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Vorrichtung zur mechanischen Ermittlung des Zeitintegrales der
Differenz zweier Geschwindigkeiten, insbesondere für Überverbrauchszähler
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur mechanischen Ermittlung des Zeitintegrals der mittels eines Subtraktionsgetriebes bestimmten Differenz zwischen einer, einem ersten Eingang dieses Subtraktionsgetriebes zugeführten variablen Geschwindigkeit und einer, einem zweiten Eingang desselben zugeführten einstellbaren Bezugsgeschwindigkeit, insbesondere für Überverbrauchszähler.
In der Technik muss häufig eine variable Geschwindigkeit auf mechanischem Wege mit einer konstanten Bezugsgeschwindigkeit verglichen und das Ergebnis über die Zeit integriert werden ; ein solcher Vergleich zweier Geschwindigkeiten erfolgt im allgemeinen mittels eines Subtraktionsgetriebes-z. B. mittels eines Differentialgetriebes - dessen Eingänge einerseits von einer konstanten, einstellbaren Bezugsgeschwindigkeit und anderseits von der variablen Geschwindigkeit angetrieben werden und dessen Ausgang sich dann gemäss der Differenz der beiden Geschwindigkeiten dreht und dessen Stellung - ausge- hend von einer Nullstellung - dem Zeitintegral dieser Differenz entspricht. Ein solcher Geschwindigkeitsvergleich findet z.
B. bei Überverbrauchszählem statt, bei denen der über eine bestimmte Leistungsgrenze (Pauschalgrenze) hinaus entnommene Energieverbrauch ermittelt wird und wobei die variable Geschwindigkeit und die konstante Geschwindigkeit der abgenommenen Leistung bzw. der Leistungsgrenze entsprechen ;
bei derartigen Überverbrauchszählern erfolgt der Geschwindigkeitsvergleich mittels eines Subtraktionsgetriebes, bei welchem ein Eingang von der Zählerachse und der andere mittels eines Zeitlaufwerkes mit einer konstanten, der Leistungsgrenze entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben wird und dessen Ausgang jeweils eine dem Zeitintegral der Geschwindigkeitsdifferenz und damit eine dem Überverbrauch entsprechende Winkelstellung einnimmt, welche auf ein Überverbrauchszählwerk über ein Ratschgetriebe übertragen wird, mittels dessen bei Unterverbrauch eine Rückstellung der Zahlenrollen des Zählwerkes verhindert wird.
Zur Einleitung einer bestimmten Leistungsgrenze muss das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zeitlaufwerk und dem zugehörigen Getriebeeingang veränderbar sein ; bei einem bekannten Überverbrauchszähler erfolgt diese Einstellung der Leistungsgrenze durch Auswechseln von Zahnrädern in der Übertragung zwischen Zeitlaufwerk und Subtraktionsgetriebe ; wenn aber die Leistungsgrenze über einen grossen Bereich fein einstellbar sein muss, ist hiezu eine Lagerhaltung vieler unterschiedlicher Wechselräder erforderlich.
Bei einem andern bekannten Überverbrauchszähler ist deshalb ein von einem Synchronmotor angetriebenes Stufengetriebe vorgesehen, das einen Satzräderkonus aufweist, dessen Räder mit zwei derart bewegbar angeordneten Abgreifrädem zusammenarbeiten, dass sie von Hand mit einem bestimmten Zahnrad des Satzräderkonus gekuppelt werden können ; durch Überlagerung der Drehungen beider Abgreifräder mittels eines Differentialgetriebes kann dessen Abtriebsdrehzahl und damit die Leistungsgrenze in eine grosse Anzahl Stufen unterteilt werden ;
die Einstellung der Abgreifräder bedingt aber bei diesem Getriebe einen verhältnismässig komplizierten Aufbau, da jedes Abgreifrad bei Eingriff mit einem andern Rad des Satzräderkonus vom vorherigen Rad abgehoben, dann zu sich selbst parallel verschoben und schliesslich mit dem andern Rad gekuppelt werden muss ; überdies nimmt dieses Getriebe relativ viel Raum ein und erschwert dadurch seinen Einbau in Geräten, bei denen nur noch wenig Raum zur Verfügung steht.
Nach der Erfindung werden nun bei Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art zur mechanischen
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Regelung des Zeitintegrals der Differenz zweier Geschwindigkeiten - insbesondere für Überverbrauchszähler - alle diese Nachteile dadurch vermieden,dass eine von einem Zeitlaufwerk angetriebene Einrichtung vorgesehen ist, deren Abtriebsbewegung dem zweiten Eingang des Subtraktionsgetriebes zugeführt wird und welche mindestens ein, vom Zeitlaufwerk angetriebenes, eine aussetzende Abtriebsbewegung lieferndes Getriebe mit einstellbarem Schaltverhältnis enthält, dessen mittlere Abtriebsgeschwindigkeit der Bezugsgeschwindigkeit entspricht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die vom Zeitlaufwerk angetriebene Einrichtung, deren Abtriebsbewegung dem zweiten Eingang des Subtraktionsgetriebes zugeführt wird, zwei vom Zeitlaufwerk angetriebene, eine periodisch. aussetzende Abtriebsbewegung liefernde Getriebe mit einstellbarem SchaItyerhältnis sowie ein Differentialgetriebe, mittels dessen die Abtriebsbewegungen der beiden erstgenannten Getriebe einander überlagert werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Messvorrichtung ist vorgesehen, dass jedes der beiden vorgesehenen Getriebe ein Abtriebsrad sowie ein die Antriebsbewegung lieferndes, gezahntes Schaltrad enthalt, zu dessen Kupplung mit dem Antriebsrad eine schwenkbare, einen Mitnehmerstift sowie einen Ausklinkstift tragende Klinke, ferner einen gleichfalls auf dem Antriebsrad schwenkbar, mit der Klinke kraftschlüssig gekuppelten Hebel und ein fest am Gestell des betreffenden Getriebes in der Umlaufbahn dieses Hebels angeordneter Stift vorgesehen sind, welch letzterer, bei einem von Null verschiedenen Schaltverhaltnis, bei jedem Umlauf des Antriebsrades den Mitnehmerstift über den Hebel mit den
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Antriebsradnetes,bei eingekuppeltem Schaltrad in de :
Umlaufbahn des Ausklinkstiftes liegendes Einstellorgan vorgesehen ist, welches bei jedem Umlauf des Antriebsrades über den Ausklinkstift die Klinke in die Ausgangslage zurückbewegt, während welcher Bewegung der Mitnehmerstift aus den Zähnen des Schaltrades ausrastet.
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Drehung der Zählerachse 1 wird durch ein Schneckengetriebe 3 auf die Achse 4 übertragen, welche über die Zahnradübersetzung 5 mit der Achse 6 eines Gesamtverbrauchzählwerkes 7 gekuppelt ist ; um den vom Konsumenten über eiue bestimmte Leistungsgrenze entnommenen Energieverbrauch zu registrieren, ist ein Differentialgetriebe 8 vorgesehen, das einerseits über das Übersetzungsgetriebe 9 von der Zähleraehse l und anderseits über das Übersetzungsgetriebe 10 von einer Getriebeanordnung 11 angetrieben wird ;
ein Zahnrad 12, das den Ausgang des Differentialgetriebes 8 bildet, ist über das Zahnrad 13, das Ratschgetriebe 14 und die Zahnradübersetzung 15 mit dem Überverbrauchszahlwerk 16 gekuppelt.
Die Getriebeanordnung 11 enthält zwei gleiche Getriebe 17 und 18, welche über die Zahnräder 19 bzw. 20 und 21 von einem Synchronmotor 22 mit konstanter Drehzahl angetrieben werden ; die Getriebe 17 und 18 setzen die gleichförmige Antriebsbewegung des Synchronmotors 22 in eine periodisch ausset-
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der Schaltzeit ts - während welcher die Abtriebsachses 24 und 25 innerhalb einer Umdrehung der Antriebsachsen 26 bzw. 27 fortbewegt werden, zu der Umlaufzeit tu dieser Antriebsachsen, ist beim Ausfüh- rungsbeispiel in zehn Stufen 0/11, 1/11, 2/11, 3/11-9/11 einstellbar.
Die Einstellung des Schaltverhältnisses der Getriebe 11 und 18 erfolgt mit Zeigern 28 und 29, welche gegenüber Skalen 30 und 31 von Hand eingestellt werden können, ist das Getriebe 17 beispielsweise auf das Schaltverhältnis 1/11 eingestellt, so dreht sich die Abtriebsachse 24 während 1/11 der Umlaufzeit tu der Antriebsachse 26 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit w wie die letztere, während die Abtriebsachse 24 während den übrig bleibenden 10/11 der Umlaufzeit tu stillsteht ;
die mittlere Winkelgeschwindigkeit der Abtriebsachse 24, auf eine volle Umdrehung der Antriebsachse 26 bezogen. ist infolgedessen 1/11 w. Die Bewegung der Abtriebsachse 24 wird über eine Zahnradübersetzung 32 und eine Achse 33 dem Sonnenrad 34 des Differen-
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des 1/22 w beträgt : dem zweitenSonnenrad35 des Differentialgetriebes 23 wird die Bewegung der Abtriebsachse 25 des Getriebes 18 über eine Zahnradübersetzung 36 und die Achse 37 im Verhältnis 5 : 1 übertra- gen. Wird angenommen, dass auch das Getriebe 18 auf ein Schaltverhaltnis 1/11 eingestellt ist, dann beträgt die mittlere Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 35,5/11 w.
In dem Differentialgetriebe 23 weiden nun die Bewegungen der Sonnenräder 34 und 35 additiv überlagert, so dass die mittlere Winkelge-
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Der Wett (LIm kanngegengesetzten Vortrieb wieder mitnimmt ; nachdem die Klinke 44 nach Zurücklegen dieses Drehwin- kels y noch einen Drehwinkel x durchlaufen hat, der auf das Überverbrauchszählwerk übertragen wird und somit den während der vorherigen Periode ts erfolgten Rücktrieb des Überverbrauchszählwerkes 16 kom- pensiert, befindet sich die Klinke 44 wieder in derjenigen Winkellage, welche sie zu Anfang der vorher- gehenden Periode ts einnahm ;
die weitere Verdrehung der Klinke 44 in der betrachteten Periode tr be- wirkt sodann die eigentliche Registrierung des während der Periode tu erfolgten Überverbrauches ; die oben angeführte Bedingung für eine richtige Registrierung des Überverbrauches ist somit auch erfüllt, wenn das
Spiel S bereits innerhalb der Periode 1$ aufgeholt wird. Die Zahnteilung des Klinkenrades 45 ist so gross zu wählen, dass die Klinke 44 während der Periode ts nicht von der betreffenden Zahnflanke abfällt, da sonst die obigen Voraussetzungen nicht mehr zutreffen und die Angabe des Überverbrauches. gefälscht wür- de.
Die Winkelstellungen des Differentialausganges 12 gemäss beiden Linienzügen 53 und 55 nehmen so- mit jeweils nach der Umlaufzeit tu der Antriebsachse 26 des Getriebes 17 dieselben Werte an, was zu einer richtigen Registrierung des Überverbrauches führt. Ist die Leistungsentnahme gleich der der Leistungsgrenze entsprechenden Bezugsgeschwindigkeit 50 - wie dies während dem Zeitabschnitt t, der Fall ist-so bleibt der Differentialausgang 12 in der nach der Zeit ti erreichten Winkelstellung stehen ; die Linie 53 verläuft während dieser Zeit somit waagrecht und die Linie 52 berührt dieselbe im Punkt 56, da die Flächen der Rechtecke 57 und 58 einander gleich sind ;
liegt während des Zeitabschnittes t. die Leistungsentnahme unter der Leistungsgrenze 50, so fällt die Linie 52 steil ab, da während der Schaltzeit ts die Oberflächen 59 gegenüber der Oberfläche 60 verhältnismässig gross sind ; die Linien 52 und 54 schneiden sich im Zeitpunkt t,, an dem das Spiel S durchlaufen ist und von welchem an der Differentialaus- gang 12 einen Rücktrieb erfährt, dessen Verlauf durch den Teil 61 der Linie 59 dargestellt wird. Zum
Zeitpunkt 1 ; ; erfolgt wieder ein Lastwechsel, indem die Leistungsentnahme bis über die Leistungsgrenze 50 ansteigt ; von diesem Zeitpunkt an muss somit das ganze Spiel S wieder durchlaufen werden, bevor eine Registrierung des Überverbrauches erfolgen kann-u. zw. vom Zeitpunkt t6 an, zu welchem das Spiel S durchlaufen ist.
Würde nun diese Registrierung gemäss dem bekannten Verfahren mit einer stetig verlaufenden Bezugsgeschwindigkeit vorgenommen, so wäre das Spiel S erst zum Zeitpunkt 17 durchlaufen. Da der durch das Spiel entstandene. Fehler in der Angabe des Überverbrauches von der Zeit abhängig ist, die für das Durchlaufen des Spieles S bei einem Lastwechsel von Unter-auf Überverbrauch benötigt wird, ist dieser Registrierfehler bei dem beschriebenen Überverbrauchszähler gegenüber demjenigen, welcher bei den bekannten Überverbrauchszählem auftritt, herabgesetzt.
Wünscht man die maximale mittlere Abtriebsgeschwindigkeit der Getriebeanordnung 11 zu ändern, so kann dies durch Änderung der Übersetzung 21 erfolgen. Wird z. B. in dieser Weise die Antriebsgeschwindigkeit der Getriebeanordnung 11 verringert, so verringert sich auch ihr Einstellbereich, d. h. der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen mittleren Winkelgeschwindigkeit des Planetenrades 38. Die Abtriebsgeschwindigkeit der Getriebeanordnung 11 ist demzufolge in feineren Stufen einstellbar, da die Anzahl einzustellender Schaltverhältnisse der Getriebe 17,18 gleich bleibt.
Weiter kann mittels eines zwischen den Differentialgetrieben8 und 23 zusätzlich anzuordnenden Summengetriebes der Abtriebsbewegung des Differentialausganges 38 eine oder mehrere periodisch aussetzende Bewegungen mit einem festen oder veränderlichen Schaltverhältnis oder aber eine stetige Bewegung überlagert werden. Letzteres kommt beispielsweise dann in Frage, wenn man die Bezugsgeschwindigkeit nicht auf 0 herunter, sondern auf einen bestimmten Mindestwert einzustellen wünscht.
Der Einstellbereich der Getriebeanordnung 11 wird hier nicht geändert, sondern lediglich verschoben, d. h., er kommt zwischen einer, andern minimalen und maximalen mittleren Winkelgeschwindigkeit des Rades 38 zu liegen. Es können auch beide Massnahmen, nämlich sowohl eine Änderung als auch eine Verschiebung des Einstellbereiches gleichzeitig zur Anwendung kommen.
An Hand Fig. 4 ist eine besonders zweckmässige Ausführungsform der Getriebe 17 und 18 gemäss Fig. 1 erläutert.
In dieser Figur ist 52 eine in einer Platine 53 angeordnete Achse, auf der ein Antriebsrad 54 drehbar gelagert ist. Das Rad 54 weist an der Unterseite eine Verzahnung 55 auf, über welche es von einem nicht dargestellten Zeitlaufwerk mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit angetrieben wird. Bei seiner Drehung nimmt das Rad 54 einen Hebel 56 und eine Klinke 57 mit, welche mittels Zapfen 58 und 59 auf dem Rad 54 schwenkbar angeordnet sind. In einer Aussparung 60 der Klinke 57 stützt sich ein am Hebel 56 befestigter Stift 61 gegen die Klinke 57 ab. Der Kontakt zwischen Stift 61 und Klinke 57 wird durch eine auf die Achse 52 geschobene Feder 62 gesichert, deren Enden 63,64 an einem Bolzen 65 des Hebels 56 bzw. einer Kante 66 der Klinke 57 anliegen.
An der Klinke 57 befindet sich ein Mitnehmerstift 67, wel-
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cher, wie nachstehend erläutert wird, ein Schaltrad 68 periodisch mitnimmt, das auf der Achse 52 lose gelagert ist. Die Zähnezahl des Schaltrades ist vorzugsweise eine Primzahl, und in diesem Fall weist es elf Zähne auf. Des weiteren ist an der Unterseite der Klinke 57 ein gestrichelt dargestellter Ausklink - stift 69 befestigt, welcher nach jeder Umdrehung des Rades 54 gegen ein Einstellorgan 70 stösst. Dieses Einstellorgan ist auf der Achse 52 ebenfalls lose gelagert und mit einem nicht dargestellten Zeiger an der
Vorderseite der Platine 53 von Hand einstellbar.
Das dargestellte Getriebe arbeitet folgendermassen :
Bei jeder Umdrehung des in der Pfeilrichtung drehenden Rades 54 stösst der Hebel 56. gegen einen an der Platine 53 befestigten Stift 71 und wird dadurch im Uhrzeigersinn um den Zapfen 58 geschwenkt. Unter Einfluss der Feder 62, welche die Klinke 57 mit dem Stift 61 des Hebels 56 in Berührung hält, schwenkt die Klinke 57 ebenfalls im Uhrzeigersinn um ihren Zapfen 59, wodurch der Mitnehmerstift 67 in die Verzahnung des Schaltrades 68 einfällt. Letzteres wird deshalb durch das Rad 54 mitgenommen.
Nach einer bestimmten Drehung des Schaltrades 68 stösst der Ausklinkstift 69 gegen das Einstellorgan 70, wodurch die Klinke 57 zurückgeschwenkt wird, und der Mitnehmerstift 67 das Schaltrad 68 freigibt. Die Form des Einstellorganes 70 ist derart, dass der Mitnehmerstift 67 mindestens während 2/11 einer Umdrehung des Rades 54 ausser Eingriff mit dem Schaltrad 68 gehalten wird. Für die in der Fig. 4 dargestellte Lage des Einstellorganes 70 wird das Schaltrad 68 während 9/11 der Umlaufzeit des Rades 54 mitgenom- men, worauf der Mitnehmerstift 67 vom Schaltrad 68 abgehoben wird und während 2/11 der Umlaufzeit des Rades 54 an den Zähnen des Schaltrades 68 vorbeiläuft. Während der Ruhezeit des Schaltrades 68 dreht der Mitnehmerstift 67 somit an zwei Zähnen des Schaltrades 68 vorbei, bevor er wieder zum Eingreifen in dessen Verzahnung gebracht wird.
Durch Einstellen des Einstellorganes 70 kann somit das Schaltverhältnis auf zehn bestimmte werte, nämlich 0, 1/11, 2/11, 3/11-9/11 eingestellt werden. Wie bereits an Hand der Fig. 1 erwähnt wurde, kann man mit zwei solchen Getrieben durch entsprechende Einstellung derselben 99 verschiedene mittlere Winkelgeschwindigkeiten des Differentialausganges 38 und somit auch die Leistungsgrenze in 99 Stufen einstellen. Demzufolge kann die Leistungsgrenze in ganzen Prozenten der der Winkelgeschwindigkeit 100/44"" des Differentialausganges 38 entsprechenden Leistungsgrenze eingestellt werden.
Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Getriebeanordnung 11 zwei Getriebe 17,18 aufweist, ist dies für die Erfindung nicht wesentlich. Es kann ebenfalls nur ein einziges Getriebe vorgesehen sein, dessen Schaltrad 68 eine der Anzahl der einzustellenden Registriergrenzen entsprechende Zähnezahl aufweist.
Die Verwendung einer, eine periodisch aussetzende Abtriebsbewegung liefernden Getriebeanordnung ergibt verschiedene Vorteile. So beanspruchen die Getriebe 1. 7 und 18 gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Getrieben weniger Raum, und die Einstellung der Leistungsgrenze ist bei ihnen bedeutend einfacher. Diese Einstellung erfolgt nämlich lediglich durch eine einfache Einstellung der beiden Einstellorgane 70 gegenüber den ihnen zugeordneten Skalen. Sell z. B. die Leistungsgrenze auf 25 % eingestellt werden, so wird der Zeiger 29 des Getriebes 18 auf den Wert 2 und der Zeiger 28 des Getriebes 17 auf den Wert 5 eingestellt (s. Fig. 1).
Diese Einstellung ist nicht kritisch, d. h., das Einstellorgan 70 (Fig. 4) braucht für ein bestimmtes Schaltverhältnis nicht in eine genau definierte Lage gedreht zu werden, da die Eingriffsmöglichkeit des Mitnehmerstiftes 67 zwischen zwei benachbarten Zähnen des Schaltrades 68 ver- hältnismässig gross ist, Ferner ergibt sich dadurch, dass die Zähnezahl des Schaltrades 68 eine Primzahl ist, dass sämtliche Zähne für dieFortschaltung herangezogen werden, so dass eine gleichmässige Abnutzung derselben erfolgt.
Überdies ergibt sich mit der erfindungsgemässen Vorrichtung der Vorteil, dass der Feh- 1er im ermittelten Zeitintegral, welcher durch das Spiel in dem die Geschwindigkeitsdifferenz ermittelnden Subtraktionsgetriebe und in den Übertragungen zu diesem entsteht, herabgesetzt wird. Wie sich nämlich bei Versuchen herausgestellt hat, wird infolge der aussetzenden Abtriebsbewegung der Getriebeanord- nung 11, welche Bewegung einen abwechselnden Vor- und Rücktrieb des Ausganges 12 des Subtraktionsgetriebes 8 herbeiführt, das Spiel beim Übergang von Unter- auf Überverbrauch und umgekehrt schneller durchlaufen, als dies bei einer nicht periodisch veränderlichen Bezugsgeschwindigkeit der Fall wäre.
Dank diesem Umstand wird die Registrierung genauer, weil bei Lastschwankungen um die Leistungsgrenze ein. kleinerer Teil des Überverbrauches unberücksichtigt bleibt, während bei den bekannten Überverbrauchs- zählern dieses Resultat nicht erreicht wird.
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