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Vorrichtung zum Steuern der Schaltkräfte von Schaltgeräten vermittels
eines Vorwahlzählers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Schaltkräfte
von Schaltgeräten vermittels eines Vorwahlzählers, dessen Zahlenrollen Steuerkurven
besitzen, welche von Fühlhebeln bezüglich einer bestimmten Stellung der Zahlenrollen
abgefühlt werden, wobei durch das Einschwenken der Fühlhebel in Ausnehmungen der
Steuerkurven die an dem zu steuernden Schaltgerät wirksamen Schaltkräfte in einer
oder in mehreren Stufen für den Schaltvorgang freigegeben werden, und die Fühlhebel
vorzugsweise über einen Rasthebel ein von der Schaltkraft des Schaltgerätes beeinflußtes
Stufensegment steuern.
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Bei solchen mechanischen Vorwahlzählern besteht die Forderung, daß
die Abfühlhebel, die die Steuerkurven der Zahlenrollen abfühlen, mit möglichst geringer,
aber doch für eine gute Funktionssicherheit ausreichender Kraft auf den Steuerkurven
aufliegen, damit dem Antrieb der Zahlenrollen und somit dem Meßgerät ein möglichst
geringer Widerstand entgegengesetzt wird, weil durch eine zu hohe Drehmomentbelastung
des den Vorwahlzähler antreibenden Meßgerätes die Meßgenauigkeit beeinträchtigt
würde.
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Da die zur Durchführung des von dem Vorwahlzähler zu steuernden Schaltvorganges
erforderlichen Drehmomente, die in den meisten Anwendungsfällen erheblich größer
sind als das Drehmoment, das zur Erfüllung dieser Forderung an den Abfühlhebeln
noch zulässig ist, ist bei bekannten Vorwahlzählern durch getriebliche Mittel zwischen
dem Schaltdrehmoment und dem Abfühldrehmoment eine Trennung vollzogen worden. Diese
Trennung wurde dadurch erreicht, daß von den Abfühlhebeln ein Rasthebel gesteuert
wird, auf dem sich ein unter dem Einfluß des Schaltdrehmomentes stehender Schalthebel
oder bei stufenweisem Schaltvorgang ein Stufensegment derart abstützt, daß die auf
dem Rasthebel vom Schalthebel oder Stufensegment einwirkende Kraft von dessen Lager
aufgefangen und von dieser Seite kein Drehmoment auf ihn ausgeübt wird. Das Abfühldrehmoment
der Abfühlhebel wird von einer eigens dafür vorgesehenen Feder erzeugt, die auf
die Abfühlhebel einwirkt.
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Diese bekannte Einrichtung kann die eingangs erwähnte Forderung nur
unvollständig und dann nicht mehr erfüllen, wenn das an dem Stufensegment wirksame
Drehmoment verhältnismäßig groß ist. Bei hohem Drehmoment am Stufensegment bzw.
Schalthebel ist nämlich auch der Reibungswiderstand zwischen dem Stützhebel und
dem Schalthebel bzw. Stufensegment verhältnismäßig groß, so daß die auf die Abfühlhebel
einwirkende Federkraft zur überwindung des Reibungswiderstandes erhöht werden muß.
Dadurch wird dann auch der Abfühldruck auf der Zahlenrollenkurve wieder erhöht.
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Die naheliegende Maßnahme, den Reibungswiderstand zwischen Rasthebel
und Schalthebel bzw. Stufensegment dadurch kleinzuhalten, daß zwischen dem Schalthebel
bzw. Stufensegment und dem Schaltkraftursprung, der in einer Schaltfeder bestehen
kann, kraftuntersetzende Zwischengetriebe einzuschalten, kann aber auch nicht in
jedem Fall ausreichend sein. Diese Maßnahme hat außerdem die Nachteile, daß solche
Zwischengetriebe einen größeren Aufwand an Material und Raum beanspruchen und daß
die Bewegungswege des Getriebeteiles mit dem längsten wirksamen Hebelarm, also des
Schalthebels bzw. des Stufensegmentes, zu groß werden.
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Da derartige Vorwahlgeräte zum Steuern sehr verschiedener Schaltgeräte,
z. B. großer und kleinerer bis kleinster Ventile, die in Rohrleitungen strömender
Medien liegen, oder elektrische Schalter od. dgl., Verwendung finden und die Größenordnungen
der zu steuernden Schaltkräfte sehr weit auseinanderliegen können, war es bisher
nicht möglich, für alle Anwendungsfälle ein einziges Standardmodell einzusetzen.
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Für den Anschluß der Vorwahlzähler an die zu steuernden Schaltgeräte
war es bisher üblich, zwischen dem Anschlußteil des Zwischengetriebes und der Kraftquelle
des Schaltorgans des Schaltgerätes eine starre Verbindung herzustellen, so daß das
volle Schaltdrehmoment an den Steuerteilen des Vorwahlzählers bis zum Rasthebel
wirksam war.
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Die .der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand
darin, eine Vorrichtung für einen Vorwahlzähler zum Steuern verschieden großer Schaltkräfte
von Schaltgeräten zu schaffen, ungeachtet dessen, ob die Schaltkraft vom Schaltgerät
selbst oder von einer Kraftquelle außerhalb des Schaltgerätes ausgeht.
Die
Erfindung besteht darin, daß sich das bewegliche und unter dem Einfluß der Schaltkraft
stehende Schaltorgan des Schaltgerätes bis zur Vollendung des Schaltvörganges auf
einem für stufenweises Schalten mit mehreren treppenförmig angeordneten Stützflächen
versehenen Stützhebel abstützt, über welche auf den Stützhebel ein Drehmoment ausgeübt
wird, welches durch ein von einer Kompensationsfeder erzeugtes schwächeres Gegendrehmoment
teilweise kompensiert wird.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist dafür gesorgt, daß das Gegendrehmoment
durch Auswechselbarkeit der Kompensationsfeder durch Veränderung ihrer Vorspannung
und/oder durch Veränderung des wirksamen Hebelarmes der Schaltkraft des Schaltgerätes
angleichbar ist. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Kompensationsfeder
als Schraubenfeder ausgebildet und an einem Hebelarm des Stützhebels eingehängt
ist und daß an diesem Hebelarm mehrere, in verschiedenen Abständen vom Drehpunkt
des Stützhebels angeordnete Einhängevorrichtungen in Form von Zapfen oder Löchern
vorgesehen sind.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung die Abschaltvorrichtung eines
Flüssigkeitsventils, F i g. 2 ein Schema .der Hebelanordnung mit den wirksamen Kräftevektoren.
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Die einzeln in der F i g. 1 dargestellte Zahlenrolle 1. ist stellvertretend
für den aus mehreren Zahlenrollen bestehenden Zahlenrollensatz des Vorwahlzählers.
Als Zahlenrolle der niedrigsten Dekade ist die Zahlenrolle 1 mit einer Steuerkurve
2 versehen, die zwei radiale Absätze 3 und 4 und einen halbkreisförmigen radialen
Einschnitt 5 aufweist. Die Zahlenrolle 1 ist frei drehbar auf einer Welle 6 gelagert.
Auf einer parallel zur Welle 6 verlaufenden Welle 7 ist drehbar ein Abfühlhebel
8 gelagert. der mit einer Abfühlrolle 9 ausgerüstet ist, welche die Peripherie der
Steuerkurve 2 abfühlt. Über eine Buchse 10 steht der Abfühlhebel8 in Verbindung
mit einem Hebelarm 11, der einen Stift 11' trägt, auf welchem der Hebelarm 12 eines
Rasthebels 13, gezogen von einer Feder 12' aufliegt. Die Buchse 10 weist außerdem
einen Hebelarm 14 auf, an dem eine Zugfeder 15 eingehängt ist und den Abfühlhebel
8 bzw. dessen Abfühlrolle 9 gegen die Peripherie der Steuerkurve 2 zieht. Der Rasthebel
13 ist ebenfalls auf der Welle 7 drehbar gelagert.
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Der eine Arm 13' des Rasthebels 13 ist mit einem Zapfen 16 ausgerüstet,
der mit den einzelnen Raststufen 17,18,19 eines Stufensegmentes 20 zusammenwirkt.
Das Stufensegment 20 ist drehbar auf der Welle 6 der Zahlenrolle 1 angeordnet und
besitzt eine Verzahnung 21, über welche es mit einem Zahnsegment 22 im Eingriff
steht. Das Zahnsegment 22 ist drehbar auf einem Zapfen 23 gelagert und steht über
eine Stange 24 mit dem einen Hebelarm 25 eines Stützhebels 26 in Wirkverbindung.
Der Stützhebel 26 ist drehbar auf einem Zapfen 27 gelagert und hat am Ende eines
langen Hebelarmes 28 treppenförmig angeordnete Stützflächen 29, 30 und 31 sowie
eine Freigabefläche 32. Über diese Stützflächen 29, 30 und 31 sowie die Freigabefläche
32 steht der Hebelarm 28 des Stützhebels 26 in Wirkverbindung mit dem Anschlagzapfen
33 eines doppelarmigen Winkelhebels 34, dessen zweiter Arm über eine Stift-Schlitz-Verbindung
35, 36 mit dem Schaltorgan 37 eines Durchlaßventils 38 verbunden ist. Das Schaltorgan
37 besteht aus einer Schubstange 39, einem Schließkegel 40 und einer Schaltfeder
41, die zwischen dem Schließkegel 40 und,der Gehäusewand 42 des Ventils 38 angeordnet
ist und den Schließkegel 40 in Schließstellung drückt. Der Hebel 34 steht über eine
Welle 43 in drehfester Verbindung mit einem Handeinschalthebel 44. An dem Hebelarm
25 des Stützhebels 26 ist eine Kompensationsfeder 45 wirksam, die in einer der drei
Bohrungen 46, 47 oder 48 und einem ortsfesten Stift 49 oder 50 eingehängt ist. Statt
der zwei ortsfesten Stifte 49 und 50 könnte auch ein verstellbarer Stift vorgesehen
sein, dessen. Lage dem jeweils erforderlichen Abstand vom Hebelarm 26 und in bezug
auf den Lagerzapfen 27 angepaßt werden könnte.
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Die Kompensationsfeder 45 übt auf den Stützhebel 26 ein Drehmoment
in Uhrzeigerrichtung, bezogen auf den Lagerzapfen 27, aus.
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Wie aus :der schematischen Darstellung der F i g. 2 zu erkennen ist,
sind die Stützflächen 29, 30 und 31 des Hebelarmes so gerichtet, daß ihre Mittelsenkrechten
29', 30' und 31' Tangenten an einen Hilfskreis 51 mit dem Radius a darstellen. Dadurch
wird erreicht, daß die von der Schaltfeder 41 über ,den Doppelhebel 34 und den Anschlagzapfen
33 auf die Stützflächen 29,30 und 31 ausgeübte Kraft am Stützhebel 26 ein
Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung bewirkt, .dem die Wirkung der Kompensationsfeder
45 entgegengerichtet ist.
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Die Stützflächen 29, 30 und 31 müssen aber nicht in jedem Fall in
bezug auf den Hilfskreis 51 gleiche Richtung haben. Sie können vielmehr absichtlich
verschieden gerichtet sein, um den Anstieg bzw. Abfall der Federkennlinien der Federn
41 und 45 auszugleichen.
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Die Freigabefläche 32 des Stützhebelarmes 28 ist so gerichtet, daß
sie nach vollendetem Schließvorgang in der Schließstellung des Schließkegels 40
des Ventils 38 (F i g. 1) etwa parallel zu der Tangente an den Hilfskreis 52 (F
i g. 2) verläuft, so daß eine Behinderung des Anschlagzapfens 33 durch den Stützhebelarm
28 nicht mehr gegeben ist, sondern daß sich vielmehr der Stützhebelarm 28, gezogen
von der Kompensationsfeder 45, nunmehr durch .die Freigabefläche 32 auf dem Anschlagzapfen
33 des doppelarmigen Hebels 34 abstützt und so in der in F i g. 1 dargestellten
Lage gesichert ist.
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Die Rastflächen 17,18 und 19,des Stufensegmentes 20, die mit dem Rastzapfen
16 des Rasthebels 13 zusammenwirken, sind, wie in der F i g. 2 dargestellt ist,
in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß ihre Mittelsenkrechten in der jeweiligen
Raststellung durch die Achse der Welle 7 gehen, so daß die auf dem Rastarm 13' wirksame
Kraftkomponente vom Lager der Welle 7 aufgenommen wird. Für diesen Fall ist die
Zugfeder 15, die an dem Hebelarm 14 wirksam ist, dafür notwendig, daß der Hebelarm
18 zur Anlage an die Peripherie der Steuerkurve 2 der Zahlenrolle 1 gelangt.
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Wollte man auf die Feder 15 verzichten, so wäre die Möglichkeit gegeben,
die Rastflächen 17,18 und 19 des Stufensegmentes 2® so auszurichten, daß ihre Mittelsenkrechten
nicht durch die Achse 7 gehen, sondern rechts an ihr vorbeiführen, so daß ein Drehmoment
in Uhrzeigerrichtung auf den Abfühlhebel 8 ausgeübt wird. Aus Gründen der einfacheren
Fertigung
und des Materialverschleißes ist es jedoch vorteilhafter,
die Zugfeder 15 beizubehalten.
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Die Funktionsweise der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung
ist folgende: Dem Einschalten des nächsten Zählvorganges muß eine Rückstellung :der
Zahlenrolle 1 in eine von »0« abweichende Anzeigestellung erfolgen. Dabei geschieht
gleichzeitig eine Auslenkung des Abfühlhebels 8 in Gegenuhrzeigerrichtung, wobei
der Rasthebel 13 seine in F i g. 1 dargestellte Lage beibehält und der Stift 11'
von dem Hebelarm 12 des Rasthebels 13 entfernt wird.
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Es sei angenommen, daß die Steuerscheibe 2 nunmehr eine Stellung einnehme,
in welcher der Abfühlhebel 8 auf ihrem größten Radius aufliegt. Nachdem der Rückstellvorgang
der Zahlenrollen beendet ist, kann ein neuer Zählvorgang eingeleitet werden, was
dadurch geschieht, daß der Handschalthebel 44 in Uhrzeigerrichtung verschwenkt wird.
Dabei wird einerseits der Schließkegel 40 entgegen der Wirkung der Schaltfeder 41
nach links bewegt und die Durchlaßöffnung des Ventils 38 geöffnet, und andererseits
bewegt sich der Anschlagzapfen 33 auf dem Kreisbogen des Hilfskreises 52 nach unten,
was zur Folge hat, daß der Stützhebelarm 28, der unter dem Einfluß der Kompensationsfeder
45 steht, um seinen Lagerzapfen 27 so weit nach links schwenken kann, bis die Stützfläche
31 über den Anschlagzapfen 33 des Hebels 34 steht. Gleichzeitig mit dieser Bewegung
des Stützhebelarmes 28 wird das Zahnsegment 22 auf seinem Lagerzapfen 23 in Uhrzeigerrichtung
nach unten verschwenkt und das Stufensegment 20 in Gegenuhrzeigerrichtung nach oben,
so daß der Rastarm 13' des Rasthebels 13, gezogen durch eine Feder 12', dem von
Stufe zu Stufe (17, 18, 19) kleiner werdenden Radius im Sinne einer Schwenkbewegung
in Gegenuhrzeigerrichtung folgen kann.
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Sobald der Handhebel 44 losgelassen wird, übt die Schaltfeder 41 über
den Anschlagzapfen 33 auf die Stützfläche 31 und somit auf den Stützhebel 26 ein
Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung aus und, ungeachtet der Kompensationsfeder
45, ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung auf das Stufensegment 20, so daß die Rastfläche
19 nunmehr auf dem Rastzapfen 16 des Rasthebelarmes 13 aufliegt. Die Kompensationsfeder
45, deren Vorspannung und wirksamer Hebelarm mittels der verschiedenen Zapfen 49,
50 und Einhängelöcher 46, 47 und 48 wählbar sind, bewirkt nun, daß das von der Schaltfeder
41 auf den Stützhebel 26 ausgeübte Drehmoment nicht in seiner vollen Größe
auf das Stufensegment 20 übertragen wird, damit die Kraft, die von dem Rasthebel
13 aufzunehmen ist und somit die Reibung zwischen dem Rastzapfen 16 und den Rastflächen
17, 18, 19, die sich der Abfühlbewegung des Abfühlhebels 8 beim Wirksamwerden
der radialen Stufen 3, 4, der Steuerkurve 2 entgegensetzt, noch in beherrschbaren
Größenordnungen liegt.
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Je nach Stärke der Schaltfeder 41 wird die Vorspannung der Kompensationsfeder
45 und ihr wirksamer Hebelarm in bezug auf den Lagerzapfen 27 des Stützhebels 26
größer oder kleiner gewählt.
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Es ist noch nachzutragen, daß die Verbindung vom Rasthebelarm 13'
zu dem Abfühlhebel 8 in der F i g. 2 vereinfacht dargestellt ist, da .dort nur auf
die vektorielle Darstellung der an den verschiedenen Stellen wirksamen Kräfte Wert
gelegt wurde. Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, in der die Stützflächen 29,
30 und 31 so gerichtet sind, daß ihre Mittelsenkrechten 29', 30' und 31' Tangenten
an .den gemeinsamen Hilfskreis 51 darstellen, ändert sich jeweils mit dem Sprung
des Anschlagzapfens 33 von der einen Stützfläche. 31 zur anderen 30 und 29 auch
der Winkel d, der zwischen den Kräftevektoren F41 und F@, liegt. Da aber
und das in Gegenuhrzeigerrichtung gerichtete Drehmoment am Stützhebel 26 MZg=&.a
ergeben sich, wenn a --- konstant für Mzb auf jeder Stützfläche 29, 30, 31
verschiedene Werte. Bei einer konstanten Federkraft F45 ergäben sich daraus auch
unterschiedliche Werte für die Kraft
die auf den Rasthebel 13' wirkt, im Zusammenwirken mit den verschiedenen Stufen
17, 18 und 19 des Stufensegments 20.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Stützflächen
29, 30 und 31 so auszurichten, .daß der Winkel zwischen den Vektoren F41 und &
konstant = bleibt. Für eine weitere Annäherung an die Konstanz der Kraft P ist es
zusätzlich erforderlich, einerseits die Federkennlinien der Federn 41, 46 und 12'
und andererseits die Änderung der des Hebelarms g, d. h. die unterschiedlichen Abstände
der Raststufen 17, 18 und 19 von der Drehachse 6 des Stufensegments zu berücksichtigen.
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F15, in F i g. 2 am Hebelarm 8 wirksam, ist die Kraft, mit welcher
die Abfühlrolle 9 auf der Steuerkurve 2 im statistischen Zustand aufliegt und die
andererseits im .dynamischen Zustand nötig ist, um den Stützhebel 13' entgegen dem
Reibungswiderstand unter den Rastflächen 17, 18, 19 wegzuziehen.