Vorrichtung zum Registrieren des Zeitintegrals einer mit der Zeit veränderlichen Grösse. Bei technischen LTntersuchun#en ist es oft notwendig, solche Grössen graphisch mathematisch zu behandeln, die, als Funk tionen der Zeit betrachtet, unregelmässig \ariieren, Als Beispiel solcher Grössen seien erwähnt die durchfliessende ZVassermenge in einem Fluss', die Belastung einer Kraft anlage und dergleichen.
Die veränderliche Grösse wird gewöhnlich als Funktion der Zelt in der Form einer Kurve dargestellt, die der Natur der Grösse entsprechend Wasser mengenkurve, Belastungskurve und derglei- ehen genannt wird. In Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen wird als Beispiel eine Kurve _4 dargestellt, in welcher die veränderliche Grösse eine elektrische, in Kilowatt ausge drückte Leistung ist.
Wenn solche Kurven, die Zeitkurven genannt werden können, zur Berechnung zum Beispiel der Gesamtwasser menge, der Gesamtenergiemenge und derglei chen bearbeitet werden sollen, ist es in man chen Fällen zweckmässig, die Zeitkurve in eine Beständigkeitskurve umzuarbeiten, wo bei mit der Beständigkeit die in Stunden, Tagen usw. a.nsgedrückte Zeit gemeint. wird, während welcher die Grösse einen gewissen Wert erreicht oder überschritten hat. Die Be ständigkeit bezieht sich somit immer auf einen gewissen Wert der Grösse.
Für die Be lastungskurve in Fig. 1 ist die Beständigkeit für zum Beispiel 30 Kw gleich a-b. Wenn man für eine genügende Anzahl von Werten die Beständigkeit misst und diese als Abszisse den betreffenden Momentanwert der veränder lichen Grösse als Ordinate aufträgt, so erhält man eine Beständigkeitskurve. In Fig. 1 ist die der Belastungskurve entsprechende Be- ständigkeitskurve B durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Die Beständigkeitskurve er hält, wie ersichtlich, eine einfachere Form als die Zeitkurve und ist somit rechenmässig einfacher zu behandeln.
Bei der Darstellung von Beständigkeits- kurven, kann man auch von einer Zeitkurve ausgehen, die den Mittelwert der betreffen den Grösse während nacheinander folgender, gleicher Zeitzwischenräume angibt. Eine sol che Kurve ist in Fig. 2 dargestellt, welche Kurve dadurch entstanden ist, dass in der in Fig. 1 gezeigten Belastungskurve die Mittelwerte für Viertelstundenperioden ge messen und aufgetragen sind.
Die Beständig keit einer gewissen Leistung bei einem Dia gramm gemäss Fig. 2 erhält man dadurch, dass man diejenigen Zeitzwischenräume zählt, während welcher die Mittelbelastung min destens den betreffenden Leistungsbetrag er reicht hat. Für 30 Kw wird somit gemäss Fig. ? die Beständigkeit gleich fünf Zeit perioden.
Zur Messung des Mittelwertes der ver änderlichen Grösse wird zweckmässig ein integrierender Messer verwendet, der das Zeitintegral der Grösse misst. Als Beispiel sol cher Messer seien Wassermesser, Kilowatt stundenmesser, Amperestundenmesser, Gas messer, Windmesser erwähnt. Es ist schon bekannt, mit Hilfe solcher Messer den Mittel wert für jede Zeitperiode dadurch zu messen, dass man die Anzahl der elektrischen Im pulse zählt, die ein beweglicher Teil des Messers während einer Zeitperiode erzeugt. Diese Methode stützt sich darauf, dass der Mittelwert für jede Periode der Anzahl der in dieser Weise während dieser Periode be wirkten Impulse proportional ist.
Bei ge wissen auf diese Methode gestützten Appa raten wird der Wert des Zeitintegrals für ,jede Zeitperiode in Form von Strichen auf einem Papier registriert. Bei andern Appa raten dieser Art wird ein Zählwerk verwen det, das für jede Zeitperiode den Wert des Zeitintegrals auf einem Registrierblatt druckt. Kennzeichnend für alle diese be kannten Apparate ist, dass sie nur den Mittel wert für jede Periode angeben. Um die zum Aufzeichnen der Beständigkeitskurve erfor derlichen Werte zu erhalten, muss man so mit besondere Rechnungen ausführen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Vor richtung herzustellen, die unter anderem eine unmittelbare Ablesung derjenigen Werte ge stattet, die zum Aufzeichnen der Beständig keitskurve erforderlich sind, das heisst der Anzahl von Zeitperioden, während welcher gewisse Werte der betreffenden Grösse er- reicht bezw. überschritten worden sind.
Die Vorrichtung nach Erfindung besteht aus einer von einem integrierenden Messer an getriebenen Kupplungsvorrichtung, die un ter Kontrolle einer Uhr periodisch in gleich mässigen Zeitzwischenräumen in eine Aus gangslage zurückgeführt wird und einer An zahl von Zählwerken, die durch die genannte Kupplungsvorrichtung in verschiedenen ver- schiedenen Werten des Zeintintegrals der be treffenden Grösse entsprechenden Stellungen der Kupplungsvorrichtung betätigt werden.
Die Einstellung der Kupplungsvorrichtung wird vorzugsweise in an sich bekannter Weise durch Stromimpulse bewirkt, die durch einen beweglichen Teil des Messers erzeugt werden, w iihrend die Zählwerke von der genannten Kupplungsvorrichtung mechanisch oder elek trisch betätigt werden können. Die Kupp lungsvorrichtung kann aber auch mechanisch vom Messer angetrieben werden. Unter einem zeitintegrierenden Messer soll eine Vorrich tung verstanden sein, deren Geschwindigkeit dem Momentanwert der veränderlichen Grösse proportional ist.
Die Erfindung soll anhand der Fig. 3 bis 7 der beigefügten Zeichnungen, die drei verschiedene Ausführungsformen der Erfin dung darstellen, näher erläutert werden.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit rotierendem Kupplungsorgan und kreisför mig angeordneten Zählwerken; Fig. 4 zeigt eine Einzelheit des Mechanismus bei dieser Ausführungsform; Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform mit senkrecht übereinander angeordneten Zählwerken und einem gerad linig einstellbaren Kupplungsorgan; Fig. 6 ist eine Draufsicht desselben Apparates;
Fig. 7 zeigt eine Einzelheit der letzt genannten Ausführungsform; Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform mit elektrisch angetriebenen Zählwerken; Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung einer Abänderung des Apparates gemäss Fig. 5 und 6.
Der in Fig. 3 dargestellte Apparat be steht im wesentlichen aus einem Schritt- schaltrad 1, einem zum Antrieb dieses Rades dienenden elektromagnetischen Schrittschalt- werk und einer Anzahl auf einer festen Platte 2 kreisförmig angeordneter Zählwerke 3. Das Schrittschaltrad 1 ist um eine feste Welle 4 drehbar und wird von einer Schrau benfeder 5 beeinflusst, welche bestrebt ist, das Schaltrad 1 in die auf der Zeichnung dargestellte Ausgangslage zurückzudrehen, in welcher ein auf der Rückseite des Rades angeordneter Stift 6 gegen einen festen An schlag 7 anliegt.
Die Antriebsvorrichtung be steht aus einem Elektromagneten 8 und einem in die Verzahnung des Schrittschalt rades eingreifenden Antriebshaken 9, der durch einen mit dem Anker 10 des Elektro magnetes drehbar verbundenen Hebel 11 getragen wird, welcher Hebel um eine feste Welle schwenkbar ist. Während der Einstel lung wird das Schrittschalterrad in jeder neuen Stellung durch einen Sperrhaken 12 gesperrt. Die Haken 9 und 1\3 können durch einen von einem Rückstellmagneten 13 be tätigten Hebelarm 14 ausser Eingriff mit dein Schaltrad gebracht werden. Das Schalt rad trägt einen federbelasteten Kupplungs haken 15, der mit Zahnrädern 16 zusammen wirkt, die auf den Antriebswellen der ver schiedenen Zählwerke derart angeordnet.
sind, dass jede Welle um einen Schritt fort bewegt wird, wenn der Kupplungshaken 15 an da-, betreffende Zählwerk vorbeibewegt wird. Diese Einrichtung geht am deutlich sten aus Fig. 4 hervor. Das Zählwerk wird durch einen Sperrhaken 17 verhindert, sich nach rückwärts zu drehen, und wird ausser dem in jeder neuen Stellung durch einen federbelasteten Hebel 18 und ein mit diesem Hebel zusammenwirkendes, auf der Welle des Zählwerkes sitzendes Zahnrad 19 gesperrt.
Der Elektromagnet 8 wird durch Strom impulse betätigt, die von einem integrieren den Messer 20, zum Beispiel einem Kilowatt- stundenmesser, ausgesandt werden, der zu diesem Zweck mit einer auf der Zeichnung nicht dargestellten Kontaktvorrichtung ver sehen ist, welche durch einen umlaufenden Teil des Messers, und zwar zum Beispiel ein mal . für jede Umdrehung dieses Teils, be- tätigt wird.
Der Rückstellmagnet 13 ist in einem durch ein Uhrwerk 21 kontrollierten Stromkreis eingeschaltet, der mit gleichen Zeitzwischenräumen, und zwar zum Beispiel einmal in jeder Viertelstunde, geschlossen wird, wobei der Elektromagnet 13 jedesmal einen kurzen Stromimpuls erhält, wodurch das Schaltrad 1 in die Normalstellung zu rückgeführt wird.
Die Kupplungsvorrichtung ist als Impuls speicher ausgebildet, der Primärimpulse vom Messer empfängt und Sekundärimpulse, und zwar in diesem Falle mechanische Impulse, an die Zählwerke abgibt, wobei die Anzahl der Primärimpulse ein passend gewähltes Vielfaches der Anzahl der Sekundärimpulse ist, so dass der Elektromagnet 8 zum Bei spiel 10 Impulse empfängt, während das Schaltrad 1 sich zwischen zwei benachbarten Zählwerken bewegt. Die Zählwerke sind zweckmässig in untereinander gleichen Win kelabständen angeordnet, wobei das erste Zählwerk 3 zum Beispiel durch den 10. Pri märimpuls, das zweite Zählwerk durch den 20. Primärimpuls betätigt wird, usw.
Da die Anzahl der Primärimpulse, die pro Zeit einheit vom Messer 20 ausgesandt werden, dem Zeitintegral der betreffenden Grösse pro portional ist, so ist es klar, dass verschiedene Einstellungen des Schaltrades 1 verschiede nen Werten des Zeitintegrals entsprechen, und dass folglich den verschiedenen Zählwer hen gewisse bestimmte Werte des Zeit- integrals zugeordnet sind. Da aber alle Zeit zwischenräume dieselbe Länge haben, wer den den verschiedenen Zählwerken auch ver schiedene Mittelwerte der betreffenden Grösse während einer Periode zugeordnet sein.
Die verschiedenen Zählwerke werden folglich die Anzahl der Zeitperioden zählen, während welcher der jedem Zählwerk zugeordnete Wert erreicht oder überschritten worden ist.
Das das Zählwerk betätigende Kupplungs organ, das bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel aus dem Schaltrad 1 besteht, kann auch, wie erwähnt, vom Messer 20 oder einem in entsprechender Weise beweglichen Organ mechanisch angetrieben werden, .So- mit könnte das Schaltrad 1 in Fig. 3 zum Beispiel durch den drehbaren Vorschubarm eines integrierenden Messers mit Maximal zeiger ersetzt werden, welcher Arm während jeder Zeitperiode, zum Beispiel jeder Viertel stunde, die verschiedenen Zählwerke der Reihe nach betätigt und am Ende jeder Zeit periode in bekannter Weise in seine Aus gangsstellung zurückgeführt wird.
Die Zählwerke können gegebenenfalls sol cher Art sein, die durch Elektromagneten angetrieben werden, wobei das Kupplungs organ 1 als Kontaktarm ausgebildet werden kann, der in verschiedenen Stellungen die Stromkreise der verschiedenen Zählwerk- elektroma.gneten schliesst.
Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Aus führungsform wird das bewegliche Kupp lungsorgan gleichfalls durch Vermittlung eines Schrittschaltwerkes mittelst elektrischer Impulse von einem Messer angetrieben. Das lrupplungsorgan wird jedoch in diesem Falle in einer geradlinigen Bahn an den verschie denen, senkrecht übereinander angeordneten Zählwerken 3 vorbeibewegt. Das Kupplungs organ besteht aus einem Arm 22, der durch einen längs Führungen 23, 24 beweglichen Wagen 25 getragen wird, wobei der Arm durch eine senkrechte Welle 26 geführt wird, die mit einer längsgerichteten Nute 27 ver sehen ist, in welche eine in den Arm ein geschraubte Schraube 28 eingreift,
so dass der Arm sich im Verhältnis zur Welle 26 nicht drehen kann. Die Welle 26 ist im Ge stell, und zwar in zwei Platten 29, 30, ge lagert, von welchen die Platte 29 das Schritt schaltwerk trägt.
Der Wagen 25 wird durch ein endloses Seil, eine endlose Kette oder dergleichen ge tragen, die über eine obere und eine untere Seilscheibe 32 bezw. 33 geführt ist, von wel chen die obere auf einer Welle 34 gelagert und mit einem auf derselben Welle angebrachten Schaltrad 35 fest verbunden ist, das vom Elektromagneten 36 aus mittelst eines An triebhakens 37 im Sinne des Uhrzeigers an getrieben werden kann. Das Schaltrad wird in jeder eingestellten Lage durch einen Sperr- haken 38 festgehalten, der zusammen mit dem Haken 37, zwecks Zurückführung des Me chanismus in die normale Stellung, durch einen Haken 39 ausser Eingriff mit dem Schaltrad gebracht werden kann.
Der Haken 39 wird von einem besonderen Rückstell- magneten 40 betätigt, dessen Anker mit dem genannten Haken durch eine Lenkstange 41 verbunden ist. Wenn das Schrittschaltwerk ausgelöst wird, bewegt sich der Wagen 25 durch sein eigenes Gewicht in die Ausgangs stellung zurück, in welcher er gegen einen einstellbaren Hemmanschlag 42 ruht. Der Rückstellma.gnet 40 wird bei den oben be- sehriebenen Ausführungsformen über einen durch eine Uhr kontrollierten Stromkreis be tätigt.
Die Betätigung der Zählwerke. erfolgt durch Drehung der Welle 26, die zu diesem Zweck an ihrem obern Ende mit einem Arm 43 versehen ist, der durch eine Feder 44 normal gegen einen Stift 45 ruht. Dieser Arm 43 kann durch einen auf der Seilscheibe 32 drehbar angeordneten, federbelasteten Sa hen 46 betätigt werden, indem der Haken für jede Umdrehung der Seilscheibe den Arm 43 beeinflusst und dadurch die Welle 26 dreht, so dass das Kupplungsorgan 22 mit einem drehbaren Umstellungsarm 47 des jenigen Zählwerkes in Eingriff gebracht wird, vor welchem das Kupplungsorgan sieh in diesem Moment befindet, wodurch das Ziihlwerk einen Zählimpuls erhält.
Auch in diesem Falle härm das Schrittschaltwerk als Impulsspeicher ausgebildet werden, indem zum Beispiel zehn Impulse erforderlich sind, um eine volle Umdrehung der Seilscheibe 3\? zu bewirken, was einer Bewegung des Kupp lungsorganes 22 von einem Zählwerk zu dem nächstfolgenden entspricht.
Die in Fig.8 dargestellte :\-usführungsform ist auf die Verwendung elektromagnetisch an getriebener Zählwerke basiert, wobei jedes Zählwerk mit einem Elektromagneten 48 und einer von diesem betätigten Umschaltvorrich tung zur sukzessiven Umschaltung des Im pulsstromkreises von einem Zählwerk zu dem nächstfolgenden versehen ist. Das Umschalt- Organ besteht aus einem drehbaren Xontakt- arm 49 und zwei festen Kontakten 50 und 51.. Der Kontaktarm 49 ist durch eine Feder 52 beeinflusst, die normal den Kontaktarm 49 gegen den Kontakt, 51 drückt.
Der Kon taktarm ist ferner mit einem Haken 53 ver sehen, der mit dem Anker 54 des Zählwerk elektromagnetes 48 zusammenwirkt, welch letzterer in bekannter Weise die Zählwerk welle 55 mittelst eines Schrittschaltwerkes antreibt.
Der Impulsstromkreis, der eine Strom duelle 56 enthält, wird durch ein elektro magnetisches Schrittschaltwerk unterbrochen und geschlossen, dessen Elektromagnet 57 in oben beschriebener Weise Impulse von einem Messer empfängt. Das Schrittschalt- werk betätigt durch eine Kammscheibe 58 eine aus zwei Kontaktfedern 59, 60 beste hende Kontaktvorrichtung derart, dass der Kontakt 59, 60 einmal bei jeder Umdrehung der Kammscheibe geschlossen wird. Die Kammscheibe ist mit einem auf derselben Welle fest angebrachten Schaltrad 61 fest verbunden, das durch eine Schaltklinke 62 angetrieben und durch einen Sperrhaken 63 gesperrt wird.
Auf der Welle des Schalt rades ist ferner eine herzförmige Scheibe 64 angeordnet, gegen deren Umkreis ein feder belasteter Arm 65 anliegt, welcher bestrebt ist, das Schaltrad in die Ausgangsstellung zurückzuführen. Die Anordnung ist derart getroffen, dass der Arm 65 und die Herz scheibe 64 zusammen mit einer auf diese Scheibe einwirkenden Feder 66 bestrebt sind, der Bewegung des Scha.ltra.des während der neun ersten Schritte entgegenzuwirken. Beim zehnten Schritt üben jedoch sowohl der Arm 65, als die Feder 66 eine entgegengesetzte Wirkung aus, so dass das Schaltrad unter fortgesetzter Bewegung in derselben Rich tung auf einmal in die Normalstellung zu rückgeführt wird.
Während der letztgenann ten Bewegung wird der Kontakt 59, 60 be tätigt, so dass der Impulsstromkreis gesehlos- sen wird. Auf der Zeichnung ist der Appa rat in derjenigen Stellung dargestellt, in wel cher das erste Zählwerk durch den ersten Impuls betätigt worden ist und das Schritt schaltwerk bereit ist, den zweiten Impuls auszusenden. Als das erste Zählwerk beein flusst wurde, wurde der Kontaktarm 49 da durch umgestellt, dass der Anker 54 mit dem Haken 53 in Eingriff kam. Der zweite Im puls wird folglich das zweite Zählwerk be tätigen, welches dabei seinerseits in ähn licher Weise den Impulsstromkreis um schaltet und die Betätigung des dritten Zähl werkes vorbereitet.
Die Zurückführung des Apparates in die Ausgangsstellung wird durch einen Solenoid 67 bewirkt, dessen Anker mit einer feder belasteten Stange 68 verbunden ist, die eine Anzahl von nur in der einen Bewegungs richtung beweglichen Haken 69 trägt, wel che, wenn das Solenoid einen Stromimpuls bekommt, die verschiedenen Haken 53 und . 62 betätigen, derart, dass sowohl die Um schaltvorrichtungen der Zählwerke, als auch das Schrittschaltwerk in die Normalstellung zurückgeführt werden. Der Sperrhaken 63 wird dabei durch einen mit der Stange 68 verbundenen Hebel 74 unwirksam gemacht.
Der Stromkreis des Solenoids 67 wird, wie vorher, durch eine Uhr kontrolliert, so dass die Zurückführung periodisch mit unterein ander verschiedenen Zeitzwischenräumen stattfindet. Es leuchtet ein, dass die Stromimpulse, die in Fig. 8 durch das Schrittschaltwerk erzeugt werden, statt dessen unmittelbar vom integrierenden Messer ausgesandt werden können, wenn nur das impulserzeugende Or gan des Messers mit entsprechender tber- setzung getrieben wird, wobei das Schritt schaltwerk überflüssig wird und die Zähl werke unmittelbar durch die Primärimpulse beeinflusst werden,
deren Anzahl durch die Übersetzung entsprechend vermindert ist. Diese Vereinfachung wird jedoch nur auf Kosten der Genauigkeit der registrierten Werte erreicht. Bei einem Apparat mit Im pulsspeicher kann der Fehler einen Wert be tragen, der einem Primärimpuls entspricht, weil ja Zurückstellung zu beliebiger Zeit während des Zeitzwischenraumes zwischen zwei aufeinander folgenden Primärimpulsen stattfinden kann. Bei einem Apparat ohne Impulssammler wird der Fehler um so grö sser, je kleiner die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit ist.
Die Umschaltung des Impulsstromkreises an den Kontakten 49, 50, 51 könnte auch durch besondere Relais bewirkt werden, die in derselben )'Greise wie die Elektromagnete 48 arbeiten und ihrerseits Stromkreise für die entsprechenden Zählwerkelektromagnete schliessen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungs formen sind. die verschiedenen Zählwerke in der Weise angeordnet, dass sich während jeder Zeitperiode der Reihe nach betätigt- werden, was die Voraussetzung ist dafür, dass jedes Zählwerk diejenige Zeit angeben soll, wäh rend welcher der diesem Zählwerk zugeord nete Wert erreicht oder überschritten wor den ist.
Fig. 9 zeigt eine Abänderung der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsform, die sich von dieser dadurch unterscheidet, dass das Zählwerk erst am Ende jedes Zeit zwischenraumes beeinfluss't wird, und dass für jede Zeitperiode nur ein einziges Zählwerk betätigt wird, und zwar dasjenige, das dem während der Zeitperiode erreichten Maximal wert entspricht.
Um dies zu erreichen, ist die Welle 26 derart angeordnet, dass sie durch Einwirkung des Rückstellmagnetes 40 ge dreht werden kann, was in dem dargestell ten Beispiel dadurch bewirkt wird, dass der am obern Ende der Welle angebrachte Arm 43 mit dem Zurückführungshaken 39 durch einen am letzteren vorgesehenen Stift 71 in Eingriff steht.
Ferner ist die Anordnung derart abgeändert, dass die Umschaltarme 47 des Zählwerkes verlängert sind, so da.ss sie sich über einen dem Abstand zwischen zwei Zählwerken entsprechenden Abstand erstrek- ken. Wenn der Rückstellmagnet betätigt wird, wird folglich nur dasjenige Zählwerk betätigt werden, vor welchem das Kupplungs organ 22 sich jeweilig befindet. Um wäh- rend der Zurückführung des Kupplungsorga- nes in die Ausgangsstellung eine Beeinflus sung der übrigen Zählwerke zu verhindern, kann die Anordnung derart getroffen sein.
dass dieses Kupplungsorgan während der Zu rückführungsbewegung hinter den Umschalt armen 47 vorbeibewegt wird. Bei einer der artigen Anordnung geben die Zählwerke nicht unmittelbar die Beständigkeit eines ge wissen Wertes der betreffenden Grösse an, sondern die Zeit, während welcher die Grösse zwischen zwei bestimmten Grenzen variiert hat. Mit Hilfe dieser Werte kann jedoch die Beständigkeitskurve unschwer berechnet werden.
Die Anordnung bringt den Vorteil mit sich, dass die verschiedenen Zählwerke weniger oft betätigt werden und somit. we niger abgenutzt werden, sowie ferner, dass die Zeit, die verfliesst, ehe das Zählwerk die Grenze seiner Rechnungskapazität erreicht hat, länger wird, wodurch es möglich wird, die Ablesung mit längeren Zeitzwischen räumen aufzuführen, ohne dass Zweifel dar über zu entstehen braucht, ob die Maximal grenze der Zählwerke überschritten worden ist.
Bei allen oben beschriebenen Ausführangs- formen der Erfindung registrieren die Zähl werke tatsächlich die verschiedenen Werte des Zeitintegrals, die während jeder Zeit periode erreicht worden sind. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Fälle beschränkt, wo es sich in erster Linie darum handelt, die Anzahl der Zeitperioden zu zählen, wäh rend welcher gewisse Werte der betreffenden Grösse erreicht bezw. überschritten worden sind, sondern die Erfindung kann im all gemeinen in solchen Fällen verwertet werden, wo die gemäss der Erfindung registrierten Werte zu irgend einem praktischen Zweck in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden können.