Zählvorrichtung. Die Erfindung betrifft eine Zählvorrich tung, in welcher die Zählangabe durchZiffern- rollen erfolgt. Solche Vorrichtungen werden beispielsweise in Telephongesprächszählern, Gas-, Wasser-, Elektrizitäts-, Zeit- oder Distanzmessern und dergleichen Vorrichtun gen gebraucht, wobei die Zählung nicht nach dem Dezimalsystem zu erfolgen braucht.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Zählvorrichtung, bei welcher die dem Antriebsmechanismus derselben zuzuführende Energie zur Ausführung eines Zählschrittes unabhängig von der jeweiligen Stellung der Ziffernrollen konstant ist, wodurch verschie dene Vorteile erzielt werden können. Ohne be sondere Massnahmen ist diese für einen Zähl schritt benötigte Energie von der Stellung der Ziffernrollen abhängig, was davon herrührt, dass in einer Zählvorrichtung nur die die niedrigste Zahlstelle anzeigende Ziffernrolle bewegt wird, bis deren höchste Ziffer erreicht ist, worauf bei einem weiteren Zählschritt diese Ziffernrolle zusammen mit der die nächsthöhere Zahlstelle anzeigenden Ziffern rolle bewegt wird.
Auch bei weiteren Zähl- schritten müssen, beispielsweise bei einer nach dem Dezimalsystem arbeitenden Zähl vorrichtung, beim Übergang von der Zahl 99 auf die Zahl 100 oder beim Übergang von der Zahl 999 auf die Zahl 1000, mehrere oder sogar alle Ziffernrollen gleichzeitig ein gestellt werden. Die dem Antriebsmechanis- mus zuzuführende Energie ist daher sehr veränderlich. Im Falle eines Telephon- gesprächszählers wird nun die dazu erforder liche Kraft beispielsweise durch einen Elek tromagneten geliefert, der aus diesem Grunde grösser und kräftiger sein muss als bei einer immer gleichbleibenden kleineren Belastung desselben.
Es ist im übrigen auch klar, dass eine solche konstante Belastung den Vorteil der geringeren Abnützung und Störungs anfälligkeit sowie einer besseren Ausnützung der verfügbaren Energie mit sich bringt.
Bei bisher bekannt gewordenen Zähl vorrichtungen ist versucht worden, die kon stante Belastung des Antriebsmechanismus durch Spezialkonstruktionen von Zahnrädern zu erreichen, mittels denen die Ziffernrollen unter sich gekuppelt sind. Im allgemeinen ist es dann nicht möglich, bei der eingestellten Zahl alle Ziffern genau auszurichten. Da nun meist die Ablesung durch ein Fensterchen zu erfolgen hat, so wird sie deshalb erschwert, und irrtümliche Ablesungsergebnisse können die Folge sein.
Bei Zählvorrichtungen mit Rückstellmechanismen müssen ausserdem be sondere Massnahmen getroffen werden, um zu gewährleisten, dass nach der Rückstellung auf Null die Zahnräder richtig miteinander im Eingriff stehen.
Die Erfindung bezweckt demgegenüber die Schaffung einer Zählvorrichtung, bei welcher die dem Antriebsmechanismus zu zuführende Energie zur Ausführung eines Zählschrittes unabhängig von der jeweiligen Stellung der Ziffernrollen konstant ist und in welcher ferner auch die die nächsthöheren Zahlstellen anzeigenden Ziffernrollen schritt weise fortgeschaltet werden. Dadurch wird erreicht, dass die Ziffern einer Zahl stets aus gerichtet sind, wodurch sowohl das Ablesen erleichtert und nicht zuletzt auch die äussere Erscheinung verbessert wird.
Die erfindungsgemässe Zählvorrichtung, in welcher eine Anzahl je mit einem Steig rad und einem Klinkenmechanismus ver sehene Ziffernrollen vorhanden sind, von denen jede mittels ihres auf das Steigrad ein wirkenden Klinkenmechanismus betätigt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einstel lung der Ziffernrollen schrittweise erfolgt, derart, dass die Ziffern einer Zahl stets aus gerichtet sind, und dass die Steuerung des Klinkenmechanismus einer jeden Ziffernrolle mit Ausnahme der die niedrigste Zahlstelle anzeigenden Ziffernrolle je mittels einer nach einer Spirale verlaufenden Nocke erfolgt,
wo bei jeweils die betreffende Nocke mit der die nächstuntere Zahlstelle anzeigenden Ziffern rolle fest verbunden ist, das Ganze derart, dass die dem Antriebsmechanismus zuzufüh rende Energie zur Ausführung eines Zähl schrittes unabhängig von der jeweiligen Stel lung der Ziffernrollen konstant ist.
Die Form dieser Nocken kann beispiels weise nach einer Exponentialspirale ver laufen, die sich asymptotisch einem Kreis nähert. Gleichzeitig kann diese besonders ge formte Nocke in Zählvorrichtungen mit Rück stellmechanismen verwendet werden, zum Beispiel Telephongesprächszählern, in wel chen sie die Ziffernrolle bei deren Rückdre hung in der der Nullstellung vorangehenden Stellung stillsetzt, worauf durch das Zurück führen des Rückstellmeehanismus in den Ruhestand bewirkt wird,
dass jede Ziffern rolle durch Ausführung eines letzten Schrit tes in die Nullstellung zurückkehrt.
Nachstehend ist an Hand der beiliegen den Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, welches einen elek- troma"netisch betätigten Telephongesprächs- zähler betrifft. näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 einen Längsschnitt dieses Ge sprächszählers, die Fig. 2 eine Vorderansicht bei ab genommener Frontplatte.
die Fig. 3 eine Seitenansicht des Antriebs mechanismus für eine Ziffernrolle, die Fig. 4 den Rückstellmechanismus und die Fig. 5 einen Teil der Krümmungs- kurve der Nocke in Polarkoordinaten und ein Kräftediagramm.
Es soll zuerst an Hand der Fig. 3 gezeigt werden, wie unabhängig von der Stellung der Ziffernrollen eine konstante Belastung des Elektromagneten erzielt wird. Die Einer ziffernrolle l., die mit einem Steigrad 2 ver sehen ist, kann durch eine unter dem Einfluss einer Feder stehende Stossklinke 3, welche um einen im Kniehebel 5 gelagerten Dreh zapfen 4 drehbar gelagert ist, schrittweise fortgeschaltet werden. Der Hebel 5 ist auf dem Drehzapfen 6 drehbar gelagert und steht unter dem Einfluss der Feder 7. Das freie Ende des Kniehebels 5 ist mit einem An schlag $ versehen, der mit dem Zahn des Steigrades in Eingriff steht, der auf den mit der Stossklinke 3 zusammenwirkenden Zahn folgt.
Das Steigrad kann sich nicht drehen, da dem von der Klinke 3 ausgeübten Druck der freie Arm des Kniehebels 5 entgegen wirkt. Die beiden in der Fig. 3 gezeigten Federn sind in der Fig. 1 durch eine einzige Stabfeder 7 ersetzt, die durch eine rechts vom Drehzapfen 4 liegende, in der Stossklinke 3 vorgesehene Öse 15 hindurchgeht.
Die die Vorrichtung antreibende Kraft wirkt in Richtung des in der Fig. 3 gezeigten Pfeils auf den Hebel 5 ein, so dass dieser im Uhrzeigersinn gedreht wird, wobei die Stoss klinke 3 in die nächste Zahnlücke einfällt. Sobald die Magnetkraft zu wirken aufhört, wird der Hebel 5 durch die Feder 7 im Clegen- uhrzeigersinn zurückgedreht, wobei die Stoss klinke 3 das Steigrad um einen Zahn weiter dreht, und zwar nur um einen Zahn, da der vorangehende Zahn gegen den Anschlag 8 zu liegen kommt, wodurch das Steigrad gegen eine weitere Drehung vorläufig ge sperrt ist. Die Ziffernrolle ist somit um einen Schritt weitergeschaltet worden.
Das Zurück drehen der Ziffernrolle während der Drehung des Hebels 5 im Uhrzeigersinn wird durch die Sperrklinke 9 verhindert. Jede Ziffernrolle ist mit einem Stossklin- kenmechanismus von der beschriebenen Art versehen. Für die Einerziffernrolle wird der Hebel 5 direkt durch den Anker des Elektro magneten angezogen, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist. In dieser Figur zieht der Elektromagnet 16 den Anker 17, der auf dem Drehzapfen 18 gelagert ist, an, wobei die am Anker 17 angreifende Feder 19 gespannt wird.
Der Anker 17 besitzt einen finger förmigen Arm 20, welcher mit einem Ansatz 21 des Hebels 5 in Eingriff steht, so dass beim Anzug des Ankers 17 der Hebel 5 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Der Hebel 5 jeder übrigen Ziffernrolle wird mittels je eines Hebels 10, welcher durch eine Feder 22, Fig. 1, gegen eine Nocke 11, Fig. 1 und 3, angedrückt wird, betätigt. Die Nocke 11 ist jedesmal mit der Ziffernrolle der nächst untern Dezimalstelle fest verbunden.
In jeder höheren Schrittstellung der Ziffernrolle der niedrigsten Dezimalstelle bewirkt der zu nehmende Radius der Nocke 11, dass der Hebel 10 mehr und mehr gehoben wird, bis nach der höchsten Schrittstellung, das heisst beim Übergang aus Stellung 9 nach der Siel- lung 0 der betreffenden Ziffernrolle, der Hebel 10 so hoch gehoben worden ist, dass er den Hebel 5 der nächsten Ziffernrolle so weit gedreht hat, dass dessen Stossklinke 3 in die folgende Zahnlücke einfallen kann, so dass diese .
Ziffernrolle um einen Schritt weiter bewegt wird. Bei jedem Zählschritt wird die dem Elektromagneten zugeführte Energie zum Spannen der am Hebel 5 angreifenden Feder 7 der Einerziffernrolle ausgenutzt. Beim Aberregen des Elektromagneten dient die in dieser Feder 7 gespeicherte potentielle Energie zur Ausführung eines Zählschr_ ittes. Die dem Elektromagneten jeweils für einen Zählschritt zugeführte Energie ist somit stets konstant.
Die Form der Nocken 11 wird nun so gewählt, dass die von den Federn 7 zu überwindenden Widerstände möglichst ge ring und gleichförmig sind. Auf diese Weise kann jeweils ein Zählschritt mit möglichst geringer Federkraft und somit mit möglichst geringer, zum Spannen der Feder 7 der Einer- ziffernrolle aufzuwendender elektromagneti scher Kraft erzielt werden.
Die zur Erzielung dieser Eigenschaft massgeblichen Faktoren für die Formgebung der Nocken 11 sind dabei die erforderlichen Kräfte zum Heben des Hebels 10 entgegen der zunehmenden Spannung der Feder 22, zur Bewegung des Hebels 5 entgegen der zu nehmenden Spannung der Feder 7 und zur 'Überwindung der Reibung zwischen dem Hebel 10 und der Nocke 11. Dabei wird die Reibung bei zunehmender Schrittstellung der Ziffernrolle, so wie der Reibungsweg, bei zu nehmendem Druck ebenfalls grösser.
Die ge wünschte Form wird wie folgt ermittelt: Falls, wie Fig. 5 zeigt, mit P die senk recht auf den Nockenumfang wirkende Kraft, mit r der Leitstrahl, mit co der Polarwinkel irgendeines Punktes der Nockenkurve in Polarkoordinaten und 99 der Winkel zwischen der Normalen und dem Leitstrahl bedeutet, dann wird bei einer Drehung um einen Win kel dco die folgende Arbeit erforderlich sein:
1. Überwindung der Kraft P cos 9p über den Weg dr. 2. Überwindung der Kraft P sin 99 über den dem Winkel dco entsprechenden Bogen r. dco.
3. Überwindung der durch die Kraft P erzeugten Reibung auf dem Weg ds. Wenn die gesamte Arbeit für einen glei chen Drehungsbetrag stets gleich sein soll, dann gilt zur Bestimmung der Form der Noeke die folgende Gleichung: P cos 5o#dr+Psin5o#r#dm+P# <I>f</I> ds=C#dco Darin ist f der Reibungskoeffizient und C die konstante Kraft für einen Drehungs winkel gleich 1.
Wird ds durch und dr durch tg cp <I>. r .</I> dco ersetzt, so
EMI0004.0017
erhält man
EMI0004.0018
Die Kraft P erweist sich als praktisch unabhängig vom Radius r.
Eine Prüfung dieser Gleichung zeigt, dass die Kurve den Charakter einer Spirale be sitzt, die im Pol ihren Anfang nimmt und sich asymptotisch einem Kreis vom Radius
EMI0004.0020
nähert.
Zur Bestimmung der Formel für die Spi rale müssen sin 2 (p und cos p in der obigen Gleichung durch
EMI0004.0025
ausgedrückt werden und die sich daraus ergebende Diffe rentialgleichung r = r (co) gelöst werden.
Da. der Winkel cp für den hier interessie renden Teil der Kurve klein ist, kann zur Vereinfachung angenommen werden, dass cos cp <I>=1</I> und sin 2 c, = 2 to-<B>99,</B> so dass die folgende Gleichung erhalten wird:
EMI0004.0032
Wird nun tg 99 durch
EMI0004.0035
ersetzt, dann wird die folgende Differentialgleichung er- halten:
EMI0004.0036
Die Lösung dieser Gleichung ergibt
EMI0004.0037
Die Konstante C, findet man aus der Be dingung, dass bei co <I>= 0, r =</I> r" ist.
Somit ist
EMI0004.0041
Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass sobald der Hebel 10 in die höchste Stellung gehoben worden ist und die nachfolgende Ziffernrolle um einen Schritt weitergeschaltet worden ist, der Hebel 10 in die Ausgangsstellung auf der Nocke 11 zurückfällt.
Die Nocke kann zum Zurückstellen der Zählvorrichtung in die Nullstellung benützt; werden, wie dies die Fig.4 veranschaulicht. Jede Ziffernrolle ist mit einem Ritzel 12 und einem 7,abnsegment 13 versehen, welches unter dem Einfluss einer Feder 14 steht. Das Ritzel 12 besitzt so viele Zähne als die betref fende Ziffernrolle n Stellungen (Ziffern) be sitzt oder ein Vielfaches davon. Die Feder 14 versucht dauernd, das Zahnsegment 13 in eine Stellung zu drehen, die der der Nullstellung vorangehenden Stellung entspricht, im Maxi mum also über ic -1 Zähne.
Das Segment besitzt noch einen Zahn mehr. In dieser der Nullstellung vorangehenden Stellung wird eine weitere Zurückstellung verhindert, da in dieser Stellung der Hebel 10 als Sperrklinke auf den erhöhten Teil der Nocke 11 einwirkt.
Zur Rückstellung der Zählvorrichtung wird ausser dein Elektromagneten 16, welcher zur Betätigung der Zählvorrichtung dient, ein zweiter Elektromagnet 23, Fig. 1, erregt. Der Anker 24 des Elektromagneten 23 be wirkt dabei eine Drehung des Winkelhebels 25, welcher den zweiten Arm 26 jeder Sperr klinke 9 nach unten drückt, so dass jede Sperrklinke von ihrem Steigrad 2 abgehoben wird.
Da der andere Arm des Winkelhebels gleichzeitig gegen den Teil 21 eines jeden Hebels mit Ausnahme desjenigen der Einer ziffernrolle drückt, so werden auch die Hebel 5 aller übrigen Ziffernrollen im Uhrzeiger- sinne bewegt, wobei alle Steigräder freigege ben werden, so dass alle Ziffernrollen nun durch die Federn 14 mittels der Zahnseg mente 13 und der Ritzel 12 in die .Stellung 9 weitergeschaltet werden, in welcher sie durch die Hebel 10, die als Sperrklinken auf die zugeordneten Nocken einwirken, gehalten werden.
Bei der nun erfolgenden Aberregung der Elektromagnete 16 und 23 und der Rückkehr der Hebel 5 führen sämtliche Ziffernrollen einen weiteren Schritt aus und erreichen die Nullstellung.
Die weiteren Einzelheiten des dargestell ten Ausführungsbeispiels sollen nicht näher beschrieben werden, da sie zum Wesen der Erfindung nichts beitragen.