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Elektromechanischer Schrittzähler Die Erfindung betrifft ein.n elektromechanischen Zähler, wie er in der Digitaltechnik für Zähl-, Speicher- und Rechenaufgaben vielfach verwendet wird.
Diese relaisartigen Zähler, die für visuelle, in manchen Fällen auch für elektrische Ablesung der Stellung der zumeist dekadisch codierten Zahlenrolle eingerichtet sind, bestehen bei den bekannten Bauarten im wesentlichen aus drei Teilen, und zwar dem eigentlichen Relais (Magnetsystem) als Kraftquelle, dem Ganghebel als Koppelglied für die Kraftübertra- gung und -richtungsumwandlung sowie der Zahlenrolle als Anzeigeelement oder Informationsspeicher.
Während die Antriebe ider bekanntgewordenen Zähler in der Regel den bekannten Klappankerrelais nachgebildet sind, werden die Ganghebel dieser Zähler - mit entsprechend korrespondierenden Nasen oder Zähnen an der Zahlenrolle - hauptsächlich als eine dem Gra- hamgang ähnliche Doppelklaue oder als voneinander unabhängige Sperrklinken ausgebildet.
Da von diesen Bauelementen eine absolute Zählgenauigkeit gefordert werden muss, sind an die Zähler sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Betriebssicherheit zu stellen. Die Kraftübertragungsele- mente: Klappanker - Ganghebel - Rolle, sind bei den bekannten Zählern indessen schwierig justierbar und von geringem Wirkungsgrad. Wegen ihres mechanischen Anschlages werden die bewegten Teile bei der Impulsaufschaltung überdies stark beansprucht. Ferner bereitet die angestrebte verlustarme Umwandlung der elektrischen in mechanische Energie bei diesen Zählern grössere Schwierigkeiten; in der Regel wird ein Kompromiss zwischen kleinster mechanischer Reibung und günstigstem magnetischem Fluss geschlossen.
Während die bekannte Schneidlagerung den Vorteil geringen magnetischen Widerstandes, - aber den Nachteil einer grossen Empfindlichkeit gegenüber Abrieb und Passungsrost aufweist, ist es bei der mittels eines Stiftes vor dem Magnetjoch gelagerten Ankerklappe umgekehrt. Letztere Bauart, die, von der Ankerklappe zum Joch und zum Kern, zwei in Reihe geschaltete Luftspalte aufweist, kann zwar fertigungs- und montagetechnisch besser beherrscht werden, ist jedoch energetisch von schlechtem Wirkungsgrad und verhältnismässig teuer.
Diese bekannten Klappankerrelais werden vornehmlich für Gleichstrombetrieb gebaut. Es sind auch Wechselstromrelais bekanntgeworden, die indessen hohe Schaltleistungen erfordern.
Da die Zählgenauigkeit dieser Zähler von der Pas- sungsgenauigkeit der Bauteile abhängt, ist nicht nur die sehr exakte Lagerung und Fixierung von Ganghebel und Rolle, sondern, z. B. bei der Schneidlage- rung, auch die starre Kopplung des Ganghebels mit der Ankerklappe von grosser Bedeutung. Wie sich gezeigt hat, führen die genannten Mängel nach mehr oder minder langer Betriebszeit infolge Abnutzung der bewegten Teile zur Fehlanzeige und damit zum Ausfall des Zählers.
Schliesslich ist hervorzuheben, dass bei den bekannten Zählern die Kraftübertragung von dem Ganghebel zu der Zahlenrolle in recht unvorteilhafter Weise erfolgt. Während der grösste Teil der an der Rolle angreifenden Kraft radial und somit nutzlos wirkt, wird die Zahlenrolle lediglich infolge der wesentlich kleineren tangential wirkenden Kraftkomponente in drehende Bewegung gesetzt. Indessen ist eine verlustarme Kraftübertragung in dem Fall sehr wichtig, wenn für die elektrische Auslesung der Zahlenstellung ein Kontaktschleifer der Zahlenrolle über eine besondere Kontaktbahn gleitet.
Die geforderte absolute Zählgenauigkeit des Zählers bei ausreichend langer Betriebszeit ist wegen der aufgezeigten Mängel bei den bekannten Bauarten schwer erreichbar.
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Demgegenüber werden bei dem Zähler gemäss der Erfindung die zur Kraftübertragung benötigten Teile nicht nur verringert, sondern darüber hinaus wirkungsvoller und verschleissärmer gestaltet. Gegenüber der nachteiligen Bewegungsumsetzung bei den bekannten Klappankerrelais geht die Erfindung von einer dem Drehankerprinzip ähnlichen Kraftübertragung mit magnetischem Anschlag aus.
Hierbei ist der elektromechanische Schrittzähler mit Magnetsystem und Zahlenrolle derart aufgebaut, dass das als Anker ausgebildete federgefesselte Joch des Magnetsystems derart drehbar an dem festen Magnetkern gelagert ist, dass es bei Erregung des Feldes eine drehende Bewegung ausführt, vermöge derer ein Koppelglied eine Informationsanzeige um einen Zählschritt weiterschaltet.
Es werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen elektromagnetischen Zähler mit mittiggelagertem Drehanker, Fig. 2 einen elektromechanischen Zähler mit am Ende gelagertem Schwenkanker.
Bei der in Fig. 1 gezeigten prinzipiellen Ausführung des Zählers mit mutig gelagertem Anker (Joch) ist der die Erregerwicklungen 10 und 11 tragende Magnetkern 12 fest auf einer Platine 13 mittels eines Bolzens 14 befestigt. Auf dem oberen Teil des Bolzens 14, dem Lagerzapfen, ist der Drehanker 15 (das Magnetjoch) radial frei beweglich gelagert und wird mittels einer Feder 16 aus der Mittelachse des Magnetkerns 12 gelenkt. Die am Ankerschenkel 15' befestigte Federklinke 17 liegt in der dargestellten Ruhestellung des Relais in einer Nut 18 des an der Rolle 19 fest angebrachten Klinkenrades 20.
Bei Erregung der in Reihe geschalteten Feldwicklungen 10 und 11 mittels Gleich- oder Wechselstrom zwingt die magnetische Kraft des Systems den Drehanker 15, die Rückstellkraft der Feder 16 überwindend, in die Mittelachse des ortsfesten Magnetkerns 12 und setzt demzufolge den Anker 15 in eine Drehbewegung um den Lagerbolzen 14.
Die am Ankerschenkel 15' befestigte federnde Klinke 17 nimmt bei der Drehbewegung des Schenkels das Klinkenrad 20, das fest mit der Zahlenrolle 19 verbunden ist, mit und dreht infolgedessen die auf der Platine 13 mittels der Achse 21 drehbar gelagerte Zahlenrolle 19 um nahezu einen Schritt. Die Vollendung des Zählschrittes sowie die genaue Fixierung der Zahlenrolle 19 zur Platine 13 bzw. zu dem nicht gezeigten Fenster des Zählers, übernimmt das aus der Feder 22, der Kugel 23 und dem Lochkranz 24 bestehende Rastwerk des Zählers. Nach dem Abschalten des Erregerstromes wird der Drehanker 15 infolge der Zugkraft der Feder 16 in die Ausgangs-(Ruhe-)stellung zurückgezogen.
Die fe- derne Klinke 17 legt sich hierbei, nach dem federnden Überspringen des folgenden Zahnes des Klinkenrades 20, in die nachfolgende Klinkennut, währenddessen die Rolle 19 durch das Rastwerk 22/23/24 in der bereits vorher eingenommenen Lage festgehalten wird.
Der Zähler ist daraufhin für das nächste, durch einen neuen Impuls verursachte Arbeitsspiel vorbereitet.
Die Funktion des in Fig. 2 dargestellten Zählers mit am Ende gelagertem Schwenkanker ist ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Ausführung. Der am Ende des die Erregerwicklung 30 tragenden Magnetkerns 31 drehbar gelagerte Schwenkanker 32 wird mittels der Feder 33 aus der Mittellage des Magnetsystems gelenkt. Bei entsprechender Speisung der Feldwicklung 30 zwingt die magnetische Kraft den Anker 32 (das Joch) in die Mittelachse des Magnetkerns 31 und treibt, vermöge der am Schenkel 32' angebrachten Federklinke 34, die Zahlenrolle um nahezu einen Zählschritt vorwärts. Dank des Rastwerkes 35/36/37 wird die Zahlenrolle 38 vollends in die neue Zahlenstellung gezogen und bis zu dem den nächsten Schritt bewirkenden elektrischen Impuls in dieser Lage arretiert.
Der Anker 32 schwingt bei der Entregung der Feldwicklung 30 in die dargestellte Ruhelage zurück und legt seine federnde Klinke 34 in die folgende Nut des Klinkenrades 39.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Informationsanzeige als dekadisch codierte Zahlenrolle dargestellt. Es ist naheliegend, den gleichen Antrieb auch dort vorteilhaft zu verwenden, wo die Zahlenrolle so gross wird, dass sie praktisch zu einer beschrifteten Zahnstange wird.
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Electromechanical pedometer The invention relates to an electromechanical counter as it is widely used in digital technology for counting, storage and computing tasks.
These relay-like counters, which are set up for visual, in some cases also for electrical reading of the position of the mostly decadically coded number reel, consist essentially of three parts in the known types, namely the actual relay (magnet system) as the power source, the gear lever as Coupling element for power transmission and direction conversion as well as the number roller as a display element or information memory.
While the drives of the well-known counters are usually modeled on the well-known hinged armature relays, the gear levers of these counters - with corresponding noses or teeth on the number roller - are mainly designed as a double claw similar to the Gra- hamgang or as independent pawls.
Since absolute counting accuracy must be required of these components, very high demands are placed on the counters in terms of operational safety. The power transmission elements: folding armature - gear lever - roller, are difficult to adjust in the known meters and are of low efficiency. Because of their mechanical stop, the moving parts are also heavily stressed when the pulses are applied. Furthermore, the low-loss conversion of electrical energy into mechanical energy, which is aimed for, causes greater difficulties with these meters; As a rule, a compromise is made between the lowest mechanical friction and the most favorable magnetic flux.
While the known cutting edge bearing has the advantage of low magnetic resistance, but the disadvantage of great sensitivity to abrasion and fretting corrosion, the opposite is true for the anchor flap, which is mounted by means of a pin in front of the magnet yoke. The latter design, which, from the armature flap to the yoke and to the core, has two air gaps connected in series, can indeed be better mastered in terms of production and assembly, but is of poor energy efficiency and relatively expensive.
These known clapper armature relays are mainly built for direct current operation. AC relays have also become known which, however, require high switching capacities.
Since the counting accuracy of these counters depends on the accuracy of fit of the components, not only is the very precise mounting and fixing of the gear lever and roller, but also e.g. B. in the cutting bearing, the rigid coupling of the gear lever with the anchor flap is of great importance. As has been shown, after a more or less long operating time due to wear and tear of the moving parts, the above-mentioned defects lead to false readings and thus to failure of the meter.
Finally, it should be emphasized that in the known counters the power transmission from the gear lever to the number roller takes place in a very disadvantageous manner. While most of the force acting on the roller acts radially and thus uselessly, the number roller is only set in rotating motion as a result of the much smaller tangential force component. Meanwhile, a low-loss power transmission is very important in the case when a contact wiper of the number roller slides over a special contact path for the electrical reading of the number position.
The required absolute counting accuracy of the counter with a sufficiently long operating time is difficult to achieve because of the deficiencies shown in the known designs.
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In contrast, in the case of the meter according to the invention, the parts required for power transmission are not only reduced, but also made more effective and less subject to wear. Compared to the disadvantageous movement conversion in the known hinged armature relays, the invention is based on a force transmission similar to the rotating armature principle with a magnetic stop.
Here, the electromechanical step counter with magnet system and number roller is constructed in such a way that the spring-bound yoke of the magnet system, designed as an armature, is rotatably mounted on the fixed magnet core in such a way that it performs a rotating movement when the field is excited, by means of which a coupling element displays information about a counting step advances.
Two exemplary embodiments of the invention are shown, namely: FIG. 1 shows an electromagnetic counter with a centrally mounted rotating armature, FIG. 2 an electromechanical counter with a swivel armature mounted at the end.
In the basic embodiment of the meter shown in FIG. 1 with a courageously mounted armature (yoke), the magnetic core 12 carrying the excitation windings 10 and 11 is firmly attached to a circuit board 13 by means of a bolt 14. On the upper part of the bolt 14, the bearing journal, the rotary armature 15 (the magnet yoke) is mounted so that it can move freely in the radial direction and is steered out of the center axis of the magnet core 12 by means of a spring 16. The spring pawl 17 fastened to the armature leg 15 ′ lies in the illustrated rest position of the relay in a groove 18 of the ratchet wheel 20 which is fixedly attached to the roller 19.
When the series-connected field windings 10 and 11 are excited by means of direct or alternating current, the magnetic force of the system forces the rotating armature 15, overcoming the restoring force of the spring 16, into the central axis of the stationary magnetic core 12 and consequently sets the armature 15 in a rotary motion Bearing pin 14.
The resilient pawl 17 attached to the armature leg 15 'takes the ratchet wheel 20, which is firmly connected to the number roller 19, with the rotary movement of the leg and consequently rotates the number roller 19 rotatably mounted on the plate 13 by means of the axis 21 by almost one step. The completion of the counting step as well as the exact fixation of the number roller 19 to the board 13 or to the window of the counter (not shown) is carried out by the counter mechanism consisting of the spring 22, the ball 23 and the perforated ring 24. After the excitation current has been switched off, the rotating armature 15 is retracted into the starting (rest) position as a result of the tensile force of the spring 16.
The resilient pawl 17 lies in the following ratchet groove after the resilient jumping over of the following tooth of the ratchet wheel 20, while the roller 19 is held in the position already assumed by the latching mechanism 22/23/24.
The counter is then prepared for the next work cycle caused by a new pulse.
The function of the counter shown in FIG. 2 with a swivel armature mounted at the end is similar to the embodiment shown in FIG. The swivel armature 32, which is rotatably mounted at the end of the magnet core 31 carrying the excitation winding 30, is steered out of the central position of the magnet system by means of the spring 33. When the field winding 30 is appropriately fed, the magnetic force forces the armature 32 (the yoke) into the center axis of the magnetic core 31 and, by virtue of the spring pawl 34 attached to the leg 32 ', drives the number roller forwards by almost one counting step. Thanks to the locking mechanism 35/36/37, the number roller 38 is completely pulled into the new number position and locked in this position until the electrical impulse that causes the next step.
When the field winding 30 is de-energized, the armature 32 swings back into the rest position shown and places its resilient pawl 34 in the following groove in the ratchet wheel 39.
In the exemplary embodiments described, the information display was shown as a decade-coded number scroll. It is obvious to use the same drive where the number roller is so big that it practically becomes a labeled rack.