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Schrittschaltwerk, insbesondere zum Antrieb von Zahlenrollen und Typenrädern Gegenstand der Erfindung ist ein. Schrittschalt- werk, das insbesondere zum Antrieb von Zahlenrollen und Typenrädern geeignet ist, mit zwei an dem fortzuschaltenden Rotor ausgebildeten ringförmigen Kränzen von Gleitflächen, die in den beiden Kränzen bezüglich der Umfangsrichtung der Kränze entgegengesetzt geneigt und in bezug aufeinander versetzt sind,
und mit einem durch eine Antriebsvorrichtung mittels der Fortschaltimpulse hin- und herbewegli- chen Drücker zum Antrieb in Halbschritten durch aufeinanderfolgendes Zusammenarbeiten mit einer Gleitfläche des einen Kranzes und einer Gleitfläche des anderen Kranzes pro Impuls.
Bei einem bekannten Schrittschaltwerk dieser Art sind die Gleitflächen so ausgebildet, dass der mit ihnen zusammenarbeitende Drücker zum Antrieb des Rotors eine Bewegung in zur Rotorachse paralleler Richtung auszuführen hat. Daraus ergeben sich in manchen Anwendungsfällen zwei erhebliche Nachteile: Erstens üben die zur Achse parallelen Kräfte auf den Rotor ein Kippmoment aus, das die Lagerung des Rotors zumindest erschwert, namentlich dann, wenn der Rotor ein kurzes Gleitlager oder zwei in geringem Abstand voneinander angeordnete Lager aufweist.
Zweitens beansprucht ein Mehrfachrollen- Schrittschaltwerk, bei dem eine Anzahl von Rotoren axial nebeneinander angeordnet und einzeln antreib- bar sind, verhältnismässig viel Platz in axialer Richtung, weil zwischen den einander benachbarten Rotoren Zwischenräume vorhanden sein müssen, deren Breite mindestens gleich der Summe des Hubes und der Dicke des Drückers oder eines denselben tragenden Armes beträgt.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung liegt darin, dass die beiden Kränze von Gleitflächen an zwei einzeln herzustellenden Werkstücken vorhanden sind. Wollte man alle Gleitflächen an einem einstückigen Werkteil ausbilden, so wären hierfür verhältnismässig teure Arbeitsgänge nötig, da eine Erzeugung in einer einfachen Pressform nicht möglich erscheint.
Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der geschilderten Nachteile, ohne dass hierbei das Prinzip des Antriebes in zwei Halbschritten pro Impuls verlassen werden soll. Dieses Ziel ist beim erfindungsge- mässen Schrittschaltwerk .
im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Gleitflächen der beiden Kränze an einer axialen Stirnfläche des Rotors angeordnet und wenigstens annähernd durch Ausschnitte aus Spiral- flächen gebildet sind, deren Ursprung auf der Achse des Rotors liegt, und dass die Bewegungsbahn des Drückers wenigstens annähernd radial zum Rotor verläuft.
Weitere Einzelheiten der Erfindung folgen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht sind.
Fig. 1 zeigt schematisch in Seitenansicht einen als Schrittschaltwerk ausgebildeten Zähler mit einer einzigen Zahlenrolle, die durch elektrische Impulse be- tätigbar ist, sowie eine elektrische Schaltung zum Antrieb und zur Nullstellung des Zählers; Fig. 2 stellt in grösserem Masstab eine perspektivische Ansicht des Rotors des Schrittschaltwerkes nach Fig. 1 dar und veranschaulicht die als Flanken einer Nut ausgebildeten Gleitflächen;
Fig. 3 zeigt einen Teil des zweiten Ausführungs- beispieles mit an einer Rippe ausgebildeten Gleitflächen; Fig. 4 zeigt einen Teil des dritten Ausführungs- beispieles in perspektivischer Ansicht.
Gemäss Fig. 1 ist an einem Joch 1 ein Elektromagnet 2 befestigt, dessen Anker 3 am Joch 1
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schwenkbar gelagert ist. Das Joch 1, der Kern des Elektromagneten 2 und der Anker 3 bestehen aus magnetisch leitendem Material wie z. B. Eisen, und bilden den magnetischen Kreis. Ebenfalls am Joch 1 ist ein Satz von Kontaktfedern 4a, 4b und 4c mit Hilfe von Isolierstücken 4d befestigt. Die mittlere Kontaktfeder 4b kann mit jeder der beiden anderen zusammenarbeiten; sie bildet zusammen mit der Kontaktfeder 4a einen ersten Schalter und mit der Kontaktfeder 4c einen zweiten Schalter.
Auf einer Achse 5, die parallel zur Schwenkachse des Ankers 3 verläuft, ist eine Zahlenrolle 6 drehbar gelagert, die an ihrem Umfang mit Ziffern, z. B. von 0 bis 9, versehen ist. Am Anker 3 ist ein Arm 7 befestigt, der einen als Drücker dienenden Stift 8 trägt, der parallel zur Achse 5 verläuft und derart angeordnet ist, dass er sich beim Schwenken des Ankers 3 auf einer zur Achse 5 wenigstens angenähert radialen Bahn bewegt. An sich genügt eine radiale Bewegungskomponente des Stiftes B.
Die eine axiale Stirnfläche der Rolle 6 weist eine zickzackförmige, endlose Nut 9 auf, deren Ausbildung in Fig. 2 deutlicher sichtbar ist. Die Nut erstreckt sich zwischen zwei Kreisen unterschiedlichen Durchmessers hin und her und hat eine lichte Weite, die etwas grösser als der Durchmesser des Stiftes 8 ist. Letzterer greift in die Nut 9 ein und arbeitet mit den Flanken der Nut 9 zusammen.
Diese Flanken bilden zum Teil Gleitflächen 9a und 9b, an denen der Stift 8 beim Antrieb der Rolle 6 entlanggleitet. Man kann zwei Gruppen von Gleitflächen 9a und 9b unterscheiden, wobei die Gleitflächen jeder Gruppe in einem ringförmigen Kranz angeordnet sind. Die Gleitflächen 9a der einen Gruppe sind die äusseren Flankenpartien, die in Fig. 2 im Drehsinn des Uhrzeigers betrachtet vom Kreis kleineren Durchmessers zum Kreis grösseren Durchmessers verlaufen, d. h. bezüglich der Umfangsrichtung nach aussen geneigt sind.
Die Gleitflächen 9b der anderen Gruppe sind die inneren Flankenpartien, die in Fig. 2 im Drehsinn des Uhrzeigers gesehen vom Kreis grösseren Durchmessers zum Kreis kleineren Durchmessers verlaufen und somit bezüglich der Umfangsrichtung nach innen geneigt sind. Die Gleitflächen der beiden Gruppen sind also in; bezug auf die Umfangsrichtung des Kranzes in entgegengesetztem Sinn geneigt und überdies in Umfangsrichtung zueinander versetzt, so dass die Gleitflächen 9a der einen Gruppe den Zwischenräumen zwischen den Gleitflächen 9b der anderen Gruppe gegenüberstehen.
Die Anzahl der Gleitflächen in jeder Gruppe stimmt mit der Anzahl der Ziffern der Rolle 6 oder mit der Anzahl der für eine Umdrehung der Rolle 6 vorgesehenen Drehschritte überein. Im Idealfall hat jede der Gleitflächen 9a und 9b den Verlauf einer archimedischen Spirale, deren Ursprung in der Achse der Rolle 6 liegt.
Der Anker steht unter dem Einfluss einer Feder 10, die bestrebt ist, den Anker 3 vom Magneten 2 wegzuschwenken und mittels des Armes 7 den Stift 8 gegen die Achse 5 der Rolle 6 hin zu bewegen. Im Gehäuse des hier beschriebenen Zählers ist ein Schieber 11 in Fig. 1 in waagerechter Richtung verschiebbar geführt. Der Schieber 11 steht unter dem Einfluss einer Feder 12, die das Bestreben hat, den Schieber 11 in Fig. 1 nach links zu bewegen. Das eine Ende des Schiebers 11 ragt aus dem Gehäuse des Zählers heraus und kann entgegen der Kraft der Feder 12 hineingedrückt werden.
Das andere Ende des Schiebers trägt eine Rolle 13, die mit einer schrägen Fläche eines Nockens 14 zusammenarbeitet, der an der mittleren Kontaktfeder 4b angeordnet ist. In der Ruhelage des Schiebers 11 bewirken die Rolle 13 und der Nocken 14, dass die Kontaktfeder 4b mit der oberen Kontaktfeder 4a in Berührung ist. Durch Hineindrücken des Schiebers 11 hingegen kann die mittlere Kontaktfeder 4b mit der unteren Kontaktfeder 4c in Berührung gebracht werden.
Auf der Rolle 6 ist an der einen Stirnfläche derselben ein Ring 16 drehbar angeordnet, der einen Nocken 15 aufweist. Letzterer ist dazu bestimmt, mit der mittleren Kontaktfeder 4b zusammenzuarbeiten, wenn der Schieber 11 entgegen dem Einfluss der Feder 12 eingeschoben ist. Zweckmässig sind in der Zeichnung nicht dargestellte Federrasten vorhanden, welche den Ring 16 in einer beliebigen von mehreren vorbestimmten Lagen gegen unbeabsichtigtes Drehen zu sichern vermögen. Die Anzahl dieser Lagen stimmt zweckmässig mit derjenigen der für eine Umdrehung der Rolle 6 vorgesehenen Schritte überein.
Nach Fig. 1 sind die Spule des Elektromagneten 2 und die Kontaktfedern 4a, 4b und 4c an verschiedene Stromkreise angeschlossen. Der eine Stromkreis, welcher den eigentlichen Arbeitsstromkreis. darstellt und an die Kontaktfeder 4a angeschlossen ist, weist eine Stromquelle 17 und einen Impulsschalter 18 auf, der auf irgendeine, hier nicht zu beschreibende Weise geschlossen und geöffnet wird, um jedesmal einen Drehschritt der Rolle 6 herbeizuführen. Der andere Stromkreis ist an die Kontaktfeder 4c angeschlossen und enthält einen automatischen Impulsgeber, der beispielsweise aus einem Wechselstromgenerator 19 und einer Diode 20 besteht.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise des beschriebenen Zählers ist wie folgt: Der Schieber 11 befindet sich in der Ruhelage gemäss Fig. 1. Wenn der Impulsschalter 18 geschlossen wird, fliesst von der Stromquelle 17 ein Strom über den Schalter 18, die Kontaktfedern 4a und 4b, die Spule des Elektromagneten 2 und zurück zur Stromquelle. Der Magnet 2 wird erregt und der Anker 3 gegen den Magneten 2 angezogen. Dadurch wird dem Stift 8 eine Bewegung von der Achse 5 der Rolle 6 weg aufgezwungen.
Der Stift 8 drückt dabei gegen eine der äusseren Gleitflächen 9a und gleitet an dieser nach aussen, wobei der Rolle 6 eine Drehung ge- mäss dem Pfeil R in Fig. 2 erteilt wird, bis der Stift den einen Umkehrpunkt der Nut 9 erreicht. Wird der Schalter 18 geöffnet, so wird der Magnet 2 stromlos, weshalb die Feder 10 den Anker 3 vom Magneten weg zurückschwenkt. Der Stift 8 bewegt sich dabei
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gegen die Achse 5 .der Rolle 6 und gleitet einer inneren Gleitfläche 9b entlang, wodurch der Rolle 6 wieder eine Drehung im Sinne des Pfeiles R erteilt wird.
Damit hat sich die Rolle 6 in zwei Halbschritten um einen ganzen Drehschritt soweit gedreht, dass die nächstfolgende Ziffer der Rolle durch ein Fenster des Zählergehäuses sichtbar ist. Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich jedesmal beim Schliessen und Öffnen des Impulsschalters 18.
Selbstverständlich könnten auch irgendwelche andere Mittel, die an sich bekannt sind, vorhanden sein, um dem Zähler die zum Drehen der Rolle 6 erforderlichen elektrischen Impulse zuzuführen.
Wenn man den Schieber 11 entgegen denn Einfluss der Feder 12 hineinschiebt, so hebt sich die mittlere Kontaktfeder 4b von der oberen Kontaktfeder 4a ab, so dass der erste Schalter 4a, 4b geöffnet wird. Gleichzeitig schliesst sich der zweite Schalter 4b, 4c, indem die Kontaktfeder 4b auf der unteren Kontaktfeder 4c aufliegt, sofern der Nocken 15 sich nicht im Bereich der Kontaktfeder 4b befindet. Nun liefert der Impulsgeber 19, 20 eine Folge von elektrischen Impulsen über die Kontaktfedern 4b und 4c an den Elektromagneten 2, so dass die Rolle 6 automatisch schrittweise gedreht wird.
Sobald der Nocken 15 unter die Kontaktfeder 4b läuft, wird diese von der unteren Kontaktfeder 4c abgehoben und dadurch der Zähler in einer vorbestimmten Ruhelage stillge- setzt. Der Nocken 15 kann z. B. derart angeordnet sein, dass in der vorbestimmten Ruhelage der Rolle 6 die Ziffer 0 im Fenster des Zählers sichtbar ist. Durch Drehen des Ringes 16 bezüglich der Rolle 6 kann die Ruhelage der Rolle 6 jedoch beliebig gewählt und eingestellt werden. Solange der Schieber 11 gedrückt wird, ist der Arbeitsstromkreis vom Stromkreis zur automatischen Drehung derart getrennt, dass keine Rückwirkungen auf den Arbeitsstromkreis möglich sind.
Die Kontaktfederh. 4a und 4b kommen auch nicht miteinander in Berührung, wenn der Nocken 15 die Kontaktfeder 4b von der unteren Kontaktfeder 4c abhebt, wie Fig. 2 erkennen lässt, so dass Schleichstrompfade zum Arbeitsstromkreis vermieden sind.
Damit die Rolle 6 gemäss den Fig. 1 und 2 nach jedem Halbschritt sofort zum Stillstand kommt und nicht überschwingt , sind an den Umkehrstellen der Nut 9 sackförmige Ausnebmungen 9c vorhanden, in denen der Stift 8 jeweils einen festen Anschlag findet. Durch diese Massnahme kann die Arbeitsgeschwindigkeit weiterhin erhöht werden. Analoge AnschlagAusnehmungen können an einer die Nut 9 ersetzenden Rippe vorhanden sein.
An der Rolle 6 kann ein nicht dargestelltes Schleifkontaktelement vorhanden sein, das mit einem Kranz von stationären Kontaktlamellen zusammenarbeitet, deren Anzahl mit derjenigen der für eine volle Umdrehung der Rolle 6 benötigten Impulse übereinstimmt. Mit Hilfe des Schleifkontaktelemen- tes und der Kontaktlamellen ist es dann möglich, die Stellung der Rolle jederzeit durch elektrische Schal- tungen zu erfassen und für Meldungen oder Steuervorgänge auszunutzen. Das Scbleifkontaktelement kann zweckmässig gegenüber dein Rotor zusammen mit dem Nocken 15 drehbar sein.
Durch mehrfache Anordnung des beschriebenen Zählers kann man einen Zähler zum Anzeigen mehrerer Stellen oder Einheiten erzielen. In diesem Falle ist es zweckmässig, an den Zahlenrollen zusätzlich noch einen Nocken anzubringen, der jeweils für den Übertrag einer Einheit der nächsthöheren Ordnung mit Hilfe von Kontaktelementen einen Arbeitsimpuls zum Drehen einer benachbarten Zahlenrolle erzeugt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Schrittschaltwerkes ist an Stelle der Nut 9 eine entsprechend geformte Rippe 29 an der einen axialen Stirnseite der Zahlenrolle 26 vorhanden:. Die Rippe 29 ist in sich selbst geschlossen und verläuft zickzackförmig zwischen zwei Kreisen unterschiedlichen Durchmessers hin und her.
Der Stift 8 des ersten Beispieles ist nun durch einen Drücker mit zwei Stiften 28 ersetzt, die sich beiderseits der Rippe 29 befinden und durch einen in Fig. 3 nicht dargestellten, schwenkbaren Arm auf einer zur Achse 5 der Rolle 26 wenigstens annähernd radial verlaufenden Bewegungsbahn 30 hin- und herbeweglich sind. Bewegt sich der Drücker mit den Stiften 28 gegen die Achse 5, so gleitet der äussere Stift 28 auf einer äus- seren Flanke 29a der Rippe 29, wodurch die Rolle 26 um einen Halbschritt in Richtung des Pfeiles R gedreht wird.
Bewegt sich der Drücker anschliessend von der Achse 5 weg, so drückt der innere Stift 28 auf eine der inneren Flanken 29b der Rippe 29, was wieder eine Drehung der Rolle 26 um einen Halbschritt im Sinne des Pfeils R zur Folge hat.
Um ein Überschwingen der Rolle 26 am Ende jedes Halbschrittes zu vermeiden, sind an den Umkehrstellen der Rippe 29 sackförmige Ausnehmungen 29c ausgebildet, in denen der jeweils arbeitende Stift 28 am Ende seiner Bewegung einen festen Anschlag findet, so dass ein Weiterdrehen der Rolle 26 vermieden ist.
Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 weist die Rolle 26, ähnlich wie beim ersten Beispiel, eine zickzackförmig verlaufende Nut 39 auf, in welche ein als Drücker dienender Stift 8 eingreift. Im Gegensatz zur Ausbildung nach Fig.2 liegt der Grund der Nut 39 nicht in einer Ebene, sondern er ist aus einer Folge von schiefen Ebenen zusammengesetzt, die alle in zum Pfeil R entgegengesetzter Um- fangsrichtung ansteigen und zwischen sich Stufen 40 bilden, an denen die Tiefe der Nut 39 sprunghaft ändert.
Die Stufen 40 befinden sich bei den Umkehrstellen der Nut 39 und sind je bündig, d. h. vollkommen ausgerichtet mit den als Gleitflächen dienenden Nutenflanken 39a und 39b. Der Stift 8 ist in axialer Richtung gefedert angeordnet, indem der Arm 7 als Blattfeder ausgebildet ist, welche den Stift 8 ständig mit leichter Pressung gegen den Grund der Nut 39 drückt.
Wird der Stift 8 mittels des Armes 7 etwa radial
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zur Rolle 36 hin.. und herbewegt, so erfährt die Rolle eine Drehung im Sinne des Pfeiles R in Fig. 4.
Dabei gleitet der Stift 8 mit seinem einen Ende auf einer der sanft ansteigenden schiefen Ebenen des Nutengrun- des. In dem Augenblick, da der Stift 8 eine Umkehrstelle der Nut 39 erreicht, fällt er unter dem Einfluss des federnden Armes 7 eine der Stufen 40 hinab auf die nächste schiefe Ebene des Nutengrundes. Dadurch wird ein Rückwärtsprellen der Rolle 36 entgegen dem Pfeil R durch Anschlagen der Stufe 40 am Stift 8 sicher verhindert.
Die beschriebene Ausbildung des Nutengrundes bringt noch den weiteren Vorteil, dass die Drehrichtung der Rolle 36 eindeutig festgelegt ist, weil eine Drehung im entgegengesetzten Sinn durch Anschlagen der Stufen 40 am Stift 8 unmöglich ist.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsvariante zu Fig. 4 sind an den Umkehrstellen der Nut 39 zusätzlich noch sackförmige Ausnehmungen analog den Ausnehmungen 9c in Fig. 2 vorhanden.
Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele könnten selbstverständlich auch derart abgeändert werden, dass der Drücker 8 bzw. 28 stillsteht und die Rolle 6 bzw. 26 etwa radial bewegt wird.
Die Anwendungen der beschriebenen Schrittschaltwerke sind derart mannigfach und von jedem Fachmann ohne weiteres erkennbar, dass hier nicht näher daräuf eingegangen werden muss.
Die hauptsächlichen Vorteile der Erfindung sind: Die Zahlen= oder Typenrolle 6 bzw. 26 kann zusammen mit den schrägen Gleitflächen beider Kränze auf verhältnismässig einfache Weise einstückig in einer Pressform hergestellt werden, was einen niedrigen Herstellungspreis und ein geringes Gewicht der Rollen ermöglicht. Da die Gleitflächen als Flanken einer Nut 9 oder eine Rippe 29 an einer axialen Stirnfläche der Rolle 6 bzw. 26 ausgebildet sind, ist die Verwendung einer einfachen Pressform möglich, aus welcher die fertige Rolle in axialer Richtung ausgeworfen werden kann.
Der zur Rolle wenigstens annähernd radiale Verlauf der Bewegungsbahn des mit den Gleitflächen zu- sammenarbeitenden Drückers hat bei Mehrrollenzählwerken den Vorteil, dass zwischen den- einander benachbarten Rollen ein Zwischenraum von nur wenig mehr als der Stärke des den Drücker tragenden Armes vorhanden sein muss, was eine geringe axiale Gesamtabmessung des Zählwerkes möglich macht.
Weil die vom Drücker auf die Gleitflächen ausgeübte Kraft im wesentlichen radial zur Rolle gerichtet ist, bietet die Lagerung der letzteren keine Schwierigkeiten, da auf den Rotor keine ungünstigen Kippmomente ausgeübt werden, wie das bei einer achsparallelen Kraftwirkung der Fall wäre.