Vorrichtung zur mechanischen Ermittlung des Zeitintegrals der Differenz zweier Geschwindigkeiten In der Technik kommt es oft vor, dass eine va riable Geschwindigkeit auf mechanischem Wege mit einer konstanten Bezugsgeschwindigkeit verglichen und das Vergleichsergebnis über die, Zeit integriert werden muss. Ein solcher Vergleich von zwei Ge schwindigkeiten erfolgt im allgemeinen mittels eines Subtraktionsgetriebes, z.
B. eines Differentialgetrie- bes, dessen Eingänge einerseits -von der konstanten Bezugsgeschwindigkeit und anderseits von<I>der</I> va riablen Geschwindigkeit angetrieben werden. Der Aus gang des Differentialgetriebes dreht sich dann gemäss der Differenz der beiden Geschwindigkeiten, und seine Stellung, ausgehend von einer Nullstellung, ent spricht dem Zeitintegral dieser Differenz. Ein solcher Geschwindigkeitsvergleich findet z.
B. bei überver- brauchszählern statt, bei denen der über eine be stimmte Leistungsgrenze (Pauschalgrenze) hinaus entnommene Energieverbrauch ermittelt wird. Die variable Geschwindigkeit und die konstante Bezugs geschwindigkeit entsprechen in diesem Fahl der ab genommenen Leistung bzw. der Leistungsgrenze.
Bei Überverbrauchszählern erfolgt der Geschwindigkeits vergleich mittels eines Subtraktionsgetriebes, dessen einer Eingang von der Zählerachse und dessen an derer mittels eines Zeitlaufwerkes mit :einer kon stanten, der Leistungsgrenze entsprechenden Ge- schwindigkeit angetrieben wird. Der Ausgang -dieses Subtraktionsgetriebes nimmt jeweils eine dem Zeit integral der Geschwindigkeitsdifferenz und damit eine dem Überverbrauch entsprechende Winkelstellung ein, welsche über ein Ratschgetriebe auf ein überver- brauchszählwerk übertragen wird.
Das Ratschgetriebe dient dazu, eine Rückstellung der Zahlenrollen des Zählwerkes bei Unterverbrauch zu verhindern. Um eine bestimmte Leistungsgrenze einstellen zu können, muss das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zeit- Laufwerk und dem betreffenden Eingang des Subtrak tionsgetriebes veränderbar sein. Bei einem bekann ten Überverbrauchszähler erfolgt diese Einstellung der Leistungsgrenze durch Auswechseln von Zahn rädern in der Übertragung zwischen Zeitlaufwerk und Subtraktionsgetriebe.
Wenn aber die Leistungsgrenze über einen grossen Bereich fein einstellbar sein muss, bedingt diese Ausführung eine Lagerhaltung von vie len unterschiedlichen Wechselrädern. Um diesen Nachteil zu beheben, hat man bei einem andern be kannten überverbrauchszähler ein. von einem Syn chronmotor angetriebenes Stufengetriebe vorgesehen, das einen Satzräderkonus aufweist, dessen Räder mit zwei Abgreifrädem zusammenarbeiten. Letztere sind derart bewegbar angeordnet, dass sie von Hand mit einem bestimmten Zahnrad des Satzräderkonus ge kuppelt werden können.
Durch Überlagerung der Drehungen beider Abgreifräder mittels eines Diffe- rentialgetriebs kann die Abtriebsdrehzahl des letzte ren und damit die Leistungsgrenze in eine grosse An zahl Stufen unterteilt werden. Die Einstellung der Abgreifräd'er bedingt aber bei diesem Getriebe einen verhältnismässig komplizierten Aufbau, da jedes Ab greifrad,
wenn es mit einem anderen Rad des Satz räd-erkonus in Eingriff gebracht werden muss, vom vorherigen Rad abgehoben, dann zu sich selbst paral lel verschoben und schliesslich mit dem anderen Rad gekuppelt worden muss. überdies nimmt dieses Ge triebe relativ viel Raum ein und erschwert dadurch seinen Einbau in Geräten, bei denen nur noch wenig Raum zur Verfügung steht.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur me chanischen Ermittlung des Zeitintegrals der mittels eines Subtraktionsgetriebes bestimmten Differenz zwi schen einer einem ersten Eingang des Subtraktions getriebes zugeführten variablen Geschwindigkeit und einer einem zweiten Eingang des Subtraktionsgetrie bes zugeführten einstellbaren Bezugsgeschwindigkeit, bei der die oben erwähnten Nachteile dadurch besei tigt sind,
dass eine von einem Zeitlaufwerk angetrie bene Einrichtung vorgesehen ist, welche ihre An triebsbewegung in eine dem zweiten Eingang des Subtraktionsgetriebes zugeführte Abtriebsbewegung mit periodisch zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert sich ändernde Geschwindigkeit umwan delt, deren einstellbarer Mittelwert der Bezugsge schwindigkeit entspricht.
In der Zeichnung ,ist eine Beispiel des Erfindungs- gegenstandes schematisch dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines über- verbrauchszählers mit der erfindungsgemässen Vor richtung und Fig. 2 ein in der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendetes Getriebe.
In der Fig. 1 ist 1 die Zählerachse eines über verbrauchszäh!lers, welche die Triebscheibe 2 trägt. Die Drehung der Zählerachse 1 wird durch ein Schneckengetriebe 3 auf die Achse 4 übertragen, welche über die Zahnradübersetzung 5 mit der Achse 6 eines Gesamtverbrauchzählwerkes 7 gekup pelt ist. Um den vom Konsumenten über eine be stimmte Leistungsgrenze entnommenen Energiever brauch zu registrieren, ist ein Differentialgetriebe 8 vorgesehen, das einerseits über das Übersetzungsge triebe 9 von der Zählerachse 1 und andrerseits über das Übersetzungsgetriebe 10 von einer Getriebean ordnung 11 angetrieben wird.
Ein Zahnrad 12, das den Ausgang des Differentialgetriebes 8 bildet, ist über das Zahnrad 13, das Ratschgetriebe 14 und die Zahnradübersetzung 15 mit dem überverbrauchszähl- werk 16 gekuppelt.
Die Getriebeanordnung 11 enthält zwei gleiche Getriebe 17 und 18, welche über die Zahnräder 19 bzw. 20 und 21 von einem Synchronmotor 22 mit konstanter Drehzahl angetrieben werden. Die Getriebe 17 und 18 setzen die gleichförmige Antriebsbewe- gung des Synchronmotors 22 in eine periodisch aus setzende Abtriebsbewebaung um, welche Abtriebsbe wegungen einander in einem Differentialgetriebe 23 additiv überlagert werden.
Das Schaltverhältnis
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der beiden Getriebe 17 und 18, d. h. das Verhältnis von der Schaltzeit ts, während weicher die Abtriiebs- achsen 24 und 25 innerhalb einer Umdrehung der Antriebsachsen 26 bzw.
27 fortbewegt werden, zu der Umlaufzeit<I>tu</I> dieser Antriebsachsen, ist beim Ausführungsbeispiel in zehn Stufen 0,'11, l/11, 21111, 3/11 bis 9,'11 einstellbar. Die Einstellung des Schalt verhältnisses der Getriebe 17 und 18 erfolgt mit Zeigern 28 und 29, welche gegenüber Skalen 30 und 31 von Hand eingestellt werden können.
Ist das Ge triebe 17 beispielsweise auf das Schaltverhältnis 1/11 eingestellt, so dreht sich die Abtrebsachse 24 wäh rend l/1 1 der Umlaufzeit <I>tu</I> der Antriebsachse 26 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit w wie die letztere, während die Abtriebsachse 24 während den übrigbleibenden 10;11 der Umlaufzeit<I>tu</I> stillsteht. Die mittlere Winkelgeschwindigkeit der Abtriebs achse 24, auf eine volle Umdrehung der Antriebs achse 26 bezogen, ist infolgedessen 1 ., 11 (o.
Die Be wegung der Abtriebsachse 24 wird über eine Zahn radübersetzung 32 und eine Achse 33 dem Sonnen rad 34 des Differentialgetriebes 23 im Verhältnis 1 : 2 übertragen, so dass die mittlere Winkelgeschwin digkeit dieses Sonnenrades 1 22<B>et)</B> beträgt. Dem zwei ten Sonnenrad 35 des Differentialgetriebes 23 wird die Bewegung der Abtriebsachse 25 des Getriebes 18 über eine Zahnradübersetzung 36 und die Achse 37 im Verhältnis 5: 1 übertragen.
Wird angenommen, dass auch das Getriebe 18 auf ein Schaltverhältnis 1/11 eingestellt ist, dann beträgt die mittlere Winkel geschwindigkeit des Sonnenrades 35, 5/11 0,. In dem Differentialgetriebe 23 werden nun die Bewegungen der Sonnenräder 34 und 35 additiv überlagert, so dass die mittlere Winkelgeschwindigkeit co", des Zahnrades 38, in dem das Planetenrad 39 drehbar gelagert ist, gleich
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ist.
Der Wert o,)," kann somit durch Änderung des Schaltverhältnisses des Getriebes 17 auf die zehn festen Werte 0, 1/44 w, 2/44 o), 3j44 (o, . . . 9/44 (o eingestellt werden, wenn das Getriebe 18 auf das Schaltverhältnis 0 eingestellt ist. Umgekehrt ist beim Schaltverhältnis 0 des Getriebes 17 der Wert (o," mit tels des Getriebes 18 auf die festen Werte 0, 10 44 ou, 20,44 (t>, 3044 (o, . . . 90,744 c) einstellbar.
Da nun mit beiden Getrieben 99 Einstellkombinationen er zielt werden können, folgt, dass die mittlere Winkel geschwindigkeit co", des Zahnrades 38, welche der je weils einzustellenden Leistungsgrenze entspricht, ge mäss einer arithmetischen Reihe mit einer Differenz von 1/44 o), von 0 bis 99;44 c) einstellbar ist. Diese Winkelgeschwindigkeit wird über ein Zahnrad 40, eine Achse 41 und das Übersetzungsgetriebe 10 dem Sonnenrad 42 des Differentialgetriebes 8 übertragen. In letzterem werden die Bewegungen der Zähler achse 1 mit derjenigen der Getriebeanordnung 11 ver glichen.
Die Abtriebsbewegung des Differentialgetrie bes 8 wird über die Zahnräder 12, 13 und eine Achse 43 einer von letzterer mitgenommenen federnden. Klinke 44 des Ratschgetriebes 14 übertragen. Bei Überverbrauch nimmt die Klinke 44 ein Klinkenrad 45 mit, wodurch das Überverbrauchszählwe:rk 16 über eine Achse 46, die Zahnräder 15 und .eine Achse 47 angetrieben wird. Bewegt sich die Achse 43 in umge kehrter Drehrichtung, so sperrt eine am nicht darge stellten Gestell des überverbrauchszählers fest ange ordnete Klinke 48 die Drehung eines Klinkenrades 49, das auf der Achse 46 sitzt.
Wünscht man die maximale mittlere Abtriebs geschwindigkeit der Getriebeanordnung 11 zu ändern, so kann dies durch Änderung der Übersetzung 21 er folgen. Wird z. B. in dieser Weise die Antriebsge- schwindigkeit der Getriebeanordnung 11 verringert, so verringert sich auch ihr Einstellbereich, d. h. der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen mittleren Winkelgeschwindigkeit des Planetenrades 38. Die Abtriebsgeschwindlgkeit der Getriebeanord nung 11 ist demzufolge in feineren Stufen einstellbar, da die Anzahl einzustellender Schaltverhältnisse der Getriebe 17, 18 gleich bleibt.
Weiter kann mittels eines zwischen den Differentialgetrieben 8 und 23 zusätzlich anzuordnenden Summengetriebes der Ab- triebsbewegun:g des Differentialhusganges 38 eine oder mehrere periodliisch aussetzende Bewegungen mit einem festen oder veränderlichen Schaltverhältnis oder aber eine stetige Bewegung überlagert werden. Letzteres kommt beispielsweise dann in Frage, wenn man die Bezugsgeschwindigkeit nicht auf 0 herunter, sondern auf einen bestimmten Mindestwert einzu stellen wünscht.
Der Einstellbereich der Getriebean ordnung 11 wird hier nicht geändert, sondern ledig- lich verschoben, d.. h. er kommt zwischen einer an deren minimalen und maximalen mittleren Winkel geschwindigkeit des Rades 38 zu liegen. Es können auch beide Massnahmen, nämlich sowohl eine An- derung als auch eine Verschiebung des Einstellberei- ches gleichzeitig zur Anwendung kommen.
Anhand der Fig. 2 ist eine besonders zweckmä ssige Ausführungsform der Getriebe 17 und 18 ge mäss der Fig. 1 erläutert.
In dieser Figur ist 52 eine in einer Platine 53 an geordnete Achse, auf der ein Antriebsrad 54 drehbar gelagert ist. Das Rad 54 weist an der Unterseite eine Verzahnung 55 auf, über welche es von einem nicht dargestellten Zeitlaufwerk mit konstanter Umlaufge schwindigkeit angetrieben wird. Bei seiner Drehung nimmt das Rad 54 einen Hebel 56 und eine Klinke 57 mit, welche mittels Zapfen 58 und 59 auf dem Rad 54 schwenkbar angeordnet sind. In einer Ausspa rung 60 der Klinke 57 stützt sich ein am Hebel 56 befestigter Stift 61 gegen die Klinke 57 ab.
Der Kon takt zwischen Stift 61 und Klinke 57 wird durch eine auf die Achse 52 geschobene Feder 62 gesichert, deren Enden 63. 64 an einem Bolzen 65 des Hebels 56 bzw. einer Kante 66 der Klinke 57 anliegen. An der Klinke 57 befindet sich ein Mitnehmerstift 67, welcher, wie nachstehend erläutert wird, ein Schalt rad 68 periodisch mitnimmt, das, auf der Achse 52 lose gelagert ist. Die Zähnezahl des Schaltrades ist vorzugsweise eine Primzahl, und in diesem Fall weist es elf Zähne auf.
Des weiteren ist an der Unterseite der Klinke 57 ein gestrichelt dargestellter Ausklink stift 69 befestigt, welcher nach jeder Umdbehung des Rades 54 gegen ein Einstellorgan 70 stösst. Dieses Einstellorgan ist auf der Achse 52 ebenfalls lose ge lagert und mit einem nicht dargestellten Zeitger an der Vorderseite der Platine 53 von Hand einstellbar.
Das dargestellte Getriebe arbeitet folgendermassen: Bei jeder Umdrehung dies in der Pfeilrichtung dre henden Rades 54 stösst der Hebel 56 gegen einen an der Platine 53 befestigten Stift 71 und wird da durch im Uhrzeigersinn um den Zapfen 58 ge- schwenkt.
Unter Einfluss der Feder 62, welche die Klinke 57 mit dem Stift 61 des Hebels 56 in Be rührung hält, schwenkt die Klinke 57 ebenfalls im Uhrzeigersinn um ihren Zapfen 59, wodurch der Mitnehmerstift 67 in die Verzahnung des Schaltrades 68 einfällt. Letzteres wird deshalb durch das. Rad 54 mitgenommen. Nach einer bestimmten Drehung des Schaltrades 68 stösst der Ausklinkstift 69 gegen das Einstellorgan 70, wodurch die Klinke 57 zurückge schwenkt wird, und der Mitnehmerstift 67 das Schalt rad 68 freigibt.
Die Form des Einstellorganes 70 ist derart, dass der Mitnehmerstift 67 mindestens wäh rend 2/11 einer Umdrehung des Rades 54 ausser Ein griff mit dem Schaltrad 68 gehalten wird. Für die in der Fig.
2 dargestellte Lage des Einstellorganes 70 wird das Schaltrad 68 während 9/11 der Umlaufzeit des Rades 54 mitgenommen, worauf der Mitnehmer stift 6 7 vom Schaltrad 68 abgehoben wird und wäh rend 2/11 der Umlaufzeit des Rades 54 an den Zäh nen des Schaltrades 68 vorbeiläuft. Während der Ruhezeit des Schaltrades 68 dreht der Mitnehrrrer- stift 67 somit an zwei Zähnen des Schaltrades 68 vor bei, bevor er wieder zürn Eingreifen in dessen Ver zahnung gebracht wird;.
Durch Einstellen des Ein- stellorganes 70 kann somit das Schaltverhältnis auf zehn bestimmte Werte, nämlich 0, 1/11, 2/11, 3/11 bis 9j11 eingestellt werden. Wie bereits anhand der Fig. 1 erwähnt wurde, kann man mit zwei solchen Getrieben durch entsprechende Einstellung derselben 99 verschiedene mittlere Winkelgeschwindigkeiten des Differentialausganges 38 und somit auch die Lei stungsgrenze in 99 Stufen einstellen..
Demzufolge kann die Leistungsgrenze in ganzen Prozenten der der Winkelgeschwindigkeit 100/44 co des Differential ausganges 38 entsprechenden Leistungsgrenze einge stellt werden.
Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Getriebeanordnung 11 zwei Getriebe 17, 18 aufweist, ist dies für die Erfindung nicht wesentlich. Es kann ebenfalls nur ein einziges Getriebe vorgesehen sein, dessen Schaltrad 68 eine der Anzahl der einzustel- lenden Registriergrenzen entsprechende Zähnezahl aufweist.
Die Verwendung einer eine periodisch ausset zende Abtriebsbewegung liefernde Getriebeanordnung ergibt verschiedene Vorteile. So beanspruchen die Getriebe 17 und 18 gegenüber den eingangs erwähn ten bekannten Getrieben weniger Raum, und die Einstellung der Leistungsgrenze ist bei ihnen bedeu tend einfacher. Diese Einstellung -erfolgt nämlich lediglich durch eine einfache Einstellung der beiden Einstellorgane 70 <RTI
ID="0003.0098"> gegenüber den ihnen zugeordne- ten Skalen. Soll z. B. die Leistungsgrenze auf 25 % eingestellt werden, so wird der Zeiger 29 des Ge triebes 18 auf den Wert 2 und der Zeiger 28 des Ge triebes 17 auf den Wert 5 eingestellt (s. Fig. 1).
Diese Einstellung ist nicht kritisch, d. h. das Einstellorgan 70 (Fig. 2) braucht für ein bestimmtes Schaltverhält nis nicht in eine genau definierte Lage gedreht zu werden, da die Eingriffsmöglichkeit des Mitnehmer- Stiftes 67 zwischen zwei benachbarten Zähnen des Schaltrades 68 verhältnismässig gross ist.
Ferner er gibt sich dadurch, dass die Zähnezahl des Schaltrades 68 eine Primzahl ist, dass sämtliche Zähne für die Fortschaltung herangezogen worden, .so dass eine gleichmässige Abnutzung derselben erfolgt. Überdies ergibt sich mit der erfindungsgemässen Vorrichtung der Vorteil, dass der Fehler im ermittelten Zeitinte gral, welcher durch das Spiel in dem die Geschwindig keitsdifferenz ermittelnden Subtraktionsgetriebe und in den Übertragungen zu diesem entsteht, herabgesetzt wird.
Wie sich nämlich bei Versuchen herausgestellt hat, wird infolge der aussetzenden Abtriebsbewegung der Getriebeanordnung 11, welche Bewegung einen abwechselnden Vor- und Rücktrieb des Ausganges 12 des Subtraktionsgetriebes 8 herbeiführt, das Spiel beim Übergang von Unter- auf Überverbrauch und umgekehrt schneller durchlaufen, als dies bei einer nicht periodisch veränderlichen Bezugsgeschwindig keit der Fall wäre.
Dank diesem Umstand wird die Registrierung genauer, weil bei Lastschwankungen um die Leistungsgrenze ein kleinerer Teil des Ober verbrauches unberücksichtigt bleibt, während bei den bekannten Überverbrauchszählern dieses Resul tat nicht erreicht wird.
Um den oben erwähnten Vor- teil zu erzielen, muss die Zahnteilung des Klinken- rades 45 bzw. die Periode ts bei einer vorgegebenen Teilung dieses Klinkenrades so gewählt werden, dass die Klinke 44 während dieser Periode nicht von der betreffenden Zahnflanke abfällt.