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Mechanisches Integriergetriebe
Die Erfindung betrifft ein mechanisches Inte- griergetriebe, bei dem ein Klinkenrad absatzweise durch eine ständig um dasselbe kreisende Klinke weitergeschaltet wird, die mit einer um eine nockenförmige Steuerscheibe kreisenden Abtast- vorrichtung verbunden ist, wobei die von einer variablen Messgrösse bestimmte Stellung der
Steuerscheibe den jeweiligen Weg, über den die
Klinke bei jeder Umdrehung in das Klinkenrad eingreift, einstellt. Bei einem bekannten Getriebe dieser Art besteht die Steuerscheibe aus zwei gleichachsigen Nockenscheiben, die entsprechend zwei variablen Messgrössen, z. B. strömenden
Mengen, verstellbar sind. Der Zweck dieses Ge- triebes besteht in der fortlaufenden Summierung beider Variablen.
Die Erfindung sieht gleichfalls ein Getriebe der eingangs angegebenen Art vor, bezweckt jedoch nicht ein Summieren, sondern ein Multiplizieren der Variablen und ist insbesondere zur Messung von Wärmemengen, aber auch von anderen Produkten variabler, physikalischer Faktoren bestimmt. Zu diesem Zweck sind gemäss der Erfindung zwei im wesentlichen gleichartige Getriebe hintereinander geschaltet, indem die Drehung des Klinkenrades des ersten Getriebes auf die Klinke des zweiten Getriebes übertragen wird, dessen
Steuerscheibe von der zweiten variablen Messgrösse beeinflusst wird, so dass die Drehung des Klinkenrades des zweiten Getriebes dem Produkt beider Messgrössen entspricht. Diese Drehung kann sodann unmittelbar auf ein Zählwerk zur Anzeige des Produkts übertragen werden.
In derselben Weise können drei und mehrere gleichartige Getriebe hintereinander geschaltet werden, wenn Produkte aus drei oder mehr Variablen gebildet werden sollen.
Soll das erfindungsgemässe Getriebe beispielsweise als Wärmezähler für eine Warmwasserheizung Verwendung finden, so dient als die eine Variable die Durchflussmenge, die z. B. mittels einer Staublende oder über den entsprechenden Wirkdruck mittels Schwimmermanometern od. dgl. oder auch mittels eines Flügelrades laufend erfasst und auf den einen Teil des Getriebes übertragen wird. Als zweite Variable wird z. B. die Differenz der Temperaturen im Vor-und Rücklauf der Heizung durch Wärmefühler mit Ausdehnungskörpern über ein Differentialgetriebe od. dgl. auf den zweiten Teil des Getriebes über- tragen. Das erfindungsgemässe Multiplier- getriebe kann ferner auch für die Zustands- berichtigung des Zählergebnisses eines Mengen- messers, insbesondere für Wasserdampf, Ver- wendung finden.
Bekanntlich gibt ein Dampf- messer nur dann den richtigen Zählwert an, wenn der Betriebszustand hinsichtlich Druck und
Temperatur den diesem Messer zugrunde gelegten
Eichdaten entspricht. Ist dies nicht der Fall, so muss eine Berichtigung der abgelesenen Dampf- menge stattfinden, indem diese mit einem Faktor multipliziert wird, der die Abweichungen der Be- triebsdaten (Druck, Temperatur) von den Eich- daten berücksichtigt.
Es ist bereits ein Wärmemengenmesser vorgeschlagen worden, bei dem zwei gleichartige
Getriebe, von denen das eine von einem Dampfmesser und das andere von einem Manometer beeinflusst wird, hintereinander geschaltet sind.
Dieses Getriebe, das somit gleichfalls Multiplikationen zweier Variabler durchführt, verwendet mit Zahnrädern kämmende, achsial verschiebbare Zahnwalzen, deren Zähne verschiedene Länge aufweisen, so dass je nach der Achsialstellung der Walze mehr oder weniger Zähne derselben mit den Zahnrädern in Eingriff gelangen und dadurch die Übersetzung geändert wird. Solche Getriebe haben sich in der Praxis nicht bewährt, da die Gefahr besteht, dass die periodisch ausser Eingriff gebrachten Zahnwalzen und Zahnräder nicht ordnungsgemäss wieder in Eingriff gelangen, woraus sich kurzzeitige oder dauernde Verklemmungen ergeben, so dass entweder falsche Resultate registriert werden oder der Messer betriebsunfähig wird.
Demgegenüber zeichnet sich das erfindungsgemässe Getriebe durch absolute Betriebssicherheit und eine Messgenauigkeit aus, wie sie, insbesondere bei kleinen Mengen, mit den bisherigen Wärmezählern oder sonstigen Multipliziergetrieben nicht erreicht werden konnte. Ein weiterer Vorteil ist eine relativ einfache Ausbildung und ein besonders geringer Raumbedarf.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt im Schaubild einen Wärmezähler, der sinngemäss auch als Dampfmengenmesser mit Zustandsberichtigung dienen kann. Fig. 2 zeigt eine
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etwas abgeänderte Ausführungsform eines solchen
Getriebes in Ansicht, teilweise im Längsschnitt.
Eine Kraftquelle 1 mit gleichförmiger Dreh- zahl, z. B. ein Uhrwerk oder Elektromotor, treibt über eine Welle 2 und ein Zahnrad 3 das Zahn- rad 4 gleichförmig an, das mittels einer Hohl- welle 6 im Lager 5 fliegend gelagert ist. Das
Zahnrad 4 trägt eine drehbar gelagerte Welle 8, auf der eine Klinke 10 sowie eine Kurbel mit Lauf- rolle 13 festsitzen. Die Welle 8 ist zufolge einer an einem Arm 9 angreifenden Feder 7 ständig be- strebt, sich im Uhrzeigersinn zu drehen und daher die Klinke 10 zum Einfallen in ein Klinkenrad 12 zu bringen. Die Welle 8 kreist mit dem Zahn- rad 4 ständig um das Klinkenrad 12 sowie um zwei gleich grosse Scheiben 14, 15.
Die Fallklinke 10 kann in das mittels der Welle 16 bei 17 fliegend gelagerte Klinkenrad 12 eingreifen und dasselbe mitnehmen, wenn die Laufrolle 13 in die von den beiden Scheiben 14, 15 gebildete Lücke mit dem Zentriwinkel tu einfallen kann.
Diese Scheiben sind, wie ersichtlich, am Umfang beispielsweise über je 1800 abgesetzt. Befinden sie sich genau in Deckung, so läuft die Laufrolle 13 je über die Hälfte einer Umdrehung auf dem kleineren und grösseren Laufkreis der
Scheiben, so dass die Klinke 10 nach einem Weg um je 1800 ausgehoben wird und wieder einfällt und das Klinkenrad 12 schrittweise um ein Höchstmass verdreht wird. Sind die beiden Scheiben 14, 15 um 1800 gegeneinander verstellt, so kann die Laufrolle 13 nur auf ihrem grösseren Laufkreis rollen bzw. das Klinkenrad nicht weitergeschaltet werden. Bei Verstellungen der beiden Scheiben zwischen 0 und 180 bilden sie die genannte Lücke Tg, in die die Laufrolle einfallen kann. Die Grösse des jeweiligen Verdrehwinkels des Klinkenrades 12 hängt somit von der gegenseitigen Stellung der Scheiben 14, 15 ab.
Statt nur einer Welle 8 mit Klinke 10 und Rolle 13 können zwei solche Wellen diametral auf dem Zahnrad 4 angeordnet werden. Damit kann erreicht werden, dass bei maximaler Verstellung der beiden Scheiben die Klinke 10 ständig in Eingriff bleibt bzw. das Klinkenrad 12 ständig ohne Stillstand rotiert.
Die Scheibe 14 ist ortsfest und mittels eines Zapfens 20 bei 21 befestigt. Die bewegliche Steuerscheibe 15 sitzt auf einer Hohlwelle 19, die bei 11 gelagert ist und ein Zahnrad 18 trägt.
In letzteres greift die Zahnstange 24 eines Schwimmers 25 ein, der sich beispielsweise im Plus-oder Minusschenkel eines nicht gezeichneten Schwimmerdifferenzdruckmanometers auf und ab bewegt. Natürlich können für die Erfassung der Dampfmenge pro Zeiteinheit auch Ringwaagen usw. verwendet werden. Um die Zeichnung nicht zu komplizieren, ist angenommen, dass der Schwimmerweg bereits proportional der Menge sei. Die Radiziervorrichtung ist also der Einfachheit halber nicht gezeichnet. Es wird also die Steuerscheibe 15 entsprechend der Menge pro Zeiteinheit verdreht, so dass der Vorschub des Klinkenrades 12 in einer bestimmten Zeit pro- portional der in dieser Zeit durchgegangenen Ge- samtmenge ist. Von der Welle 16 kann ein Zähl- werk für diese Menge angetrieben werden.
Die
Bewegung der Welle 16 wird nun über Zahn- räder 22, 23 und 26 auf ein Zahnrad 27 eines zweiten Getriebes übertragen, das in gleicher
Weise ausgebildet ist wie das vorstehend be- schriebene und die Multiplikation der beiden variablen Grössen, also der Menge und der Tem- peraturdifferenz durchführt. Beispielsweise sind im Vor-und Rücklauf einer Heizung Wärmefühler 38 vorgesehen, die über Zahnstangen 37 auf Zahn- räder 33 bzw. 34 wirken, die durch ein Differential- getriebe 32 miteinander verbunden sind. Die
Differenzbewegung wird über Zahnräder 35, 31 und eine Hohlwelle auf die drehbare Steuer- scheibe 30 übertragen, deren Drehung somit proportional der Differenz der Temperaturen im
Vor-und Rücklauf ist. Die ortsfeste Scheibe 29 ist durch den Zapfen 40 bei 41 festgelegt.
Der jeweilige Winkel 1 der Lücke zwischen beiden
Scheiben 29, 30 ist somit gleichfalls von dieser Temperaturdifferenz bestimmt und es ist ersichtlich, dass die Drehung des Klinkenrades 28, das durch die vom Zahnrad 27 getragene Klinke nach Massgabe des jeweiligen Winkels, angetrieben wird, dem Produkt beider variabler Messgrössen entspricht. Das durch die Welle 42 mit dem Klinkenrad 28 verbundene Zählwerk 39 gibt somit die Wärmemenge an.
Ist in einer bestimmten Zeit die Dampfmenge, sowie die Temperaturdifferenz ein Maximum, so werden einerseits das Zahnrad 27 während einer Umdrehung des Zahnrades 4, andererseits das Klinkenrad 28 während einer Umdrehung des Zahnrades 27 um maximale Beträge verdreht, so dass das Zählwerk 39 die maximale Wärmemenge angibt. Ist einer der beiden Messwerte oder beide Null, so bleibt die Welle 42 samt dem Zählwerk 39 stehen. Sinkt die Dampfmenge, so fällt die Drehzahl der Welle 16 und mit ihr auch jene der Welle 42. Sinkt die Temperaturdifferenz, so bleibt die Drehzahl der Welle 16 unverändert, während jene der Welle 42 fällt.
Gemäss Fig. 2 sind beide Teilgetriebe an gemeinsamer Achse angeordnet, woraus sich eine besonders einfache und gedrängte Ausbildung ergibt, da bloss zwei Zahnräder 18 und 31 zur Betätigung der Steuerscheiben 15 bzw. 30 erforderlich sind. Die analogen Teile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1, so dass die Ausbildung und Wirkungsweise dieses Getriebes ohne weitere Beschreibung verständlich ist.
Bei der Ausbildung des Multipliziergetriebes ist zu beachten, dass die Zeitintervalle zwischen den Steuerimpulsen auch den ungünstigsten Be- : triebsbedingungen entsprechen, d. h. es müssen die Schwankungen der Variablen in jedem Fall vom Getriebe erfasst werden. Es kann dies auf zwei Arten erreicht werden.
Entweder wird die Umlaufzahl no der antreibenden bzw. nicht ; regulierten Welle so hoch gewählt, dass beim kleinsten praktisch auftretenden Wert der ersten Variablen bzw. des ersten Variablenpaares, das
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auf das Zählwerk 40 einwirkt, sich noch genügend rasche Zählwerkvorschübe (Impulse) für das Produkt bzw. die zu messende Menge auf dem Zählwerk 39 ergeben oder es wird bei zeitlich ausreichender Anzahl von Vorschüben (Impulsen) für das Zählwerk 40 die Vorschubzahl für das Zählwerk 39 dadurch erhöht, dass durch die Zahnräder 22, 23, 26, 27 eine Übersetzung ins Schnelle eingeführt und so die Drehzahl des Rades 27 und damit die Vorschubzahl für das Zählwerk 39 auf den gewünschten Wert gebracht wird.
Die Umdrehzahl der antreibenden Welle 6 (Fig. 1) sei beispielsweise no = 60 Ujmin. Auf dem Zählwerk 40 wird davon jede Sekunde ein Impuls gegeben. Ist die erste Variable bzw. das erste Variablenpaar wertmässig nur 10% des maximalen Variablenwertes, dann erfolgt ein Impuls auf das Zählwerk 39 mindestens alle 10 Sekunden. Die zweite Variable bzw. das Variablenpaar kommt also alle 10 Sekunden zur Auswirkung. Ist für das Zählwerk 40 eine Umdrehungszahl ausreichend, die für das Zählwerk 39 eine zu kleine Impulszahl liefern würde, so kann durch eine Übersetzung ins Schnelle mittels der Zahnräder 22, 23, 26, 27 die Drehzahl des Rades 27 so erhöht werden, dass die auf das Zählwerk 39 einwirkenden Impulse einander rasch genug folgen.
Ist die Drehzahl no= 4 U/min. und die Übersetzung 10 : 1, so ist das Impulsintervall auf dem Zählwerk 40 15 Sekunden und bei einem Wert von 10% der ersten Variablen bzw. des ersten Variablenpaares das Impulsintervall ebenfalls längstens 15 Sekunden.
Das Multipliziergetriebe ist, wie gesagt, nicht nur für Wärmezähler, sondern auch für Mengen- messer, insbesondere Dampfmesser mit Zustandsberichtigung, verwendbar. An die Stelle des einen Temperaturfühlers beim Wärmezähler tritt dann ein Druckfühler für die Druckberichtigung. Die beiden Zahnstangen 37 sind so anzuordnen, dass bei gleichzeitig wachsendem oder sinkendem Druck und Temperatur die Verstellungen sich im Differential 32 mehr oder weniger aufheben, während bei Veränderungen dieser beiden Grössen in entgegengesetztem Sinne die Verstellungen sich addieren. Die Zahnstangen sind also auch hier auf der gleichen Seite des Differentials anzuordnen wie beim Wärmezähler. Das Zählwerk 39 gibt dann die berichtigte Dampfmenge an.