Elektromagnetisches Antriebssystem in Kleinstausführung für mechanische Zähler Zum Antrieb eines Zählers oder Anzeigegerätes ist ein Schrittmotor erforderlich, d. h. ein Motor, der einen ihm zugeführten Spannungsimpuls in eine Dreh bewegung mit genau festgelegtem und begrenztem Drehwinkel umsetzt. Bei einer Folge von statistisch verteilten Impulsen soll jeder Einzelimpuls dem glei chen Drehwinkel der Motorachse entsprechen, gleich gültig, in welchem zeitlichen Abstand die Impulse aufeinanderfolgen. Ausserdem soll ein Einzelimpuls tatsächlich nur einen Schritt verursachen, die Motor achse muss also nach der Bewegung um den vor geschriebenen Drehwinkel sofort zum Stillstand kommen.
Zur Erreichung dieser Forderungen sind bereits verschiedene Systeme bekannt. Die mechanische Be wegungsumwandlung ist einmal möglich durch tan- gentiale Fortschaltung eines Steigrades (Klinke und Sperrad), zum anderen durch radialen Eingriff eines Schaltankers in ein Ankerrad. Es sind auch Sperr vorrichtungen bekannt, z. B. im Uhrenbau, die eine Achse bzw. ein Zahnrad nur Schrittweise fortschalten lassen.
Zum Antrieb der Leitspindeln eines Sichtanzeige- Zählgerätes für kernphysikalische Zwecke wird ein elektromagnetischer Schrittmotor benötigt, der es gestattet, die erforderlichen Zählfrequenzen (z. B. 100 Hz) mindestens zu erreichen, möglichst aber zu überschreiten, der dabei aber in seinen äusseren Ab messungen sehr klein zu halten ist. Als maximale Breite sollen 18 mm nicht überschritten werden Das abzugebende Drehmoment soll zum Antrieb einer Spindel ausreichen. Die benötigte Leistung soll die mit einer normalen Doppeltriode bzw. Transistoren erreichbare nicht überschreiten.
Diese Foderungen lassen sich aber nicht mit den bekannten Systemen erreichen, zumal eine derart grosse Beanspruchung des Materials von Klinke und Sperrad auftritt, dass die durch Verschleiss gegebene Grenze der Leistungs fähigkeit und Zählgenauigkeit bereits nach einigen Stunden Dauerbetrieb erreicht ist.
Diese Nachteile des bekannten Systems können dadurch vermieden werden, dass erfindungsgemäss durch Kombination eines Drehankersystems, dessen Erregerspule in einem von einem Eingangssignal ge schalteten Stromkreis liegt, mit einem Getriebe system mit radialem Eingriff eines Schaltankers in ein Ankerrad die bewegten Teile im gesamten An triebssystem derart klein ausgebildet sind, dass eine Schaltfrequenz von über 100 Hz erreicht wird, ohne dass sich nach 107 Zählschritten ein störender Ver schleiss bemerkbar macht.
Zur Anwendung kam hier das Drehankerprinzip aus folgenden Gründen: Erstens bot sich damit eine günstige konstruktive Lösungsmöglichkeit, zweitens ist der Wirkungsgrad der elektromechanischen Leistungsumwandlung gut, da der Anfangsluftspalt am Anker relativ klein gehalten werden kann. Die Kombination beider Systems erlaubt es, die in Be wegung befindlichen Massen wünschenswert klein zu gestalten, ohne ein Mindestmass an Sicherheit in bezug auf Verschleiss unterschreiten zu müssen. Dies ist eine der wichtigsten Forderungen bei Erreichung hoher Zählfrequenzen.
Eine grosse bewegte Masse bedingt eine grosse Impulsbreite, was die erreichbare grösstmögliche Zählfrequenz sehr bald begrenzen würde, da ja mit steigendem Auflösungsvermögen die Impulsbreite abnimmt. Oberhalb einer bestimmten Frequenz wird also die Breite des Antriebsimpulses nicht mehr völlig ausreichen, um die Massenträgheit des Antriebssystems zu überwinden, so dass der zum Fortschalten des Rades notwendige Weg in der kur zen Zeit nicht mehr völlig vom Anker zurückgelegt wird. Es ist zwar möglich, durch Erhöhung der An triebsleistung eine Beschleunigung zu erreichen. Hier- bei sind aber bei den zur Verwendung kommenden Antriebsmitteln (Röhren, Transistoren) Grenzen ge setzt.
Anderseits kann man die bewegten Teile nicht unter ein Mindestmass verkleinern, beim Magnet anker besteht die Gefahr der Sättigung, bei den me chanischen Teilen wird höherer Verschleiss und damit eine Lebensdauerverkürzung die Folge sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Schrittmotor mit Zahn/Klinken- Schaltwerk mit radialem Eingriff und Fig.2 eine Treiberstufe (Univibrator) zum An trieb des Schrittmotors.
Wird in Fig. 1 der Erregerspule 11 ein Spannungs impuls zugeführt, so wird der Schwinganker 8 von den Polschuhen 10 angezogen, macht also eine Dreh bewegung. Der mit diesem starr gekoppelte Antriebs anker 3 wird mit seinem Sperrzahn 5 auf die Flanke eines Zahnes des Ankerrades 6 gezogen, wobei sich dieses um eine halbe Teilung weiterdreht. Gleich zeitig wird die Rückstellfeder 2 gespannt. Nach Ab lauf der- Impulszeit wird der Antriebsanker mit Schwinganker 8 durch die in der Rückstellfeder 2 gespeicherte Kraft wieder in seine Ausgangslage zu rückgezogen.
Dabei tritt der obere Sperrzahn 4 des Antriebsankers 3 in das Ankerrad 6 ein und bewegt dieses, nunmehr auf der Flanke eines Zahnes glei tend, wieder um 1/2 Teilung vorwärts. Es entspricht somit einem Impuls eine Drehung des Ankerrades 6 um eine volle Teilung. Im dargestellten Beispiel, bei einem Rad mit zehn Zähnen, ist also der Drehwinkel (p = 36 . Da bei dieser Anordnung immer mindestens ein Zahn des Schaltankers in einer Zahnlücke steht, ist ein Durchschleudern der getriebenen Achse 7 des Ankerrades 6, auch bei hohen Zählfrequenzen, aus geschlossen.
Wichtig bei der Justierung des Antriebes ist die Stellung von Schwinganker 8 und Antriebsanker 3 zueinander. Wenn der obere Sperrzahn 4 des An triebsankers 3 im Ankerrad 6 eingetaucht ist, sollen die Kanten des Schwingankers 8 genau gegenüber den entsprechenden Kanten der Polschuhe 10 stehen. Der günstigste Wirkungsgrad wird an der Vorspan- nung der Rückstellfeder 2 eingestellt. Weitere Justier- arbeiten sind nicht erforderlich. Mit 1 ist ein ver stellbares Widerlager für die Rückstellfeder 2 und mit 9 die Achse des Antriebsankers dargestellt.
In Fig.2 zeigen 12 den Schrittmotor, dessen Erregerspule im Anodenkreis liegt, während 13 den Nullkontakt und 17 den Signaleingang darstellt. Mit 14 ist die Betriebsspannung, mit 15 die Hilfsspannung für die Nullstellung und mit 16 die Sperrspannung bezeichnet.