-
Vorrichtung zur mechanischen Ermittlung des Zeitintegrals der Differenz
zweier Geschwindigkeiten In der Technik kommt es oft vor, daß eine-variable Geschwindigkeit
auf mechanischem Wege mit einer konstanten Bezugsgeschwindigkeit verglichen und
das Vergleichsergebnis über die Zeit integriert werden muß. Ein solcher Vergleich
von zwei Geschwindigkelten erfolgt im all,gemleinen mittels eines Subtraltionsgetriebes,
z. B. eines Differentialgetriebes, dessen Eingänge einerseits von der konstanten
Bezugsgeschwindigkeit und andererseits von der variablen Geschwindigkeit angetrieben
werden. Der Ausgang des lDifferentilalgetriebes dreht sich dann gemäß der Differenz
der beiden Geschwindigkeiten, und seine Stellung, ausgehend von einer Nullstellung,
entspricht dem Zeitintegral dieser Differenz. Ein solcher Geschwindigkeitsvergleich
findet z. B. bei UberverW brauchszählern statt, bei denen der über eine be stimmte
Leistungsgrenze (Pauschalgrenze) hinas entnommene Energieverbrauch ermittelt wird.
Die variable Geschwindigkeit und die konstante Bezugsgeschwindigkeit entsprechen
in diesem Fall der ab genommenen Leistung bzw. der Leistungsgrenze. Bei Überverbrauchszählern
erfolgt der Geschwindigkeitsvergleich mittels eines Subtraktionsgetriebes, dessen
einer Eingang von der Zählerachse und dessen anderer mittels eines Zeitlaufwerkes
mit einer konstanten der Leistungsgrenze entsprechenden Gesc,hwindigkeit angetrieben
wird. Der Ausgang dieses Subtraktionsgetriebes nimmt jeweils eine dem Zeitintegral
der Geschwindigkeitsdifferenz und damit eine dem Überverbrauch entsprechende Winkelstellung
ein, welche über ein Ratschgetriebe auf ein Überverbrauchszählwerk übertragen wird.
Das Ratschgetriebe dient dazu, eine Rückstellung der Zahlenrollen des Zählwerkes
bei Unberverbrauch zu verhindern. Um eine bestimmte Leistungsgrenze einstellen zu
können, muß das Ülersetzungsverhältnis zwischen dem Zeitlaufwerk und dem betreffenden
Eingang des Subtraktionsgetriebes veränderbar sein. Bei einem bekannten Überverbrauchszähler
erfolgt diese Einstellung der Leistungsgrenze durch Auswechseln von Zahnrädern 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 vielen cnterschiedlichen Wechselrädern. Um diesen Nachteil zu beheben,
hat man bei einem anderen bekannten Überverbrauchszähler ein von einem Synchronmotor
angetribenes Stufengetriebe vorgesehen, das einen Satzräderkonus aufweist, dessen
Räder mit zwei Abgreifrädern zusammenarbeiten. Letztere sind derart bewegbar angeordnet,
daß sie von Hand mit einem bestimmten Zahnrad des Satzrädekonus gekuppelt werden
können. Durch Überlagerung der Drehungen beider Abgreifräder mittels eines Differentialgetriebes
kann die Abtriebsdrehzahl des letzteren und damit die Leistungsgrenze in eine große
Anzahl Stufen unterteilt werden. Die Einstellung der Abgreifräder bedingt aber bei
diesem Getriebe einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau, da jedes Abgreifrad,
wenn es mit einem anderen Rad des Satzräderkonus in Eingriff gebracht werden muß,
vom vorherigen Rad abgehoben, dann zu sich selbst parallel verschoben und schließlich
mit dem anderen Rad gekuppelt werden muß, Überdies nimmt dieses Getriebe 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 mecbanischen Ermittlung
des Zeitintegrals der mittels eines Subtraktionsgetriebes bestimmten Differenz zwischen
einer einem ersten Eingang des Subtraktionsgetriebes zugeführten variablen Geschwindigkeit
und einer einem zweiten Eingang des Subtraktionsgetriebes zugeführten einstellbaren
Bezugsgeschwindigkeit, bei der die obenerwähnten Nachteile dadurch beseitigt sind,
daß eine von einem Zeitlaufwerk angetriebene Einrichtung vorgesehen ist, welche
ihre Antrieb6-bewegung in eine dem zweiten Eingang des Subtraktionsgetriebes zugeführte
Abtriebsbewegung mit periodisch zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert sich
ändernde Geschwindigkeit umwandelt, deren einstellbarer Mittelwert der Bezugsgeschwindigkeit
entspricht.
-
In der Zeichnung ist ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch
dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines
Überverbrauchszählers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 ein in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendetes Getriebe.
-
In der Fig. 1 ist 1 die Zählerachse eines Überverbrauchszählers,
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 gekuppelt ist. Um den vom Konsumenten über eine
bestimmte Leistungsgrenze entnommenen Energieverbrnuch zu registrieren, ist ein
Differentialgetriebe 8 vorgesehen, das einerseits über das Übersetzungsgetriebe
9 von der Zählerachse 1 und andererseits über das Übersetzungsgetriebe 10 von einer
Getriebeanordnung 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 Überverbrauchszählwerk 16 gekuppelt.
-
Die Getriebeanordnung 11 enthält zwei gleiche Getriebe 17 und 18,
welche iiber die Zahnräder 19 bzw.
-
20 und 21 von einem Synchronmotor 22 mit konstanter Drehzahl angetrieben
werden. Die Getriebe 17 und 18 setzen die gleichförmige Antriebsbewegung des Synchronmotors
22 in eine periodisch aussetzende Abtriebsbewegung um, welche Abtriebsbewegungen
einander in einem Differentialgetriebe 23 additiv ts überlagert werden. Das Schaltverhältnis
der beitu den Getriebe 17 und 18, d. h. das Verhältnis von der Schaltzeit ts, während
welcher die Abtriebsachsen 24 und 25 innerhalb einer Umdrehung der Antriebsachsen
26 bzw. 27 fortbewegt werden, zu der Umlaufzeit tu dieser Antriebsachsen, ist beim
Ausführungsbeispiel in zehn Stufen 0/11, 1/11, 2/11, 3/11 bis 9/11 einstellbar.
Die Einstellung des Schaltverhältnisses der Getriebe 17 und 18 erfolgt mit Zeigern
28 und 29, welche gegenüber Skalen 30 und 31 von Hand ein gestellt werden können.
Ist das Getriebe 17 beispielsweise auf das Schaltlterhlältnis 1/11 eingestellt,
so dreht sich die Abtriebsachse 24 während ein Elftel der Umlaufzeit tu der Antriebsachse
26 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit 0' wie die letztere, während die Abtriebsachse
24 während der übrigbleibenden zehn Elftel der Umlaufzeit tu stillsteht. Die mittlere
Winkelgeschwindigkeit der Abtriebsachse 24, auf eine volle Umdrehung der Antriebsachse
26 bezogen, ist infolgedessen 1/11 w. Die Bewegung der Abtriebsachse 24 wird über
eine Zahnradübersetzung 32 und eine Achse 33 dem Sonnenrad 34 des Differentialgetriebes
23 im Verhältnis 1:2 übertragen, so daß die mittlere Winkelgeschwindigkeit dieses
Sonnenrades 1/22# beträgt. Dem zweiten 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
Winkelgeschwindigkeit 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 #m des Zahnrades 38, in dem das Planetenrad 39 drehbar
gelagert ist, gleich 1/22 + 5/11 # = 11/44 w 2 ist. Der Wert #m kann somit durch
Änderung des
Schaltverhältnisses des Getriebes 17 auf die zehn festen Werte 0, 1/44#,
2/44#, 3/44#, ..., 9/44# eingestellt werden, wenn das Getriebe 18 auf das Schaltverhältnis
0 eingestellt ist Umgekehrt ist beim Schaltverhältnis 0 des Getriebes 17 der Wert
C)m mittels des Getriebes 18 auf die festen Werte 0, 10/44#, 20/44#, 30/44#,. .,
90/44# einstellbar. Da nun mit beiden Getrieben neunundneunzig Einstellkombinationen
erzielt werden können., folgt, daß die mittlere Winkelgeschwindigkeit C0m des Zahnrades
38, welche der jeweils einzustellenden Leistungsgrenze entspricht, gernäß einer
arithmetischen Reihe mit einer Differenz von l/44w, von 0 bis 99/44w 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 achsel mit derjenigen
der Getriebeanordnung 11 verglichen.
-
Die abtriebsbewegung des Differentialgetriebes 8 wird über die Zahnräder
12, 13 und eine Achse 43 einer von letzterer mitgenommenen federnden Klinke 44 des
Ratschgetriebes 14 übertragen Bei Uberverbrauch nimmt die Klinke 44 ein Klinkenrad
45 mit, wodurch das Überverbrauchszählwerk 16 über eine Achse 46, die Zahnräder
15 und eine Achse 47 angetrieben wird. Bewegt sich die Achse 43 in umgekehrter Drehrichtung,
so sperrt eine am nicht dargestellten Gestell des Überverbrauchszählers fest angeordnete
Klinke 48 die Drehung eines Klinkenrades 49, das auf der Achse 46 sitzt.
-
Wünscht man die maximale mittlere Abtriebsgeschwindigkeit der Getriebeanordnung
11 zu ändern, so kann dies durch Änderung der Übersetzung 21 erfolgen Wird z. B.
in dieser Weise die Antriebsgeschwindigkeit der Getriebeanordnung 11 verringert,
so verringert sich auch ihr Einstellbereiche, d. h. der Unterschied zwischen der
maximalen und minimalen mittleren Winkelgeschwindigkeit des Planetenrades 38. Die
Abtriebsgeschwindigkeit der Getriebeanordnung 11 ist demzufolge in feineren Stufen
einstellbar, da die Anzahl einzustellender Schaltverhältnisse der Getriebe 17, 18
gleichbleibt. Weiter kann mittels eines zwischen den Differentiailgetrieben 8 und
23 zusätzlich anzuordnenden Summengetriebes der Abtriebsbewegung des Differentialausganges
38 eine oder mehrere periodisch 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 einzustellen wünscht.
-
Der Einstellbereich der Getriebeanordnung 11 wird hier - nicht geändert,
sondern lediglich verschoben, d. h., er kommt zwischen einer anderen minimalen und
niaximalen mittleren Winkelgeschwindigkeit des Rades 38 zu liegen. Es können auch
beide Maßnahmen, nämlich sowohl eine Änderung als auch eine Verschiebung des Einstellbereiches,
gleichzeitig zur Anwendung kommen.
-
An Hand der Fig. 2 ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform
der Getriebe 17 und 18 gemäß der Fig. 1 erläutert.
-
In dieser Figur ist 52 eine in einer Platine 53 angeordnete Achse,
auf der ein Antri'ebsrad 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 Umlaufgeschwindigkeit 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 Aussparung 60
der Klinke 57 stützt sich ein am Hebel 56 befestigter Stift 61 gegen die Klinke
57 ab. Der Kontakt 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 Sclialtrad 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 Ausklinkstift
69- befestigt, welcher nach jeder Umdrehung des Rades 54 gegen ein Einstellorgan
70 stößt. Dieses Einstellorgan ist auf der Achse 52 ebenfaflis lose gelagert und
mit einem nicht dargestellten Zeiger an der Vorderseite der Platine 53 von Hand
einstellbar.
-
Das dargestellte Getriebe arbeitet folgendermaßen: Bei jeder Umdrehung
des in der Pfeilrichtung drehenden Rades 54 stößt der Hebel 56 gegen einen an der
Platine 53 befestigten Stift 71 und wird dadurch im Uhrzeigersinn um den Zapfen
58 geschwenkt.
-
Unter dem Einfluß der Feder 62, welche die Klinke 57 mit dem Stift
61 des Hebels 56 in Berührung hält, schwenkt die Klinke 57 ebenfalls im Uhrzeigersinn
um ihren Zapfen 59, wodurch der Mituehmerstift 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 zurückgeschwenkt wird und
der Mitnehmerstift 67 das Schaltrad 68 freigibt. Die Form des Einstellorgans 70
ist derart, daß der Mitnehmerstift 67 mindestens während zwei Elftel einer Umdrehung
des Rades.54 außer Eingriff mit dem Schaltrad 68 gehalten wird. Für die in der Fig.
2 dargestellte Lage des Einstellorgans 70 wird das Sahaltrad 68 während neun Elftel
der Umlaufzeit des Rades 54 mitgenommen, worauf der Mitnehmerstift 67 vom Schaltrad
68 abgehoben wird und während zwei Elftel der Umlaufzeit des Rades 54 an den Zähnen
des Schaltrades 68 vorbeiläuft Während der Ruhezeit des Schaltrades 68 dreht der
Mitnehmerstift 67 somit an zwei Zähnen des Schaltrades 68 volrbei, bevor er wieder
zum Eingreifen in dessen Verzahnung gebracht wird. Durch Einstellen. des Einstellorgans
70 kann somit das Schaltverhältnis auf zehn bestimmte Werte, nämlich 0, 1/11, 2/11,
3/11 bis 9111 eingestellt werden. Wie bereits an Hand der Fig. 1 erwähnt wurde,
kann man mit zwei solchen Getrieben durch entsprechende Einstellung derselben neunundneunzig
verschiedene mittlere Winkelgeschwindigkeiten des Differentialausganges 38 und somit
auch die Leistungsgrenze in 99 Stufen einstellen.
-
Demzufolge kann die Leistungsgrenze in ganzen Prozenten der der Winkelgeschwindigkeit
100/44w des Differentialausganges 38 entsprechenden. Leistungsgrenze eingestellt
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 ei.nzustellenden Registriergrenzen entsprechende Zähnezahl aufweist.
-
Die Verwendung einer eine periodisch aussetzende Abtriebsbewegung
liefernden Getriebeanordnung ergibt verschiedene Vorteile. So beanspruchen die Ge-
triebe-17
und 18 gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Getrieben weniger Raum, und die
Einstellung der Leistungsgrenze ist bei ihnen bedeutend einfacher. Diese Einstellung
erfolgt nämlich lediglich durch eine einfache Einstellung der beiden Einstellorgane
70 gegenüber den ihnen zugeordneten Skalen.
-
Soll - z. B. die Leistungsgrenze auf 25% eingestellt werden, so wird
der Zeiger 29 des Getriebes 18 auf den Wert 2 und der Zeiger 28 des Getriebes 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 Schaltverhältnis nicht
in eine genau definierte Lage gedreht zu werden, da die Eingriffsmöglichkeit des
Mituehmerstiftes 67 zwischen zwei benachbarten Zähnen des Schaltrades 68 verhältnismäßig
groß ist. Ferner ergibt sich dadurch, daß die Zähnezahl des Schaltrades 68 eine
Primzahl ist, daß sämtliche Zähne für die Fortschaltung herangezogen werden, so
daß eine gleichmäßige Abnutzung derselben erfolgt. @ Überdies ergibt sich mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung der Vorteil, daß der Fehler im ermittelten Zeitintegral,
welcher durch das Spiel in dem die Geschwindigkeitsdifferenz 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 abwechsenden Vor- und Rücktrieb
des Ausganges 12 des Subtralft-icnsgetriebes 8 herbeiführt, das Spiel beim Übergang
von Unter- auf Überverbrauch und umgekehrt schneller durchlaufen, als dies bei einer
nicht periodisch veränderlichen Bezugsgeschwindigkeit der Fall wäre. Dank diesem
Umstand wird die Registrierung genauer, weil bei Lastschwankungen um die Leistungsgrenze
ein kleinerer Teil des Überverbruches unberücksichtigt bleibt, während bei den bekannten
Üb erverbrauchsz ählern dieses Resultat nicht erreicht wird. Um den obenerwähnten
Vorteil zu erzielen, muß die Zahnteilung des Klinkenrades 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.