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Antriebsvorrichtung für Impulszählwerte Die Erfindung bezieht sich
auf eine Antriebsvorrichtung für Impulszählwerke, bei der die Hin- und Herbewegung
eines durch die zu zählenden elektrischen Impulse betätigten Stellgliedes, vorzugsweise
die Schwingung des beweglichen Ankers eines Elektromagneten, über ein mit einem
Zahnrad eines Zählwerks zusammenarbeitendes Schaltgesperre die schrittweise Drehung
der Zahlenrollen eines Zählwerks bewirkt.
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Derartige bekannte Vorrichtungen arbeiten mit einem um eine Achse
schwenkbaren -starren Doppelhebel, der mit dem beweglichen Anker eines Elektromagneten
verbunden ist und zwei auf entgegengesetzten Seiten des Zahnradumfanges angeordnete
Hebelarme mit Klinken hat. Gewöhnlich wird als Zahnrad, in das die Klinken dieser
Hebelarme eingreifen, ein sogenannter Stern verwendet. Beim Anzug des Magnetankers
greift die eine Klinke in den Zahnkranz des Sterns ein und dreht ihn um einen halben
Schritt weiter, wobei die andere Klinke gleichzeitig außer Eingriff mit dem Stern
kommt, während beim Abfall des Magnetankers die zweite Klinke den Stern um einen
weiteren halben Zählschritt in der gleichen Richtung weiterdreht und die erste Klinke
außer Eingriff mit dem Stern kommt.
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Diese bekannten Antriebsvorrichtungen haben je-
doch verschiedene
Nachteile. Einmal treten beim Eingriff der Klinken, die ja zunächst aus ihrer Nichteingriffsstellung
heraus beschleunigt werden und dann mit einer verhältnismäßig großen Geschwindigkeit
auf die Zahnflanken des Sterns auftreffen, starke Stöße auf, die eine unerwünschte
mechanische Beanspruchung der Teile sowie Vibrationen verursachen. Zum anderen erfordern
diese Vorrichtungen einen großen Ankerhub, da die Klinken nicht nur um einen der
jeweiligen Vorwärtsbewegung des Sterns entsprechenden Hub sondern auch noch um eine
weitere Strecke bewegt werden müssen, damit sie völlig außer Eingriff mit dem Stern
gelangen. Der große Ankerhub bedingt einen entsprechend hohen Stromverbrauch des
Elektromagneten. Schließlich erfordern die Herstellung der aus mehreren einzelnen
Teilen bestehenden Klinkenanordnung sowie ihre Montage auf einer drehbaren Achse
einen verhältnismäßig hohen Fertigungsaufwand.
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Es sind andererseits auch Antriebsvorrichtungen bekanntgeworden, bei
denen die erwähnten Stöße dadurch vermieden werden, daß die Klinken gelenkig an
den beiden Hebelenden gelagert sind und ständig mit je einem ihnen zugeordneten
Zahnrad im Eingriff stehen, wobei die beiden Zahnräder ihrerseits miteinander kämmen,
um beide Halbschrittbewegungen auf eine gemeinsame Achse zu übertragen. Der für
diese Vorrichtung erforderliche Aufwand ist noch höher als der der anfangs beschriebenen
Vorrichtungen, da außer der eigentlichen Doppelklinkenanordnung auch noch die beiden
Klinken selber gelenkig gelagert werden müssen und außerdem zwei Zahnräder erforderlich
sind.
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Bei Zählwerken mit Ziffernrollen, die eine am inneren Trommelumfang
liegende Sperrverzahnung und ein damit zusammenwirkendes, von der Zählwerksachse
getragenes Schaltgesperre aufweisen, ist es ferner bereits bekannt, ein aus Kunststoff
gefertigtes Schaltgesperre zu verwenden, dessen federnde Klinken mit dem auf der
Zählwerksachse sitzenden Nabenteil ein Ganzes bilden und ständig mit der Sperrverzahnung
im Eingriff stehen. Durch diese Ausbildung, die jedoch nur auf innenverzahnte Rollenzählwerke
anwendbar ist, werden eine Reihe der obenerwähnten Nachteile vermieden, jedoch arbeitet
diese Antriebsvorrichtung mit einer Ganzschrittfortschaltung, so daß der jeweilige
Drehwinkel der Antriebswelle der Zahnteilung der Innenverzahnung entsprechen muß,
was insbesondere für schnellschaltende Zählwerke ungünstig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für normale Zählwerke
mit einem eine Außenverzahnung tragenden Zahnrad geeignete Antriebsvorrichtung zu
schaffen, die, ähnlich wie das zuletzterwähnte Gesperre aus Kunststoff für innenverzahnte
Zahnrollen, billig in großen Stückzahlen herstellbar
und einfach
montierbar ist und bei der Stöße infolge des Auf##hIags der Klinken auf die Zahnflanken
des Zahnrades vermieden werden. Ferner war es eine Aufgabe der Erfindung, die an
sich bekannte Halbschrittfortschaltung beizubehalten, bei welcher nur ein kleiner
Hub der hin- und hergehenden Teile benötigt wird, was einerseits den Stromverbrauch
der Betätigungseinrichtung, vorzugsweise eines Elektromagneten, herabsetzt und andererseits
auch noch die Zählung von Impulsfolgen mit hoher Impulsfolgefrequenz erlaubt.
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Ausgehend von einer Antriebsvorrichtung für Impulszählwerke, bei der
die Hin- und Herbewegung eines durch die zu zählenden elektrischen Impulse betätigten
Stellglieds, vorzugsweise die Schwingung des beweglichen Ankers eines Elektromagneten,
über ein mit einem Zahnrad eines Zählwerks zusammenarbeitendes, am Stellglied befestigtes
und zwei Klinken aufweisendes Schaltgesperre aus Kunststoff, dessen ständig in das-
Zahnrad eingreifende federnde Klinken ein Teil mit dem Grundkörper des Gesperres
bilden, die Fortschaltung des Zählwerks bewirkt, kennzeichnet sich die Erfindung
zur Lösung der genannten Aufgabe dadurch, daß die beiden Klinken des Gesperres von
den Enden zweier aus dem an einer Stelle befestigten Grundkörper vorspringender
H8bel gebildet werden, welche beide etwa tangential zum Außenumfang des Zahnrades
gerichtet sind und von entgegengesetzten# Seiten her an etwa diametral gegenüberliegenden
Stellen am Zahnrad angreifen, und bei der Antriebsbewegung unter an sich bekannter
Halbschrittfortschaltung des. Zahnrades jeweils gemeinsam in der gleichen tangentialen
Richtung zum Zahnrad hin- und herbewegt werden.
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Das die beiden Klinkenhebel umfassende Gesperre, das vorzugsweise
auch noch einen Befestigungsansatz zur Montage am Stellglied aufweist, kann also
in einem Arbeitsgang als einfaches Gußteil aus einem Gießharz oder auch als Spritzteil
hergestellt werden und hat keinerlei drehbare Achsen oder Gelenke.
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Zweckmäßigerweise kann auch das Zahnrad selber ebenfalls aus Kunststoff
hergestellt sein.
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Die Erfindung wird an Hand derZeichnung näher erläutert. in der ein
Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt ist.
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Fig. 1 und 2 zeigen eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
in der einen und in der anderen Endlage, welche die Doppelklinkenanordnung annehmen
kann.
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Nach F i g. 1 und 2 gehören zu der Antriebsvorrichtung die
Doppelklinkenanordnung 1, das die Zahlenrollen eines nicht dargestellten
Zählwerks antreibende Zahnrad 12 sowie das Sperrad 17. Die Doppelklinkenanordnung
besteht aus einem Grundkörper 2, einem Befestigungsansatz 3 und den beiden
Hebeln 4 und 5 mit ihren als Stoßklinken 6 und 7
ausgebildeten
Enden. Das Bauteil 1 stellt ein einziges aus Kunststoff hergestelltes Teil
dar, das beispielsweise als Gußteil billig und in großer Stückzahl gefertigt werden
kann. Der verwendete Kunststoff muß ini ausgehärteten Zustand eine gewisse Elastizität
besitzen, damit einerseits der Grundkörper 2 mit den Hebeln 4 und 5 gegenüber
dem Befestigungsansatz 3,
andererseits die Hebel selber gegenüber dem Grundkörper
elastisch federn können. Zu diesem Zweck sind diese Teile durch Stege
8 bzw. 9 und 10 kleinen Querschnitts verbunden. Um dem Grundkörper
2 selber eine genügende Steifheit zu verleihen, ohne seine Dicke sehr groß machen
zu müssen, sind seine Ränder und sein Mittelteil mit Rippen 2' versehen.
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Die beiden Löcher 11 dienen zur Befestigung der Doppelklinkenanordnung
1 mittels Schrauben an dem nicht dargestellten Gehäuse eines Zählwerks. Der
Lochdurchmesser wird zweckmäßigerweise etwas größer als der Scheibendurchmesser
gehalten, so daß die Lage der Klinken in bezug auf das Zahnrad 12 sowie die erforderliche,
durch die Elastizität der Doppelklinkenanordnung bedingte Federkraft leicht eingestellt
werden können.
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Die beiden Klinken 6 und 7 greifen am Umfang des Zahnrades
12 an, das einen sägezahnförmigen Zahnkranz besitzt, bei dem die größeren, etwa
taugential zum Zahnrad verlaufenden Flanken 13 ge-
eignet gebogen sind. Auf
den Zweck dieser gebogenen Zahnflanken wird später eingegangen werden. Auf der Welle
14 des Zahnrades 12 ist, fest mit diesem verbunden, ein größeres Zahnrad
15 angeordnet, das mit einem um die Achse 16 drehbaren Sperrad
17 ini Eingriff steht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und
2 hat der mit dem Zahnrad 15 kämmende Zahnkranz des Sperrads 17 acht
Zähne, von denen auf der Zeichnung vier zu sehen sind, während die anderen vier
genau hinter den vier Ansätzen 18 liegen, welche auf der dem Betrachter zugekehrten
Fläche des Sperrads 17 angeordnet sind und teilweise in eine Aussparung
19 des Grundkörpers 2 der Doppelklinkenanordnung hineinragen.
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Die Wellen 14 und 16 von Zahnrad 12 und 15
bzw. Sperrad
17 sind ini nicht dargestellten Gehäuse eines Zählwerks gelagert. Auf Welle
14 befinden sich beispielsweise hinter dem Zahnrad 15 die in bekannter Weise
angeordneten Zahlenrollen eines Dezimalzählers, von denen die die Einer anzeigende
Zahlenrolle fest mit dem Zahnrad 15 verbunden sein kann.
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Vorteilhafterweise wird man außer der eigentlichen Doppelklinkenanordnung
auch das Zahnrad 12, das Zahnrad 15 sowie das Sperrad 17 aus Kunststoff
herstellen.
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Das Bauteil 1 ist mit dem antreibenden Stellglied verbunden,
das gewöhnlich der bewegliche Anker eines Elektromagneten ist. Beim betrachteten
Ausführungsbeispiel ist ein Ansatz 22 dieses Ankers des durch Spule 32 auf
F i g. 1 angedeuteten Elektromagneten irt einer Aussparung am Grundkörper
des Bauteiles 1 befestigt. Die Doppelklinkenanordnung und der bewegliche
Ankerteil des Elektromagneten haben in der Darstellung nach F i g. 1 ihre
Ruhelage, während in F i g. 2 die Lage des beweglichen Ankers und damit der
Doppelklinkenanordnung im angezogenen Zustand des Ankers dargestellt ist.
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In der Ruhestellung nach F i g.- 1 wird der Hebel
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in der Nähe seiner Abwinkelung infolge der Elastizität der Doppelklinkenanordnung
gegen einen fest mit dem nicht dargestellten Gehäuse des Zählwerks verbundenen Anschlag
20 gedrückt. Die Klinken 6
und 7 der beiden Hebel werden, ebenfalls
infolge der Elastizität des Materials, gegen den Zahnkranz des Zahnrades 12 gedrÜckt.
Wenn der bewegliche Anker des Magneten angezogen wird, biegt der Anker die gesamte
Doppelklinkenanordnung nach der Darstellung auf F i g. 2 so weit nach rechts,
bis der Hebel 5 gegen den anderen, ebenfalls fest mit dem Gehäuse des Zählwerks
verbundenen Anschlag 21 anliegt. Der Biegepunkt, um den sich der Grundkörper 2 sowie
die Hebel 4 und 5 gegenüber dem
Befestigungsansatz
3 drehen, liegt im Steg 8, dessen Querschnitt zu diesem Zweck wesentlich
kleiner ausgebildet ist als die Querschnitte des Grundkörpers und des Befestigungsansatzes.
Während dieser Bewegung dreht die Klinke 6 des Hebels 4 das Zahnrad 12 um
eine einem Halbzählschritt des Zählwerks entsprechende halbe Zahnteilung weiter,
während die Klinke 7 des Hebels 5 in Anschlag mit der radial gerichteten
Flanke des folgenden Zahnes von Zahnrad 12 kommt. Beim Abfall des beweglichen Ankers
kehrt die Klinkenanordnung kraft ihrer Elastizität wieder in die auf F i
g. 1 dargestellte Ruhelage zurück, wobei das Zahnrad diesmal von der Klinke
7
des Hebels 5 um eine halbe Zahnteilung, also wiederum um einen halben
Zählschritt, weitergedreht wird.
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Um zu verhindern, daß bei der Anzugsbewegung des Ankers Zahnrad 12
infolge des Schwunges um mehr als eine halbe Zahnteilung weitergedreht wird, ragen
die vier Ansätze 18 des Sperrades 17 derart in die Ausnehmung
19 der Klinkenanordnung hinein, daß der auf F i g. 2 mit
18' bezeichnete Ansatz bei einer Fortsetzung der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn
gegen die Kante 34 der Ausnehmung 19
stößt und Sperrad 17 sowie Zahnrad
12 damit blockiert würden.
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In gleicher Weise verhindert nach dem Abfall des Ankers, die auf F
i g. 1 mit 33 bezeichnete Kante des Ausnehmung 19 eine Weiterdrehung
des Sperrades 17 da dessen Ansatz 18" nach F i g. 1 gegen diese
Kante 33 stoßen würde.
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Wie in F i g. 1 und 2 dargestellt, sind die Hebel 4 und
5 gegenüber der Längsachse der Doppelklinkenanordnung um einen von
901 verschiedenen Winkel an den Biegestellen 9 und 10 abgewinkelt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der an den Stellen maximaler Krümmung bei
9 bzw. 10 gelegene Biegepunkt der Hebel von der durch den waagerechten
Durchmesser des Sperrades gehenden Geraden jeweils einen Abstand hat, der größer
als der Radius des Zahnrades 12 ist. Die auf ein Klinkenende während des Antriebs
des Zahnrades 12 ausgeübte Kraft wirkt in einer zum Zahnrad tangentialen Richtung
und bewirkt damit wegen der geschilderten Lage der Biegepunkte der Hebel ein Drehmoment,
das die jeweilige antreibende Klinke 6 bzw. 7 in Richtung auf den
Mittelpunkt des Zahnrades 12 zu drehen sucht und auf diese Weise einen sicheren
Eingriff der Klinke in den Zahnkranz gewährleistet. Gleichzeitig erfährt die jeweils
nicht antreibende Klinke infolge des durch die Reibungskraft erzeugten Drehmoments
auf den Klinkenhebel eine den Auflagedruck auf das Zahnrad 12 verringernde Kraftkomponente.
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Um die inneren Spannungen an den Biegestellen der Hebel während der
Verbiegung durch die äußeren Kräfte möglichst gering zu halten, sind die annähernd
radial verlaufenden Zahnflanken 13 des Zahnrades 12 nicht eben, sondern bogenförmig
ausgebildet. Auf diese Weise wird die Höhe der radialen Flanken und damit die radial
zum Zahnrad 12 gerichtete Ablenkung der Hebel bei der Weiterdrehung des Zahnrades
um eine Zahnteilung kleingehalten. Gleichzeitig wird durch die gebogene Fläche der
tangentialen Zahnflanken erreicht, daß die radiale Ablenkung und damit die Zunahme
der inneren Spannung der Hebel eine wenigstens näherungsweise lineare Funktion des
Drehwinkels des Zahnrades ist. Durch die geringe Höhe der radialen Zahnflanken wird
außerdem der Stoß der Klinken beim Abgleiten vom Ende einer tangentialen Zahnflanke
auf die folgende kleingehalten.
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Die beschriebene Antriebsvorrichtung zeichnet sich durch einfache
Herstellung und Montage aus, da die einteilige Doppelklinkenanordnung weder eine
drehbare Welle besitzt noch eine Zusammensetzung von Teilen erfordert. Ferner ist
das zur Betätigung der Vorrichtung erforderliche Drehmoment sehr klein, da nur geringfügige
Reibungswiderstände zwischen den Klinken und den Zahnradflanken sowie der kleine
Verformungswiderstand der Klinkenanordnung zu überwinden sind. Dieses kleine Drehmoment
in Verbindung mit dem nur kleinen Arbeitshub erlaubt die Verwendung stromschwacher
Elektromagneten.