-
Schaltuhr
-
Die Erfindung betrifft eine Schaltuhr, insbesondere für Standheizungen
in Kraftfahrzeugen, mit einer Antriebswelle für einen Uhrzeiger und einer Schalt-und
Steuereinheit zur Auslösung eines Schaltvorganges für die Dauer einer vorgegebenen
Schaltperiode.
-
Derartige Schaltuhren sind zur Steuerung von Kfz-Standheizungen im
Einsatz. Diese bekannten Schaltuhren sind jedoch schwierig zu bedienen, da die Einstellung
der Schaltzeit mittels der Bedienungsorgane für den Benutzer nur schwer verständlich
ist, ein großer Kraftaufwand zum Aufziehen der mechanischen Schaltuhr erforderlich
ist und folglich auch Bedienungsfehler nicht ausgeschlossen werden können.
-
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine derartige Schaltuhr
derart weiterzubilden, daß eine einfach, für Jeden Laien verständliche Einstellung
und Bedienung gewährleistet ist, wobei als zusätzli¢hes Merkmal nach einmaligem
Durchlaufen einer Gchaltperiode
eine weitere Schaltperiode nur durch
eine zusätzliche Betätigung durch die Bedienungsperson durchgeführt werden kann,
also eine Wiederholsperre vorgesehen sein soll.
-
Die neue Schaltuhr soll außerdem so kompakt aufgebaut sein, daß sie
in die Öffnungen von handelsüblichen Instrumentenhaltern für Kfz-Zusatzinstrumente
paßt.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Antriebswelle des Uhrzeigers
auf eine konzentrisch von ihr umschlossene, axial verschiebbare,den Uhrzeiger drehende
Steuerwelle wirkt, deren axiale Verschiebung über einen Kontakt den Schaltvorgang
auslöst und wieder beendet, daß diese axiale Verschiebung durch eine zeitlich einstellbare,
die Steuerwelle axial beaufschlagende Steuereinrichtung bewirkt wird, und daß eine
Rasteinrichtung die Steuerwelle nach Durchlaufen einer Schaltperiode von der Steuereinrichtung
entkoppelt.
-
Der ErfindungsCedanke besteht also im wesentlichen darin, den Schaltvorgang
durch axiale Verschiebung einer von der Antriebswelle angetriebenen Steuerwelle
durchzuführen.
-
Diese Konstruktion gestattet durch die Wahl verschiedener axialer
Verschiebungspositionen mehrere Schaltvorgänge entsprechend den jeweiligen Anforderungen,
die mit einem zentralen Betätigungsknopf durch Drücken, Ziehen oder Drehen einfach
gesteuert werden können. Diese mechanische Steuerung ist äußerst robust und auch
bei extrem tiefen Temperaturen bis zu -40° Celsius sicher funktionsfähig, was für
den Einsatz in Verbindung mit Kfz-Standheizungen von besonderer Bedeutung ist.
-
Die erfindungsgemässe Rasteinrichtung gewährleistet, daß die Steuerwelle
nach Durchlaufen einer Schaltperiode
in einer definierten axialen
Position gehalten wird, in der sie einen weiteren Schaltvorgang nicht mehr auslösen
kann.
-
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1: einen Längss¢hnitt durch die erfindungagemässe
Schaltuhr, Figur 2: eine Aufsicht auf die Schaltuhr, Figuren 3 bis 5 : einen Schnitt
durch den zentralen Bereich der Schaltuhr in verschiedenen Schaltstellungen I-III,
Figur 6 eine schematische Darstellung der Steuerkurve in den Figuren 3 bis 5.
-
Zunächst soll anhand der Figuren 1 und 2 der äußere AuSbau der Schaltuhr
kurz erläutert werden: In einem Gehäuse 35 mit Seitenwänden und Boden sind über
verschiedene Distanzstücke 36 Platinen 29 und 30 zur Aufnahme und Halterung der
Funktionsbauteile der Schaltuhr eingesetzt, zur oberen Abdeckung des Gehäuses 35
dient eine Deckplatte 31 mit aufgebrachter Zifferblattdarstellung.
-
tber dem Zifferblatt sitzt eine durchsichtige Scheibe 18, auf die
ein Schaltdauerzeiger 34 aufgebracht ist,
diese Scheibe 18 ist umfangsseitig
mit einer als Reibrad ausgebildeten Schulter 19 versehen, die ein Abdeckglas 32
trägt, wobei zwischen der Scheibe 18 und dem Abdeckglas 32 der Uhrzeiger 11 sich
befindet.
-
Zur Betätigung der Funktionen der Schaltuhr dient ein Betatigungsknopf
27, der zentral auf einer Steuerwelle 12 aufsitzt.
-
Die einzelnen Funktionen der erfindungsgemässen Schaltuhr werden nun
auch unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 6 im einzelnen näher erläutert.
-
Uhrfunktion: Die Funktion der Schaltuhr als Zeitanzeiger beruht auf
folgenden Bauteilen: auf einerleiterplatte 37 mit Steuer~ elektronik ist einAntriebsaggregat
25 gelagert, das einen Schwingquarz und einen von diesem Schwingquarz gesteuerten
Schrittschaltmotor beinhaltet. Dieser Schrittschaltmotor wirkt auf ein ( nur teilweise
dargestelltes ) Zahnradgetriebe 26, das sein Drehmoment schließlich auf ein konzentrisch
um eine Antriebswelle 10 gelegtes Zahnrad 24 überträgt. Die Antriebswelle ist mittels
nicht näher bezeichneter Schultern zwischen den beiden Platinen 29 und 30 drehbar
gelagert und somit axial nicht verschiebbar. An ihrem oberen Ende ist in die Antriebswelle
in Richtung ihrer Längsachse ein Langloch 23 eingebracht. Die Antriebswelle 10 umschließt
konzentrisch eine Steuerwelle 12, wobei zur obertragung des Drehmomentes diese Steuerwelle
12 in radialer Richtung einen Mitnehmerbolzen 22 aufweist, der in das Langloch 23
der Antriebswelle 10 eingreift. Zur Verringerung der Reibung bei der axialen Verschiebung
der Steuerwelle 12 ist es vorteilhaft, den Mitnehmerbolæen als Walze auszubilden,
die an einer Kante des Langloches 23 abrollen
kann. Durch das Langloch
23 und den Mitnehmerbolzen 22 wird folglich die Drehbewegung der Antriebswelle 10
auf die Steuerwelle 12 übertragen. Am oberen Ende der Steuerwelle 12 zwischen der
Scheibe 18 und dem Abdeckglas 32 ist der Uhrzeiger 11 angeordnet, der fest mit der
Steuerwelle 12 verbunden ist, sodaß sich schließlich der Uhrzeiger 11 durch die
Drehung der Steuerwelle 12 über die Deckplatte 31 mit dem Zifferblatt bewegt.
-
Am oberen Ende der Steuerwelle 12 sitzt der Betätigungsknopf 27, der
sich über eine Spiralfeder 33 auf dem Abdeckglas 32 abstützt, so daß der ihn tragende
verdünnte Schaft der Antriebswelle 12 in der Regel außer Eingriff mit dem oberen
Ende des dickeren Teils der Steuerwelle 12 steht. Zur Einstellung der Uhrzeit wird
deshalb der Betätigungsknopf 7 gegen die Wirkung der Spiralfeder 33 so weit nach
unten gedrückt, daß die beiden Teile der Steuerwelle 12 in Eingriff kommen und eine
Drehbewegung des Betätigungsknopfes 27 zu einer Drehung des Uhrzeigers 11 führt
wobei die Antriebswelle 10 über eine Rutschkupplung 38 gegenüber dem Zahnrad 24
verdreht wird.
-
Schaltfunktion: Zur Durchführung eines Schaltvorganges sind folgende
Bauteile vorgesehen: In einer mittigen Bohrung der Abdeckplatine 31 ist eine Hohlwelle
13 drehbar eingesetzt, die fest mit der Scheibe 18 und der als Rändelring ausgebildeten
Schulter 19 verbunden ist, so daß eine Drehung des Rändelrades eine Drehung der
Hohlwelle 13 um die Steuerwelle 12 bewirkt. Diese Drehung der Schulter 19 durch
die Bedienungsperson dient zur Vorwahl der Schaltperiode, was nach außen hin durch
den Schaltdauerzeiger 34 auf der Scheibe 18 kenntlich gemacht wird, der das
auf
der Abdeckplatine 31 befindliche Zifferblatt überstreicht. Beim in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel soll also die Einschaltung des Heizaggregates zwischen 5 und
6 Uhr morgens erfolgen.
-
Das Prinzip der Steuerung besteht nun darin, diesen Schaltvorgang
dadurch auszulösen, daß durch die Relativdrehung der Steuerwelle 12 gegen die Hohlwelle
13 eine axiale Verschiebung der Steuerwelle 12 hervorgerufen wird. Zu diesem Zweck
ist die Hohlwelle 13 an ihrer Unterseite als Steuerkurve 14 ausgebildet( vergl.
-
insbesondere Figur 6) an der ein fest mit der Steuerwelle 12 verbundenes
Abtastglied 15 geführt wird. Dazu ist eine Distanzscheibe 28 auf der Steuerwelle
12 aufgesetzt, und in dieser ist an einer ( in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten)
Achse das Abtastglied 15 in Form einer drehbaren Walze gelagert.
-
Der Mikroschalter 21 übt über seinen Schaltkontakt eine definierte
Kraft auf die Schaltwippe 20 und damit die Steuerwelle 12 aus, so daß sichergestellt
ist, daß das Abtastglied 15 immer von unten mit ausreichendem Druck gegen die Steuerkurve
der Hohlwelle 13 gedrückt wird.
-
Bei einer vollen Umdrehung der Steuerwelle 12 um 3600 Grad überfährt
also das Abtastglied einmal die Steuerkurve 14.
-
Infolge der Kraftbeaufschlagung der Steuerwelle 12 durch den Mikroschalter
21 folgt daher die Steuerwelle mit einer entsprechenden axialen Verschiebung dem
Verlauf der Steuerkurve 14. Diese axiale Verschiebung löst nun ihrerseits die gewünschten
Schaltprozesse aus. Es ist dabei natürlich zu berücksichtigen, daß die Länge des
Langloches 23 ausreichend bemessen sein muß, um bei jeder axialen Position der Steuerwelle
12 noch die Ubertragung des Antriebsdrehmomentes von der Antriebswelle 10 auf
den
Mitnehmerbolzen 22 der Steuerwelle 12 sicherzustellen.
-
Am unteren Ende der Steuerwelle 12 ist eine Umfangsnut 17 eingebracht,
dazu korrespondierend befindet sich am unteren Ende der Antriebswelle 10 eine Bügelfeder
16, die gegen die Steuerwelle 12 vorgespannt ist. Sobald nun die Steuerwelle 1?
eine bestimmte axiale Position durchfährt, drückt sich der rechte Schenkel der Bügelfeder
16 in die Umfangsnut 17 und verhindert eine Aufwärtsbewegung der Steuerwelle 12,
das heißt, die Blockierkraft der Bügelfeder 16 ist stärker gewählt als die vom Mikroschalter
21 kommende Hebeikraft auf das untere Ende der Steuerwelle 12.
-
Diese Blockierkraft der Bügelfeder 16 kann nur durch manuellen Zug
am Betätigungsknopf 27 überwunden werden, so daß dann die Bügelfeder wieder aus
der Umfangsnut 17 herausspringt und die Steuerwelle 12 freigibt.
-
Die verschiedenen Schaltpositionen sollen nun anhand der Figuren 3
bis 6 im einzelnen erläutert werden, wobei von den 4 grundsätzlich bedeutenden Schaltfunktionen
lediglich die in Figur 6 mit I bis III bezeichneten Funktionen in den Figuren 3
bis 5 hinsichtlich der axialen Position der Steuerwelle 12 näher dargestellt sind.
-
a) Bereitschaftsfunktion( Position 1, Figur 3): In dieser Position
ist die Schaltuhr "aktiviert", das heißt, das Abtastglied 15 rollt langsam auf der
Steuerkurve 14 ab, wenn sich die Steuerwelle in der Hohlwelle 13 dreht. Dabei befindet
sich die Steuerwelle 12 in einer axialen Position, die sich über die Schaltwippe
20 auf den Betätigungsschalter des Mlkroschalters 21 überträgt und der Aus-Stellung
des Mikroschalters 21 entspricht. Die Bügelfeder 16 gleitet
am
AußenumSang der Steuerwelle 12, sodaß die Steuerwelle 12 in der Position I jederzeit
axial verschiebbar ist.
-
Es ist eweckmäasig, in dieser Position I von der Schaltwippe 20 einen
weiteren Kontakt beaufschlagen zu lassen, der eine Diode anschaltet, die vom Schrittschaltmotor
mit Sekundenimpulsen versorgt wird und zweckmässigerweise in der Abdeckplatine 31
angeordnet ist, sodaß dem Benutzer mitgeteilt wird, daß die Schaltuhr in Bereitschaftsposition
sich befindet, das heißt, daß der Schaltvorgang zur mit dem Schaltdaueranzeiger
34 eingestellten Uhrzeit stattfinden wird. Diese Bereitschaftsstellung wird dann
durch andauerndes Blinken der Bereitschaftsdiode angezeigt.
-
b) Einschaltfunktion ( Position II, Figur 4): Verfolgt man den Weg
des Abtastgliedes 15 in der Figur 6 in Pfeilrichtung weiter, so erreicht das Abtastglied
die Vertiefung in der Steuerkurve 14 und wird infolge der Beaufschlagung durch den
Mikroschalter 21 in diese Vertiefung hineingedrückt, sodaß schließlich die xtremposition
II ( tiefste mögliche Lsge) erreicht wird, dies führt zu einer Aufwärtsverschiebung
der Steuerwelle 12 und über die Schaltwippe 20 folglich zu einer Freigabe und damit
Schließung des Mikroschalters 21, der zu steuernde Verbraucher wird dadurch eingeschaltet.
-
Die Bügelfeder 16 liegt nach wie vor am äußeren Umfang der Steuerwelle
12, sodaß die Steuerwelle weiterhin axial verschoben werden kann.
-
Verfolgt man den Weg des Abtastgliedes 15 in Figur 6 weiter, so erkennt
man, daß die Steuerwelle im Laufe der Schaltperiode S ( im Beispiel der Figur 2
ist das
eine Stunde) langsam wieder nach unten geschoben wird,
bis sie über die Schaltwippe 20 den Mikroschalter 21 wieder ausschaltet. Diese Position
entspricht in etwa der Position I in Figur 3, sodaß diese Schaltposition nicht gesondert
dargestellt ist.
-
c) Rastfunktion ( Position III, Figur 5)t Auf ihrem Weg über die Steuerkurve
14 erreicht das Abtastglied 15 die Spitze eines Nockens, der so gelegt ist, daß
die Steuerwelle 12 so weit nach unten verschoben wird, daß die Bügelfeder 16 gerade
in die Umfangsnut 17 der Steuerwelle 12 einrastet und diese in dieser axialen Position
festhält. Dies bewirkt, daß beim Weiterlaufen der Steuerwelle 12 und damit des Abtastgliedes
15 letzteres nicht mehr an die Steuerkurve 14 angedrückt werden kann, da die Hebelkraft
vom EJIikroschalter 21 nicht ausreicht, um die Kraft der vorgespannten Feder 16
in der Umfangsnut 17 zu überwinden und die Steuerwelle 12 wieder nach oben und damit
das Abtastglied 15 wieder an die Steuerkurve 14 zu drücken.
-
Das Abtastglied 15 bewegt sich daher beim Weiterdrehen der Steuerwelle
12 auf der in Figur 6 unterbrochen dargestellten Linie weiter. Zur Lösung dieser
Sperre ist es, wie oben schon beschrieben, erforderlich, daß die Kraft der Bügelfeder
16 durch manuelles Ziehen des Betätigungsknopfes 27 überwunden wird, um wieder die
Bereitschaftsstellung ( Position I) der Schaltuhr und damit den Schaltvorgang beim
nächsten Umlauf wieder zu ermöglichen.
-
Die praktische Bedienung der erfindungsgemässen Schaltuhr sieht daher
wie folgt aus:
In der Regel befindet sich die Schaltuhr in der
Position III, ist also gesperrt und kann keinen Schaltvorgang des angeschlossenen
Verbrauchers, also der Standheizung, auslösen. Wenn nun eine derartige Funktion
gewünscht wird, wird zunächst durch Drehung an der als Rändelrad ausgebildeten Schulter
19 der Schaltdauerzeiger 34 auf der Scheibe 18 über die beabsichtigte Schaltzeit
auf dem Zifferblatt gedreht. Gegebenenfalls wird durch leichtes Eindrücken des Betätigungsknopfes
27, wie oben beschrieben, noch die genaue Uhrzeit eingestellt, also der Uhrzeiger
11 über dem Zifferblatt verdreht.
-
Danach wird die Schaltuhr "aktiviert", das heißt, der Knopf 27 wird
nach oben gezogen, sodaß die Bügelfeder 16 aus der Umfangsnut 17 herausspringt und
die Position I ( Bereitschaftsposition, Figur 3) erreicht ist, bei der das Abtastglied
15 an der Steuerkurve 14 entlanggführt wird, bis durch die spezielle Formgebung
der Steuerkurve 14 der Schaltvorgang ausgelöst und wieder beendet wird.
-
Während dieser Bereitschaftsstellung blinkt, wie ebenfalls oben schon
beschrieben, eine Leuchtdiode und macht den Benutzer darauf aufmerksam, daß die
Schaltuhr ordnungsgemäss n programmiert" ist. Damit ist seitens des Bedienenden
alles getan, um die ordnungsgemässe Funktion, das heißt das Ein- und Ausschalten
der Standheizung zu gewährleisten. Sollte entgegen der ursprünglichen Absicht diese
Schaltfunktion nicht mehr gewünscht werden, so ist es ausreichend, den Betätigungsknopf
27 so tief einzudrücken, bis die Bügelfeder 16 wieder in die Umfangsnut 17 der Steuerwelle
12 einrastet und damit wieder die Blockierposition III zu erreichen, zur eingestellten
Zeit findet also dann kein Schaltvorgang statt.
-
Die erfindungsgemässe Schaltuhr vereinigt durch die oben beschriebenen
Konstruktionsprinzipien einerseits Robustheit infolge des mechanischen Aufbaues
mit hoher Präzision durch die Steuerung über einen Schwingquarz,
Die
erfindungsgemäse Ausgestaltung insbesondere der Steuerwelle 12 und der mit dieser
zusammenwirkenden Bauteile ermöglicht eine sinnvolle und nahezu narrensichere Bedienung.
Infolge der mechanischen Konstruktion und der Verwendung eines Mikroschalters können
Schaltleistungen bis 5 A erbracht werden, die Verwendung des Quarzantriebes gewährleistet
eine hohe GanSgenauigkeit, sodaß die erfindungsgemässe Schaltuhr hinsichtlich Bedienungsfreundlichkeit
und technischem Aufbau eine optimale Zuverlässigkeit sicherstellt.