-
Getriebe zur Feststellung des Verhältnisses zweier Geschwindigkeiten
oder zweier in Geschwindigkeiten umgewandelter Meßgrößen für Meß-, Tarif-, Schutz,
Reguliereinrichtungen o. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe zur Feststellung
des Verhältnisses zweier Geschwindigkeiten oder zweier in Geschwindigkeiten umgewandelter
Meßgrößen für Meß-, Tarif-, Schutz-, Reguliereinrichtungen o. dgl. Das Getriebe
enthält eine Kugel, die von zwei in einem bestimmten Zentriwinkel angeordneten,
die Kugel berührenden Reibrädern angetrieben wird. Die Kugel läuft dann mit einer
den Vektorsummen der beiden Reibradgeschwindigkeiten entsprechenden resultierenden
Geschwindigkeit um, deren Richtung sich mit dem Verhältnis der Reibradgeschwindigkeiten
ändert. Die Kugel wirkt auf einen an einem Schwenkarm angebrachten Schleppteil,
z. B. auf eine Schlepprolle die sich jeweils in die Richtung der resultierenden
Geschwindigkeit einstellt. Mit diesem Schlepparm ist eine Anzeige-, Kontaktvorrichtung
o. dgl. verbunden, die das Verhältnis der beiden Reibradgeschwindigkeiten anzeigt
bzw. einen Stromkreis schließt oder öffnet, wenn dieses Verhältnis einen bestimmten
Wert über-oder unterschreitet. Mit einer solchen Vorrichtung kann beispielsweise
der Leistungsfaktor einer elektrischen Anlage überwacht werden, wenn man das eine
Reibrad von einem Wirk-, das andere von einem Blindverbrauchszähler antreiben läßt,
oder es läßt sich nach diesem Prinzip beispielsweise ein Wattmeter mit verhältnismäßig
großer Trägheit konstruieren, wenn man das eine Reibrad von einem Wirkverbrauchszähler,
das andere von einem Zeitwerk antreiben läßt. Das Gerät kann überall dann zum Anzeigen
einer Meßgröße oder des Quotienten zweier Meßgrößen verwendet werden, wenn die Anzeige-
bzw. die Kontaktvorrichtung verhältnismäßig träg arbeiten soll.
-
Die Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines
derartigen Geräts. Sie hat den Zweck, den Ausschlagswinkel des Schlepparms zu vergrößern,
die Kugelgeschwindigkeit herabzusetzen und gegebenenfalls die Skalenteilung zu vergleichmäßigen
oder sonstwie in einem für die. Messung günstigen Sinne zu beeinflussen.
-
Während bisher bei derartigen Kugelreibgetrieben die Reibräder unmittelbar
von den Meßgeräten mit einer den Meßgrößen bzw. bei Zeitwerksantrieb mit einer zeitlich
unveränderlichen Geschwindigkeit angetrieben wurden, wird nach der Erfindung wenigstens
das eine Reibrad entsprechend einer Funktion von mindestens zwei Teilgeschwindigkeiten
angetrieben. Die Teilgeschwindigkeiten werden beispielsweise durch ein dem Reibrad
vorgeschaltetes Differentialgetriebe addiert oder
subtrahiert; so
daß also auf das Reibrad die Summe oder die Differenz zweier Geschwindigkeiten einwirken.
Um einen zu starken Anstieg der Reibradgeschwindigkeit zu verhüten, kann man von
der Reibradgeschwindigkeit mittels eines zwischengeschalteten Differentialgetriebes
und eines Überholungsgetriebes, das von einem mit der Differenz zweier Geschwindigkeiten
umlaufenden Teil angetrieben wird, eine gewisse Geschwindigkeit subtrahieren, wie
es an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden soll.
-
Fig. i der Zeichnung stellt eine bekannte Getriebeausführungsform
dar. In Fig. 2 sind die Geschwindigkeiten der beiden Reibräder und der Kugel als
Ordinaten in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit _x eines Meßgeräts aufgetragen.
-
Die Kugel i (Fig. i) ist auf den Rollen 2, 3, 4 gelagert, und zwar
so, daß sich das Gewicht der Kugel wenigstens annähernd gleich auf die drei Rollen
verteilt. In der Fig. i ist der Übersichtlichkeit halber das Getriebe in einer anderen
Lage dargestellt.
-
Die Rolle 2 werde mit der Geschwindigkeit v, die Rolle 3 mit
der Geschwindigkeit w angetrieben. Die beiden Geschwindigkeiten setzen sich in der
Kugel i zu einer resultierenden Umlaufgeschwindigkeit r zusammen. In die Richtung
dieser Geschwindigkeit stellt sich der um die Achse 5 gelagerte Schwenkarm 6 nach
bekannten Gesetzen infolge der Schleppwirkung ein. Der Schwenkarm ist mit einem
Zeiger 7 versehen, der auf der Skala 8 läuft. Die Rolle 2 werde beispielsweise von
einem Wirkverbrauchszähler angetrieben, dessen Geschwindigkeit x als Abszisse in
Fig. 2 aufgetragen ist. Die Geschwindigkeit v ist x proportional und
stellt sich in Fig. 2 -als eine durch den Nullpunkt o gehende Gerade dar. Das Rad
3 werde mit der zeitlich unveränderlichen Geschwindigkeit w von einer Uhr angetrieben.
Im Diagramm der Fig. 2 erscheint die Geschwindigkeit als eine zur Abszissenachse
parallele Gerade. Die Umlaufgeschwindigkeit r der Kugel ergibt sich als geometrische
Summe der Geschwindigkeiten v und w. Da sowohl das das Rad 3 antreibende
Zeitwerk wie auch, wenigstens in der Regel, der Wirkverbrauchszähler stets nur im
selben Sinne umläuft, steht für den Zeiger 7 nur ein verhältnismäßig kleiner Ausschlag
zur Verfügung. Auch ergibt sich eine sehr ungleichmäßige Skalenteilung. Der Zeiger
7 steht beispielsweise auf der Marke 8o, wenn der Zähler stillsteht, und würde nur
dann bis zur Marke 81 gelangen können, wenn der Zähler mit unendlich großer Geschwindigkeit
umlaufen würde. Infolgedessen w * d der tatsächliche Zeigerausschlag immer
ir kleiner sein als der Abstand der Marken 8o, 81, und die Skalenteile werden sich
gegen die Marke 81 sehr stark zusammendrängen. In diesem Bereich kann" nicht mehr
mit genügender Genauigkeit abgelesen werden, auch steigt die Umlaufgeschwindigkeit
der Kugel sehr rasch an.
-
Fig. 3 zeigt eine Ausführung des Getriebes nach der Erfindung. Hier
wird wieder das Rad 3 über ein Zwischengelege 30 und über die Welle 3 i von
einem Zeitwerk mit unveränderlicher Geschwindigkeit w angetrieben; das Rad 2 wird
nicht,. wie in Fig. i, lediglich mit einer der Umlaufzahl x des Zählers proportionalen
Geschwindigkeit, sondern mit einer Funktion der Geschwindigkeiten x und
w
angetrieben. Zu diesem Zweck ist das Rad 2 mit der Kreuzwelle 2o eines Differentialgetriebes
verbunden, dessen eines Sonnenrad 21 von dem Zähler mit der Geschwindigkeit x in.
dem einen Sinne und dessen zweites Sonnenrad 22 von dem Zeitwerk über die Welle
31 mit einer Geschwindigkeit w im entgegengesetzten Sinne angetrieben wird. Das
Rad 2 läuft somit mit einer Geschwindigkeit von v - x - w.
-
Im Diagramm der Fig.4 sind die Geschwindigkeiten v, w und r eingetragen.
Die Geschwindigkeit v ergibt eine schräg ansteigende Gerade, die bei dem Wert x
gleich w durch Null hindurchgeht. Bei diesem Wert steht das Rad 2 vorübergehend
still. Ist x größer als w, so läuft das Rad 2 in demselben Sinne wie
in Fig. i, ist x kleiner als w, so läuft es im entgegengesetzten Sinne um. Im letzten
Fall liegt der Vektor der resultierenden Geschwindigkeit r (Fig. i) nicht wie bisher
in dem Ouadranten I, sondern in dem Quadranten IV. Bei kleinen Werten von x wechselt
somit der Zeiger 7 von dem Quadranten I nach dem Quadranten IV hinüber.
-
Die Ausführungsform der Fig. 3 bietet zunächst den Vorteil, daß die
Geschwindigkeit r (Fig.4) der Kugel wesentlich gleichmäßiger ist als bei der Ausführungsform
nach Fig. i und daß ferner der Ausschlag des Zeigers 7 fast verdoppelt wird.
-
In Fig. 5 gilt für den Antrieb des Rades 2 im wesentlichen das gleiche
wie in Fig.3. Das Rad 3 ist jedoch hier mit der Kreuzwelle 32 eines Differentialgetriebes
verbunden, dessen Sonnenrad 33 von dem Zeitwerk mittels der Welle 3 i und des Zwischengeleges
30 in dein einen Sinne angetrieben wird. Das andere Sonnenrad 34 ist über
das Zwischengelege 35, das Überholungsgetriebe 36 mit der Klinke 360 und
dem Steigrad 361 mit einem auf der Welle des Rades 2 sitzenden Stirnrad 37 gekuppelt.
Auf die Welle des Steigrades 361 wirkt die Bremsvorrichtung 362. Solange das Rad
2 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles 23 umläuft, gleitet die Klinke 36o
über
die Zähne des Steigrades 361 hinweg, da das Steigrad durch die, Bremsvorrichtung,362
festgehalten wird. Es steht infolgedessen auch das Sonnenrad 34 still,, und das
Rad 3 läuft mit einer zeitlich unveränderlichen Geschwindigkeit. Kehrt sich der
Drehsinn des Rades 2 um, so nimmt die Klinke 36o unter Überwindung der Kraft der
Bremse 362 das Steigrad. 361 mit, das Sonnenrad 34. wird im Sinne des eingezeichneten
Pfeils angetrieben, also in einer dem Antriebssinne des Sonnenrades 33 entgegengesetzten
Richtung. Dadurch wird die Drehgeschwindigkeit des Rades 3 herabgesetzt. Die Geschwindigkeiten
v, w und r sind in Fig. 6 wieder aufgetragen; v ergibt wieder eineGerade, die bei
dem Wert 1= gleich w- durch Null geht; w erscheint als gebrochene Linie mit
einem Knick bei x gleich w,
die bei den Übersetzungsverhältnissen nach
Fig. 5 bei dem Punkt x gleich 2 w durch Null geht. Hier ergibt sich
eine weitere Herabsetzung der Kugelgeschwindigkeit r, ferner eine weitere Vergrößerung
des Zeigerausschlags, da wegen des Vorzeichenwechsels von w der Zeiger auch in den
Quadranten II (Fig. i) gelangt.
-
Fig. 7 zeigt ein anderes Diagramm, das sich ergibt, ozvenn die Antriebe
vertauscht werden, wenn also auf die Welle 31 der Zähler, auf die Welle 24 das Zeitwerk
einwirkt.
-
In den Diagrammen sind der Einfachheit halber die Verhältnisse für
die Bewegungen für besonders einfache Getriebe dargestellt und für den Fall, daß
eine Antriebsgeschwindigkeit zeitlich unveränderlich ist. Durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses
ändern sich die Neigungen der in den Fig. q., 6, 7 dargestellten Geraden bzw. ihre
Durchgangspunkte durch die Abszissenachse; damit ändert sich auch der Ausschlag
des. Zeigers 7 und die Skalenteilung. Man hat es also in der Hand, durch Änderung
der Übersetzungsverhältnisse die Skalengröße und -teilung beliebig einzustellen.
-
In den Ausführungsbeispielen sind die Ge schwindigkeiten der Reibräder
nur Funktionen von zwei Teilgeschwindigkeiten, es können jedoch je nach Bedarf noch
weitere Geschwindigkeiten mit herangezogen werden; so könnte man z. B. die Reibradgeschwindigkeit,
die Schwenkgeschwindigkeit des Zeigerarms 7 oder die Umlaufgeschwindigkeit der Schlepprolle
q mit oder ohne Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes in positivem oder
negativem Sinne überlagern, um dadurch die Skalenteilung zu verändern. Die Bewegungsverhältnisse
sollen aber für diese Fälle der Kürze halber nicht erläutert werden, desgleichen
nicht für den Fall, daß für den Antrieb der Reibräder zwei oder mehr veränderliche
bzw. zwei veränderliche und eine unveränderliche Geschwindigkeit herangezogen werden.
Für diese Fälle können die Bewegungsverhältnisse nur durch Kurvenscharen bzw.. unter
Zuhilfenahme eines räumlichen Koordinatensystems dargestellt werden.