-
Schaltuhr mit Synchronmotor und Gangreservewerk Die Erfindung betrifft
eine Schaltuhr mit einem Synchronmotor und einem ununterbrochen laufenden Gangreservewerk,
die ein Anzeigeorgan über ein überholungsgetriebe mitnehmen.
-
Es sind bereits seit langem Schaltuhren mit Synchronmotor und Gangreservewerk
in Verbraucherstellen für elektrischen Strom in Benutzung, um Umschalter von Zählern
mit verschiedenen Tarifen zu steuern. Eine Schaltuhr mit Synchronmotor in einem
Verteilernetz für elektrische Energie mit einwandfrei gesteuerter Frequenz enthebt
die Elektrizitätsgesellschaften der Notwendigkeiten, Monteure zu ihren Abnehmern
zu schicken, um Kontrollen und Einstellungen von rein mechanischen Schaltuhren vorzunehmen.
-
In solchen Fällen ist es jedoch unmöglich, Schaltuhren zu verwenden,
die nur von einem Synchronmotor angetrieben werden, denn es muß das Laufen dieser
Schaltuhren auch während Spannungsausfall sichergestellt werden, was zwar selten
ist, aber unvermeidlich und im ganzen Ortsnetz oder bei einem Abnehmer auftreten
kann.
-
Das einfachste Mittel, um das Laufen der Schaltuhr während des Spannungsausfalls
sicherzustellen, ist, dem Synchronmotor ein Gangreservewerk zuzuordnen.
-
Bei einem großen Teil der Schaltuhren dieser Art bleibt das Gangreservewerk
während der ganzen Zeit im Stillstand, während der das Netz sich normalerweise unter
Spannung befindet, und es sind Mittel vorgesehen, um das Reservewerk im Fall des
Spannungsausfalls in Betrieb zu setzen. Wenn eine Anlaßvorrichtung auch mit verhältnismäßig
geringen Mitteln und mit genügender Sicherheit hergestellt werden kann, geschieht
es aber doch, daß das Reservewerk, das während eines sehr langen Zeitraumes stillgestanden
hat, infolge eines Verharzens des Schmieröles der Unruhzapfen stehenbleibt. Um diesen
Nachteil zu vermeiden, haben manche Konstrukteure Mittel vorgesehen, um das Reservewerk
während einiger Minuten in regelmäßigen Zeitabständen, die sehr nahe aneinanderliegen,
laufen zu lassen. Das Arbeiten dieser Perioden-Anlaßeinrichtungen, die verhältnismäßig
kompliziert sind, bietet jedoch nicht alle wünschenswerten Garantien.
-
Es ist auch daran gedacht worden, die Anzeigeorgane dieser Schaltuhren
einzig und allein durch einen Ankermechanismus anzutreiben, der ständig arbeitet
und periodisch durch einen üblichen Motor aufgezogen wird. Die Einrichtungen dieser
letzteren Art, die bereits vorgeschlagen wurden, mußten selbsttätige Einstellmittel
enthalten, die dazu bestimmt waren, sie mit der astronomischen Zeit in Einklang
zu halten. So ist vorgeschlagen worden, einen Elektromagneten, durch den der Netzstrom
fließt, in der Nähe der Unruh unterzubringen und Polstücke auf der Unruh anzuordnen,
so daß diese synchron mit der Frequenz des Netzes schwingt. Diese Vorrichtungen
haben sich jedoch als nicht absolut sicher erwiesen. Sie konnten der Sitz von Resonanzerscheinungen
sein, die die Wirkung hatten, die Unruh plötzlich mit einer höheren, harmonischen
Frequenz schwingen zu lassen, die ein falsches Gehen verursachen. Diese Erscheinung,
deren Gründe nicht vollständig geklärt werden konnten, hat dazu geführt, eine andere
Lösung des gestellten Problems zu suchen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Schaltuhr mit Synchronmotor
und Gangreservewerk zu schaffen, deren Anzeigeorgan oder Organe entweder vom Synchronmotor
oder vom Gangreservewerk mitgenommen werden können, wobei das Gangreservewerk trotzdem
ständig arbeitet und die Schaltuhr von einer so einfachen Bauart und so sicheren
Arbeitsweise ist als irgend möglich.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gangreservewerk
so eingestellt ist, daß es das Anzeigeorgan mit einer Geschwindigkeit mitnimmt die
zwischen der mittleren Geschwindigkeit, die diesem Organ normalerweise von dem Motor
vermittelt
wird, und der Geschwindigkeit liegt, die der Synchronmotor dem Anzeigeorgan vermittelt,
wenn die Frequenz des Netzes am kleinsten ist.
-
Zu diesem Zweck ist einerseits die Tatsache ausgenutzt worden, daß
die Frequenz der elektrischen Netze sich je nach der Belastung um den Nominalwert
herum ständig ändert, und zwar zwischen einer oberen und einer unteren Grenze, die
genau bestimmt sind, und andererseits die Tatsache, daß diese Frequenz so geregelt
wird, daß die Zeiträume, während denen sie höher ist als der Nominalwert, genau
diejenigen ausgleichen, während denen sie niedriger ist, so daß die mittlere Frequenz,
berechnet für eine ziemlich lange Zeitdauer und abgesehen von allgemeinen Pannen,
genau gleich der Nominalfrequenz ist.
-
Die erfindungsgemäße Schaltuhr ist dazu bestimmt, in ein elektrisches
Steuerungsgerät oder in einem Meßgerät wie etwa einem Zähler eingebaut zu werden.
Diese Schaltuhr weist wie die bekannten, einen üblichen Antriebsmechanismus mit
Synchronmotor so wie ein übliches, rein mechanisches Gangreservewerk mit Federmotor
und Anker auf. Wie die bekannten Schaltuhren betätigt sie ständig ein Anzeigeorgan,
das aus einer Scheibe mit verschiedenen Kontaktelementen besteht, die dazu bestimmt
sind, Steuer- und Antriebsstromkreise zu genau vorher bestimmten Zeitpunkten zu
öffnen und zu schließen.
-
Solange das Netz unter Spannung steht, wird das Anzeigeorgan wie bei
bekannten Schaltuhren durch den Synchronmotor angetrieben.
-
Das Reservewerk ist dazu bestimmt, das Anzeigeorgan mitzunehmen, wenn
der Synchronmotor angehalten ist, beispielsweise anläßlich eines allgemeinen Ausbleibens
des Stroms im Netz oder wenn dieser Motor freiwillig während einer Anzahl von Stunden
außer Betrieb gesetzt wird.
-
Erfindungsgemäß wird jedoch dieses Reservewerk mit Hilfe eines üblichen
Rückers so geregelt, daß es das Anzeigeorgan mit einer Verspätung gegenüber der
astronomischen Zeit von 3 bis 5 Minuten je 24 Stunden mitnimmt. Normalerweise wird
also dieses Anzeigeorgan vom Synchronmotor schneller angetrieben, und das Gangreservewerk
läuft leer. Wenn jedoch aus einem beliebigen Grunde der Synchronmotor steheubleibt,
wird der Antrieb des Anzeigeorgans durch das Reservewerk übernommen, und zwar mit
der Geschwindigkeit der Unruh des Reservewerks.
-
Die erfindungsgemäße Schaltuhr ist von großer Einfachheit. Außerdem
arbeitet sie in absolut sicherer Art und Weise selbsttätig. Da das Reservewerk ständig
im Betrieb ist, besteht keine Gefahr, daß das Öl der Unruhlager verharzt, so daß
der Antrieb des Anzeigeorgans im Fall des Stehenbleibens des Synchronmotors sichergestellt
ist, wenn dieses Anhalten nicht über etwa 10 Stunden hinausgeht. Andererseits wird
das Wiederaufziehen der Antriebsfeder des Reservewerks in bekannter Weise durch
den Synchronmotor selbsttätig sichergestellt. Das Anlaufen des Reservewerks kann
durch eine übliche Anlaßvorrichtung sichergestellt werden, wenn die erste Inbetriebnahme
erfolgt, oder nach einem längeren Stillstand.
-
Obwohl das Reservewerk mit einer gewissen Verspätung gegenüber der
astronomischen Zeit eingestellt ist, bleibt das Anzeigeorgan der Schaltuhr, selbst
nach einer sehr langen Funktionszeit unter praktischen Bedingungen, in Übereinstimmung
mit der astronomischen Zeit. Praktische Versuche, die mit der erfindungsgemäßen
Schaltuhr durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß das Anzeigeorgan nicht nur keinerlei
Verspätung nach einer sehr langen Funktionszeit zeigte, sondern im Gegenteil die
Neigung hatte, ganz leicht vorzugehen. Dies ist wahrscheinlich auf die Tatsache
zurückzuführen, daß die Anzahl und die Dauer der Funktionsunterbrechungen des Synchronmotors
im Laufe eines Jahres sehr wenig zahlreich sind und im allgemeinen nur von kurzer
Dauer. Diese Unterbrechungen können auf zwei Gründe zurückzuführen sein: einerseits
Stromausfälle und andererseits gewollte Unterbrechungen, beispielsweise um Reparaturen
auszuführen.
-
Es ist festgestellt worden, daß die Gesamtdauer der Unterbrechungen
während eines Zeitraumes eines Jahres normalerweise zwischen 3 und 5 Stunden lag.
Diese Dauer ist demgemäß diejenige, während deren das Anzeigeorgan durch das Reservewerk
mitgenommen wird. Wenn letzteres mit einer Verspätung gegenüber der astronomischen
Zeit von 4 Minuten je 24 Stunden eingestellt ist, dann liegt die Verspätung, die
während der Unterbrechungen im Laufe eines Jahres gesammelt wurde, zwischen 30 und
50 Sekunden.
-
Dieser Wert, der durch die theoretische Berechnung gegeben ist, entspricht
jedoch nicht dem, der tatsächlich in der Praxis erreicht wird. Das kommt daher,
daß der Synchronmotor nicht immer genau mit der gleichen Geschwindigkeit läuft,
denn er steht in Synchronismus mit der Frequenz des Netzes, und diese letztere schwankt
ständig um ihren Nominalwert innerhalb genau bestimmter Grenzen. Im allgemeinen
sind diese Grenzen höher und niedriger als 0,5% der Nominalfrequenz.
-
In der Zeichnung wird schematisch die Funktion der Schaltuhr gezeigt.
Es ist dort die obere Frequenzgrenze mit A bezeichnet und beträgt 50,25 Perioden,
und die untere Grenze ist mit B bezeichnet und beträgt 49,75 Perioden. In allen
elektrischen Netzen sind die Frequenzveränderungen so gesteuert und reguliert, daß
die mittlere Frequenz, über einen langen Zeitraum berechnet, genau gleich der Nominalfrequenz
ist. In dem in der Zeichnung angenommenen Fall eines Netzes mit 50 Perioden - wenn
die Frequenz über dem Nominalwert während einer Periode C oder G geblieben ist und
dann unter 50 Perioden während einer Periode D oder 1 sinkt -erfolgt eine solche
Regulierung, daß die mittlere Frequenz während der Perioden C -D oder G-1
genau gleich 50 Perioden ist. Wenn diese Einstellung erfolgt, werden natürlich keine
Perioden in Betracht gezogen wie etwa E, wobei die Frequenz infolge einer Panne
des Verteilernetzes auf Null sinkt.
-
Wenn das Reservewerk erfindungsgemäß gegenüber der astronomischen
Zeit mit einer geringeren Verzögerung eingestellt ist als die, die durch die Mindestwerte
der Frequenz des Netzes bei ununterbrochener Arbeitsperiode entsteht, hat die Schaltuhr
eine gewisse Neigung gegenüber der astronomischen Zeit vorzugehen, solange keine
Pannen oder Unterbrechungen der Arbeit des Synchronmotors aus einem anderen Grunde
eintreten. Im Schema der Zeichnung stellt die Linie F den Lauf des Reservewerks
dar, eingestellt mit einem Nachgehen von 4 Minuten je 24 Stunden gegenüber der astronomischeu
Zeit.
Dieses Nachgehen, dessen relativer Wert 0,3 0i o entspricht, ist demgemäß weniger
groß als das, das von der Linie B angegeben ist und sich auf 0,5% beläuft. Wenn
während eines Zeitraumes wie H die Frequenz des Netzes um mehr als 0,311/o unter
die Normalfrequenz sinkt, überholt das Reservewerk den Synchronmotor, und das Anzeigeorgan
wird durch das Reservewerk mitgenommen. Der Zeitraum H liegt im Inneren eines Zeitraumes
1 von längerer Dauer, während der die Frequenz des Netzes geringer als die Normalfrequenz
ist, wobei dieser Zeitraum I so geregelt ist, daß er den Zeitraum G ausgleicht,
so daß die Mittelfrequenz während des Zeitraumes G-1 genau gleich 50 Perioden ist.
Da der Gang des Anzeigeorgans nicht dem entspricht, der ihm normalerweise durch
den Synchronmotor während der Periode H verliehen würde, sondern schneller ist,
geschieht das Ausgleichen des angespeicherten Vorgehens während der Periode G nicht
genau, so daß am Ende der Periode 1 das Anzeigeorgan noch ein leichtes restliches
Vorgehen zeigt.
-
Wenn so das Reservewerk beispielsweise mit einem Nachgehen von 5 Minuten
je 24 Stunden eingestellt ist, d. h. 0,35 %, und wenn die Frequenz des Netzes bei
49,75 Perioden, d. h. bei einer Abweichung von 0,5 0/0 während einer halben
Stunde bleibt, dann zeigt das Anzeigeorgan, anstatt genau richtig am Ende der Periode
1 zu gehen - wie das der Fall wäre, wenn es ständig vom Synchronmotor angetrieben
würde -, ein Vorgehen von 0,15% während einer halben Stunde, d. h. von 2,7 Sekunden.
Da Zeiträume wie H, in denen sich die Frequenz des Netzes in der Nähe der unteren
zulässigen Grenze senkt, verhältnismäßig häufig sind, kann das Vorgehen des Anzeigeorgans
während dieser Zeiträume, die während der Stromunterbrechung angesammelte Verspätung
vollständig ausgleichen, während das Anzeigeorgan vom Reservewerk mit einer gewissen
Verzögerung mitgenommen wird.
-
Da der Rücker des Reservewerks es gestattet, die Frequenz der Unruh
innerhalb weiter Grenzen zu verändern und dieses Werk nach Belieben mit einer Verzögerung
einzustellen, die zwischen 0 und 10 Minuten je 24 Stunden liegen kann, kann die
erfindungsgemäße Schaltuhr leicht auf Bedingungen jedes beliebigen Netzes eingestellt
werden, und zwar in Abhängigkeit von den Einstellungsmerkmalen dieses Netzes und
der Häufigkeit von Pannen.
-
Die erfindungsgemäße Schaltuhr weist schließlich den Vorteil auf,
in einem kräftigen Gehäuse von geringen Abmessungen alle diejenigen Elemente zusammenzufassen,
die notwendig sind, um ein vollständig selbsttätiges Laufen aller ihrer Teile sicherzustellen.
Es genügt, den Synchronmotor an das Netz anzuschließen und das Anzeigeorgan auf
die richtige Zeit einzustellen, damit die Schaltuhr betriebsbereit ist. Sowie der
Motor angeschlossen ist, beginnt die Triebfeder des Reserwewerks sich aufzuziehen.
-
Wenn diese Feder mit ungefähr zwei Umdrehungen aufgezogen ist, beginnt
die Unruh des Reservewerks sich zu bewegen. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet das
Reservewerk ständig.