DE3017430C2

DE3017430C2 - Zeitgetriebe für einen Elektrizitätszähler mit Maximumwerk

Info

Publication number: DE3017430C2
Application number: DE19803017430
Authority: DE
Inventors: Winfried Ing.(Grad.) Friedrich; Rainer Ing.(grad.) 3250 Hameln Fritsch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1985-01-31
Also published as: CH656007A5; DE3017430A1

Description

ίο Die Erfindung bezieht sich auf ein Zeitgetriebe für einen Elektrizitätszähler mit Maximumwerk, bei dem von einem Synchronmotor über eine Stirnraduntersetzung eine auf der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes befestigte, mit einem Schaltnocken versehene Zeitscheibe angetrieben ist, durch die nach Ablauf einer vorbestimmten Meßperiodendauer innerhalb einer festgelegten Aus-Zeit die Rückstellung einer zum Maximumwerk gehörenden Meßperiodenanzeige für eine erneute Messung eingeleitet wird.

Elektrizitätszähler mit einem derartigen Zeitgetriebe sind bekannt Die Getriebeuntersetzung ist dabei so gewählt, daß die Zeitscheibe während einer Meßperiodendauer von beispielsweise 15 Minuten eine Umdrehung macht Auf der Zeitscheibe befindet sich ein Schaltnokken, der während der als Rückstellzeit bezeichneten, im allgemeinen ein Prozent der Meßperiodendauer betragenden Aus-Zeit auf eine Schaltklinke einwirkt. Letztere entkuppelt über verschiedene Bauteile das Maximumweik vom Antrieb des Elektrizitätszählers, um durch eine Rückstellung der Meßperiodenanzeige eine erneute Maximummessung in der nächstfolgenden Meßperiode zu ermöglichen.

Die bekannte Anordnung ist insofern nachteilig, als der Schaltnocken bei der Rückstellzeit von einem Prozent der Meßperiodendauer die Schaltklinke genau während eines Drehwinkels der Zeitscheibe von 3,6° beaufschlagen muß. Alle weiteren von der Schaltklinke angesteuerten Bauteile sind zudem ebenfalls mit Toleranzen behaftet. So erfordert die genaue Einhaltung der

Rückstellzeit einen hohen Justageaufwand und zusätzliche Schraubverbindungen. Weiterhin ist die bekannte Anordnung bei sehr langen Meßperiodendauern von beispielsweise einer Woche nicht verwendbar. Bei derartig langen Meßperiodendauern mit einer Umdrehung

der Zeitscheibe innerhalb von 168 Stunden soll die Rückstellzeit nämlich maximal nur zwei Minuten betragen. Die Zeitscheibe würde sich in diesem Fall so schleichend bewegen, daß ein erheblicher Fehler in die Rückstellzeit und damit in die Genauigkeit des Maximum-Werkes eingeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zeitgetriebe der vorbekannten Art so zu verändern und zu verbessern, daß bei kostengünstiger und fertigungstechnisch einfacher Herstellung der Schaltnocken auf der während einer Meßperiode umlaufenden Zeitscheibe innerhalb der Rückstellzeit einen größeren Schaltwinkel durchläuft, und damit die Fehlerabweichung zu verkleinern und die Einstellung zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zeitgetriebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildung und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß für die Zeitscheibe innerhalb einer Meßperiode weiterhin eine Umdrehung beibehalten werden kann. Der Schaltwinkel des Schahnockens beträgt jedoch aufgrund der Zähnezahl des auf der Abtriebswelle befindlichen Zahnrades bei eleicher

prozentualer Rückstellzeit ein Mehrfaches einer gleichmäßig sich drehenden Zeitscheibe. Die Summe der Fertigungstoleranzen, mit denen die auf eine Schaltklinke einwirkenden Klanken des Schaltnocke und alle weiteren den Rückstellzeit-Schaltwinkel beeinflussenden Bauteile behaftet sind, bleibt bei dem großen Schaltwinkel weit unterhalb der zulässigen Zeittoleranz von ±20% vom Nennwert der Rückstellzeit Besondere Arbeitsgänge zum Einstellen und Justieren des Zeitgetriebes können dadurch vollständig entfallen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den kompakten Aufbau des Zeitgetriebes, wodurch die Montage erheblich vereinfacht wird. So sind einerseits alle Räder auf der Antriebsseite und andererseits das getriebene Zahnrad, das Nockenrad und die den Schaltnocken tragende Zeitscheibe in koaxialen Ebenen jeweils zu einstückig herstellbaren Bauteilen zusammengefaßt. Das formschlüssig in die gekrümmten Stirnflächen des Nockenrades eingreifende damit korrespondierende Rad verhindert dabei immer dann ein selbsttätiges Verdrehen der Zeitscheibe, wenn sich der Zahn des treibenden Rades bei seiner Umlaufbewegung nicht mit den Zähnen des getriebenen Zahnrades im Eingriff befindet Aufgrund der gleichen Größe der Betriebswälzkreise vom treibenden einzahnigen und getriebenen mehrzahnigen Rad und der Radienverzahnung ergibt sich für den Schaltnocken ein nahezu linearer Bewegungsablauf, insbesondere in dem für die Rücksteilzeit benötigten Teilbereich des Antriebsschrittes. Auch für andere Rückstellzeiten im Verhältnis zur Meßperiodendauer lassen sich durch eine geänderte Zähnezahl des getriebenen Zahnrades Schaltwinkel und Antrie bswinkel so optimieren, daß für den Schaltwinkel nahezu die gesamte Drehung eines Antriebsschrittes ausgenutzt werden kann.

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Teilansicht des Zeitgetriebes, während in

F i g. 2 in einem Diagramm die gegenseitige Abhängigkeit von Schrittwinkel, Rückstellzeit und Schaltwinkel dargestellt ist.

Das in F i g. 1 gezeigte Stufengetriebe ist wesentlicher Teil eines Zeitgetriebes, bei dem die Umdrehungen eines mit der Netzfrequenz umlaufenden nicht dargestellten Synchronmotors auf bekannte Art über eine Stirnraduntersetzung auf deren letztes Rad 1 mit normaler Verzahnung übertragen werden. Konzentrisch zu diesem Rad sind auf gleicher Welle 7 einstückig nebeneinander ein Rad 2 mit einem Zahn 2a und ein weiteres zylindrisches Rad 3 angeformt, das bei gleichem Zylinderdurchmesser auf seiner Mantelfläche eine nutförmige Aussparung 3a im Bereich des Zahne; 2a aufweist. Dieser greift bei jeder gemeinsamen Umdrehung der Räder 1 bis 3 in ein Zahnrad 4, das hier mit acht Zähnen 4a versehen ist. An diesem Zahnrad :sind konzentrisch in nebeneinander liegenden Ebenen ein mit Mitnehmernocken 5a versehenes Nockenrad 5 und eine einen Schaltnocken 6a tragende Zeitscheibe 6 auf gemeinsamer Welle 8 einstückig angeordnet. Das Nockenrad 5 hat im Bereich zwischen den Mitnehmernocken 5a, deren Anzahl der Zähnezahl des getriebenen Zahnrades 4 entspricht, jeweils gekrümmte Stirnflächen 5b, die der Krümmung der Mantelfläche des hiermit korrespondierenden Rades 3 formschlüssig bei geringem Spiel angepaßt sind. Die Mitnehmernocken 5v sind dabei gegenüber den Zähnen Aa derjrt versetzt angeordnet, daß beim Eingriff des Zahnes 2<i in eine Zahnlücke des getriebenen Zahnrades 4 jeweils ein Mitnehmernocken 5a in die Aussparung 3a auf dem Umfang des Rades 3 frei eingreifen kann. Während des Antriebsschrittes durch den Zahn 2a ist somit jeweils eine ungehinderte Mitnahme des mehrzahnigen Rades 4 möglich. Bei der weiteren Drehbewegung des Rades 2, bei der sich der Zahn 2a außerhalb der Zahnbereiche des Zahnrades 4 befindet greift dann das Rad 3 mit seiner Mantelfläche nahezu spielfrei jeweils in eine der entsprechend angepaßten

ίο zwischen den Mitnehmernocken 5a befindlichen gekrümmten Stirnflächen 5i> und arretiert das Nockenrad sowie das damit auf gleicher Welle befindliche Zahnrad 4 und die Zeitscheibe 6. Die Räder der Antriebswelle 7 bzw. der Abtriebswelle 8 sind jeweils auf Stehbolzen gelagert und werden in Richtung der eingezeichneten Pfeile angetrieben. Der Schaltnocken 6a arbeitet auf einer Schaltklinke 9, die ihrerseits schwenkbar gelagert ist. Lediglich schematisch angedeutet ist, wie diese auf eine Kupplungseinrichtung 10 des im übrigen nicht dargestellten Maximumwerkes einwirkt.

Die Funktion und der zeitliche Ablauf des Getriebes ist folgendermaßen: Bei einer angenommenen Meßperiodendauer von 15 Minuten = 900 Sekunden und der üblichen l°/oigen Rückstellzeit am Ende der Meßperiode beträgt die Aus-Zeit 9 Sekunden. Während dieser Aus-Zeit legt der Schaltnocken 6a einen entsprechend der Zähnezahl des getriebenen Zahnrades 4 vervielfachten Schaltwinkel <X] zurück, obwohl die Zeitscheibe 6 während der Meßperiode nur eine Umdrehung ausführt. An die Stelle einer schleichenden Bewegung tritt jetzt die schrittweise Bewegung der Zeitscheibe. Im Ausführungsbeispiel mit acht Zähnen werden die Umdrehungen des Synchronmotors auf acht Umdrehungen des treibenden einzahnigen Rades 2 während einer Meßperiode untersetzt. Bei jedem Umlauf des Zahnes 2a wird das getriebene Zahnrad 4 um einen Schrittwinkel λ von 45° weitergedreht, so daß nach acht Umläufen des treibenden Rades 2 das getriebene Rad 4 und damit auch die Zeitscheibe 6 einmal umgelaufen sind. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Betriebswälzkreise des einzahnigen Rades 2 und des getriebenen Zahnrades 4 gleich, so daß auch die Winkelgeschwindigkeiten beider Räder gleich sind. Dadurch wird eine nahezu lineare Bewegung des getriebenen Rades während des Antriebsschnittes erreicht.

Die Abhängigkeit zwischen der Rückstellzeit u und dem Schrittwinkel α ist in Fig.2 gezeigt. Aus diesem Diagramm ist auch ei sichtlich, daß der Schaltnocken 6a lediglich während eines Teilschrittes von etwa 28,8° Drehwinkel die Schaltklinke betätigt. Dieser mit Schaltwinkel <x\ bezeichnete Wert errechnet sich aus dem Achtfachen des bei schleichender Bewegung der Zeitscheibe zurückgelegten Drehwinkels. Demnach ist bei 1 % Rückstellzeit und 8 Zähnen der Schaltwinkel

360°
100

x 8 = 28,8°.

Dieser theoretische Wert verkleinert sich bei einem praktischen Ausführungsbeispiel aufgrund verschiedener Verzahnungserfordernisse um einen geringen Betrag. Aus dem Diagramm ist weiterhin ersichtlich, daß die Zuordnung des Schaltnockens zum Angriffspunkt υ js Zahnes 2;) am getriebenen Zahnrad 4 und die Berühb^r) rung mit der Schaltklinke so ausgebildet sind, daß beim Eingriff des Zahnes die Aus-Zeit r.\ beginnt. Da diese Aus-Zeit üblicherweise eine Toleranz von ± 20% haben darf, ist auch der große Toleranzbereich für den Schalt-

winkel ersichtlich, mit dem sich alle Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Einzelteile ohne Justageaufwand abdecken lassen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

IO

15

20

25

30

35

40

45

50

60

65

I 55 - ;|

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitgetriebe für einen Elektrizitätsschalter mit Maximumwerk, bei dem von einem Synchronmotor über eine Stirnraduntersetzung eine auf der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes befestigte, mit einem Schaltnocken versehene Zeitscheibe angetrieben ist, durch die nach Ablauf einer vorbestimmten Meßperiodendauer innerhalb einer festgelegten Aus-Zeit die Rückstellung einer zum Maximumwerk gehörenden Meßperiodenanzeige für eine erneute Messung eingeleitet wird, gekennzeichnet durch ein Stufengetriebe mit einem auf einer Antriebswelle (7) befestigten Rad (2) mit einem Zahn (2a), der bei jeder Radumdrehung mit einem Zahn (4a) eines mehrzahnigen Zahnrades (4) auf der Antriebswelle (8) in Eingriff kommt, und mit einem auf der Antriebswelle (7) befestigten weiteren Rad (3), das an seiner Stirnfläche eine nutförmige Aussparung (3a) aufweist, in die bei jeder Umdrehung ein Mitnehmernocken (5a) eines auf der Abtriebsweile (8) befestigten Nockenrades (5) eingreift, welches eine der Zähnezahl des auf der gleichen Welle (8) befestigten Zahnrades (4) entsprechende Anzahl von Mitnehmernocken (5a) aufweist, von denen jeweils einer bei Beginn eines jeden Drehschrittes des mehrzahnigen, auf der Abtriebswelle (8) befestigten Zahnrades (4) in Eingriff kommt und über einen konstanten Schrittwinkel mitgenommen wird.

2. Zeitgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (5b) des Nockenrades (5) im Bereich zwischen den Mitnehmernocken (5a) derart gekrümmt gestaltet sind, daß sie jeweils in einer Lage nach dem Ausklinken eines ihrer Mitnehmernocken (5a) aus der nutförmigen Aussparung (3a; dem Verlauf der Krümmung der gegenüberliegenden Stirnfläche des korrespondierenden Rades (3) mit geringem Spiel folgen und auf diese Weise eine zwischenzeitliche Arretierung des Nockenrades (5) bewirken.

3. Zeitgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Betriebswälzkreise des treibenden einzahnigen Rades (2) und des getriebenen Zahnrades (4) gleich sind.

4. Zeitgetriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnform des Stufengetriebes derart festgelegt ist, daß die Winkelgeschwindigkeit des getriebenen Zahnrades (4) während des Antriebsschrittes annähernd gleichförmig ist.

5. Zeitgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnform sowohl des einen Zahnes (2a) am Rad (2) als auch der Zähne (4a,J des Zahnrades (4) jeweils eine Radienverzahnung ist.

6. Zeitgetriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das getriebene, auf der Abtriebswelle (8) befestigte Zahnrad (4) acht Zähne (4a^ hat.

7. Zeitgetriebe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitscheibe (6) auf der Abtriebswelle (8) befestigt ist.

8. Zeitgetriebe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrzahnige Zahnrad (4), das Nockenrad (5) und die Zeitscheibe (6) zusammen mit der Abtriebswelle (8) als einstückiges Bauteil ausgebildet sind.

9. Zeitgetriebe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltwinkel (λι) des Schaltnockens (6a) etwa zwei Drittel des Antriebsschrittwinkels (λ) des getriebenen Zahnrades (4) beträgt