aus hämmerbarem Metall von einer Härte gebildet, die geringer ist als diejenige von gehärtetem Kohlenstahl oder Wolfram-Kobalt.
Als Material kommt solches in Frage, das in seiner Zusammensetzung im wesentlichen Edelmetall aufweist, dem als härtende Mittel unedle Metalle beigegeben sind, jedoch in so kleinen Mengen, dass der Zapfen selbst bei ölfreiem Betrieb nicht oxydiert. Es hat sich ergeben, dass Material, das im wesentlichen aus Gold, aus Metall der Platingruppe mit einem geringeren Zusatz aus Silber und Kupfer und einem noch geringeren aus Zink gebildet ist, sieh am besten zur Erfüllung der für die Erfindung notwendigen Charakteristik eignet.
Eingehende Versuche haben ergeben, dass sich etwa folgende Zusammensetzungen, in denen die Materialwerte in Prozenten ausgedrückt sind, eignen :
EMI2.1
<tb>
<tb> Legierung: <SEP> Gold <SEP> Platin <SEP> Palladium <SEP> Silber <SEP> Kupfer <SEP> Zink <SEP> Härtein
<tb> Au <SEP> Pt <SEP> Pd <SEP> Ag <SEP> Cu <SEP> Zn <SEP> Brinell
<tb> A <SEP> 72-0 <SEP> 8-5 <SEP> 0 <SEP> 4-0 <SEP> 14-5 <SEP> 1-0 <SEP> 280
<tb> B <SEP> 55-0 <SEP> 18-0 <SEP> 7-5 <SEP> 7-0 <SEP> 11-0 <SEP> 1-5 <SEP> 295
<tb> C <SEP> 10-0 <SEP> 10-0 <SEP> 35-0 <SEP> 30-0 <SEP> 14-0 <SEP> 1-0 <SEP> 290
<tb> D <SEP> 15-0 <SEP> 1-0 <SEP> 23-0 <SEP> 40-0 <SEP> 20-0 <SEP> 1-0 <SEP> 225
<tb>
Von diesen Beispielen hat sich die Zusammensetzung nach dem ersten derselben, also dem mit A bezeichneten, als die beste erwiesen.
Diese Zusammensetzungen werden etwa folgender Wärmebehandlung unterworfen :
A wird zwei Minuten auf einer Temperatur von 4820 C gehalten und dann im Ofen über 30 Minuten auf eine Temperatur von 232 C gekühlt, worauf man sie auskühlen lässt.
B wird zehn Minuten auf einer Temperatur von 4820 C gehalten und in der Folge gleich behandelt wie A.
C wird zwei Minuten auf einer Temperatur von 566 C gehalten, dann im Ofen auf 2600 C gekühlt und dann auskühlen gelassen.
D erhält die gleiche Wärmebehandlung wie C.
Die Spitze des Zapfenteiles 41 selbst ist zum voraus mit einer Arbeitsoberfläehe versehen, so dass sie wenigstens gleich nach dem Einlaufen sich in einer Arbeitszone oder Fläche von ungefähr 0'127 mm bis 0'254 mm Durchmesser an die Rundung des Edelsteines 38 anpasst (s. besonders Fig. 4).
Durch diese Gestaltung des Zapfenteiles 41 wird eine Belastung des Materials bis zu seiner Elastizitätsgrenze und daher eine Deformation von dessen Arbeitsoberfläche, wie sie durch mechanische Belastung und Schläge (wie beim Transport) oder durch elektrische Schläge (bei Kurzschluss) auftreten konnten, vermieden und es tritt auch im Verlauf des Betriebes nur ein unwesentlicher Weehsel der Gesamtreibung, der selbst bei den kleinsten Lasten nicht merkbar ist, auf, so dass der durchschnittliche Hebelarm der Drehreibung praktisch stets gleich klein bleibt.
Die Arbeitsoberfläche des Zapfenteiles 41 kann hiebei so gestaltet sein, dass sie einen um so viel kleineren Wölbungsradius hat als der Lageredelstein 33 an seiner Oberfläche, dass sich anfangs ein Durchmesser der wirklichen Arbeitsoberfläche von ungefähr 0'063 mm ergibt, der dann beim Einlaufen bis auf die Grösse der ganzen Arbeitsoberfläehe des Zapfenteiles 41 zunimmt.
Der Betrag des Wachsen des Durchmessers der Arbeitsoberfläche eines Zapfens nach der Zusammensetzung A bei der Abnutzung kann als Beispiel der Fig. 7 entnommen werden. Aus deren Kurve ist ersichtlich, dass beim Durchmesser der Arbeitsoberfläehe zwischen 0'127 und 0'152 mm dieses Wachsen, etwa durch einen Stoss hervorgerufen, relativ gross ist, während bei einem Durchmesser zwischen 0-228 und 0'254 mm die Änderung der Arbeitsoberfläche bedeutungslos ist.
Ein grösserer Durchmesser der Arbeitsoberfläche scheint vielleicht für den ersten Moment noeh günstiger, aber hiedureh würde auch der genannte Hebelarm der Drehreibung vergrössert und dann könnten an der Peripherie der Arbeitsoberfläche wirkende Fremdkörper, die durch losgelöste Teilchen oder Verunreinigungen gebildet sein können, eine Drehreibung von einem den Gang des Messgerätes eventuell schon beeinflussenden Hebelarm erzeugen.
Durch die grosse Arbeitsoberfläche und die steil aufsteigende Wandung 48 des Zapfenteiles wird, wie aus Fig. 4 ersichtlich, erzielt, dass eine Ansammlung von Teilchen 49 der eben genannten Art relativ kleinen Kontakt mit dem Zapfen teil 41 hat und mit immer gleichem Hebelarm auf die Welle 1. 3 wirkt, welcher Hebelarm zudem nur ganz wenig grösser ist als der durch die relativ grosse Arbeitsoberfläche erzeugte Hebelarm der Drehreibung. Die genannten Teile liegen also frei aussen an der Zapfenwandung an, ohne zwischen dieser Wandung und der Oberfläche des Steines. 33 wirken zu können.
Anders ist es aber bei der bekannten und bisher allgemein gebräuchlich gewesenen Zapfenform, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Dort kommen infolge der ganz flach ansteigenden Wandung 37 des Zapfens von der Arbeitsstelle weg und des demgemäss bis nahe an die theoretische Drehachse der Welle 18 reichenden Räumungswinkels solche Teilchen 50, die durch Oxydation oder Korrosion vom Zapfenmaterial losgelöst wurden, zwischen den Zapfen 36 und die Oberfläche des Steines 33, u. zw. bis nahe an den
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theoretischen Berührungspunkt zwischen Zapfen und Stein, heran und können zwischen Zapfen und Stein eingeklemmt werden und dadurch helfen, das Gewicht des beweglichen Elementes (der Welle 13 und Scheibe H) zu tragen.
Diese Teilchen wirken dann, besonders wenn sie vom Zapfenmaterial losgelöst sind und unterstützt von der hier angewandten Schmierung, direkt als Schürfer zwischen Zapfen und Stein, erzeugen dadurch einen relativ grossen, stark wechselnden Hebel bezüglich der Drehreibung und bewirken eine Zerstörung der Arbeitsoberfläche an Zapfen und Stein, so dass trotz des Ölens ein verhältnismässig rasch fehlerhafter Gang des Messgerätes eintritt.
Als Vergleich der Wirksamkeit des Lagers nach der Erfindung gegenüber einem Lager der Art, wie es die Fig. 5 zeigt, diene die Fig. 6. Die dort eingezeichneten Kurven zeigen Resultate nach einem ungefähr dreijährigen Gebrauch und gehen von 100% der ursprünglichen Registrierungseinstellung zweier Zähler aus, wobei die ausgezogen gezeichnete Kurve das Resultat des einen mit einem Lager gemäss der Erfindung ausgestatteten und die punktierte Kurve das Resultat des andern mit einem Lager der gewöhnlichen Art ausgestalteten Zählers darstellt.
Wie ersichtlich, variierte der alte Stahlzapfen nach der Fig. 5 in der Reibung so stark, dass die Registrierung beinahe um ein Prozent in jeder Richtung abweicht und am Ende der Prüfung die Kurve noch schlechter wurde und sieh senkte, was deutlich erkennen lässt, dass dieser Zapfen ein stabiles Verhältnis nicht zu erreichen gestattet. Der Zapfen gemäss der Erfindung dagegen war so konstant, dass die grösste Abweichung nicht mehr als ungefähr ein Drittelprozent war, und nach ungefähr zwei Jahren war der Zapfen so eingeschliffen und geglättet, dass die Kurve von da ab genau konstant blieb.
Die relative Weichheit des Zapfens gemäss der Erfindung hat noch den Vorteil, dass er den Edelstein praktisch nicht bricht, während es bei den harten Stahlzapfen oft vorkam, dass der Stein durch Stösse, die sich der Zapfenform nach gegen kleine Zonen des Steines richteten, brach.
Die für den Zapfenteil nach der Erfindung zur Verwendung gelangende Legierung kann infolge der Hämmerbarkeit und Duktilität in Drahtform erstellt werden, was die Bildung zum Zapfen herstellungsteehniseh wesentlich erleichtert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Unterlager, insbesondere für Elektrizitätsmessgeräte mit einem auf dem Lagerstein drehbaren, aus Metall bestehenden Zapfen usw., dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen aus hämmerbarem Metall, vorzugsweise Edelmetall, von geringerer Härte als 500 Brinell besteht.