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Elektromechanischer Schrittzähler Die Erfindung befasst sich mit einem elektromechanischen Zähler, wie er in der Digitaltechnik für Zähl- und Rechenaufgaben Verwendung findet. Diese Zähler, die für visuelle oder 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 Magnetsystem als Kraftquelle, dem Ganghebel als Koppelglied für die Kraftübertragung und -richtungsumwandlung und der Zahlenrolle als Anzeigeelement oder Informationsspeicher.
Während die Magnetsysteme der bekanntgewordenen Zähler in der Regel den wohlbekannten Klappankerrelais nachgebildet sind, werden die Ganghebel dieser Geräte hauptsächlich als eine dem Grahamgang ähnliche Doppelklaue oder als voneinander unabhängige Sperrklinken ausgebildet, so dass sie in entsprechend korrespondierende Nasen oder Zähne der Zahlenrolle- eingreifen können.
Da von diesen Bauelementen eine absolute Zählgenauigkeit gefordert wird, insbesondere bei der Zusammenschaltung einzelner Dekaden zu mehrstelligen Gruppenzählern, sind an die Zähler sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Betriebssicherheit zu stellen.
Die Kraftübertragung: Klappanker - Ganghebel - Rolle, und zwar die verlustarme Umwandlung der elektromagnetischen in mechanische Energie, bereitet bei diesen Zählern indessen grosse Schwierigkeiten; in der Regel wird ein Kompromiss zwischen kleinster mechanischer Reibung und weitgehend ungestörtem magnetischen Fluss geschlossen. Während die bekannte Schneidlage- rung den Vorteil geringen magnetischen Widerstandes, aber den Nachteil einer grossen Empfindlichkeit gegen- über 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 - da sehr aufwendig - verhältnismässig teuer.
Diese bekannten Klappankerrelais werden vornehmlich für Gleichstrombetrieb gebaut, wobei, wegen der dabei auftretenden hohen Abschaltspannungen, besondere Schutzmassnahmen für die vorgeschalteten Stromkreise unerlässlich sind. Es sind auch Wechselstromrelais dieser Ausführung bekannt geworden, die indessen speziell ausgebildet sind und relativ hohe Schaltleistungen erfordern.
Da die Zählgenauigkeit dieser Zähler im wesentlichen von der Passungsgenauigkeit der Bauteile abhängt, ist bei dem Schneidlagerprinzip die exakte Kopplung des Gang- hebes mit der Ankerklappe von grosser Bedeutung. Wie sich immer wieder gezeigt hat, führt der Verschleiss der bewegten Teile nach mehr oder minder langer Betriebszeit zur Fehlanzeige und zum Ausfall des Zählers.
Es ist ferner aus dem Hauptpatent Nr. 413 443 ein Zähler bekannt geworden, der den Nachteil der Schneidlagerung bzw. den der Achslagerung bei grossem Restluftspalt vermeidet. Gemäss Patentanspruch ist der elektromechanische Schrittzähler mit Magnetsystem und Zahlenrolle so ausgeführt, 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.
In der Ruhestellung dieses Zählers wird sein mittig gelagertes Joch mittels einer Zugfeder um einen bestimmten Winkel aus der Mittelachse des Magnetkerns gelenkt. Bei ausreichender Erregung der Feldwicklung mit Gleich- oder Wechselstrom dreht das magnetische Feld des Magnetsystems, bestehend aus ortsfestem Kern und drehbarem Joch, die beiden Teile ungefähr achsen- parallel. Die Kraftübertragung vom Relais zur Zahlenrolle erfolgt, bei dieser Drehbewegung des Joches unmittelbar - oder mittelbar mittels eines Zwischenzahnrades - tangential angreifend, ähnlich wie bei einer Zahnradübersetzung. Nachteilig bei den Zählern dieser Bauart ist jedoch, dass für die Fixierung der Zahlenrolle eine besondere Rasteinrichtung benötigt wird.
Die Erfindung geht von dem Zähler mit Drehanker aus und verbessert seine dynamische Funktionsweise wesentlich durch vorteilhaftere Formgebung des Magnetsystems und Koppelgliedes sowie aufgrund besonderer
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elektrischer Schaltung in fortschrittlicher Weise. Ferner zeichnet sich die Erfindung durch material- und kostensparende Konstruktionsmerkmale sowie weiterhin durch ein grosses, vorzugsweise etwa dem Rollendurchmesser entsprechendes Schaltwerk aus, wodurch der Einfluss der Fertigungstoleranzen gegenüber den bekannten Ausführungen, die mit kleinem Hub und entsprechend kleinen Schaltwerken arbeiten müssen, wesentlich verringert wird.
Erfindungsgemäss ist der elektromechanische Schrittzähler mit einem als Drehanker ausgebildeten an dem Magnetsystem gelagerten Joch derart aufgebaut, dass der mit einer Erregerwicklung versehene, aus zwei gewinkelten Schenkeln bestehende festgelagerte Magnetkern mit dem als Gangwerk für die Zahlenrollenbetätigung ausgebildeten drehbaren Joch so zusammenwirkt, dass die am Joch befestigten Schaltklauen zwangsläufig nacheinander beim Ein- und Ausschalten des Erregerstromes in die Ausnehmungen der Zahlenrolle eingreifen und diese in Bewegung versetzen.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des Zählers ge- mäss der Erfindung sind aus den Abbildungen ersichtlich: Fig. 1 zeigt die schematische Aufsicht von Zahlenrolle, Magnetsystem und Gangwerk nebst Schaltklauen, Fig. 2 lässt den Aufbau der wesentlichen Bauteile des Zählers in perspektivischer Ansicht erkennen.
In der Prinzipzeichnung Fig. 1 sowie in der Perspek- tivdarstellung Fig. 2 ist die mit der Achse 1 drehbar gelagerte Zahlenrolle 2 zur Achse 3 des mit den Schaltklauen 4 und 5 versehenen drehbaren Magnetjochs 6 so angeordnet, dass die Klauen 4 und 5 leichtgängig in die zehn Ausnehmungen 7 der Zahlenrolle 2 eingreifen können. Das auch als Drehanker bezeichnete bewegliche Joch 6 wird in der Ruhestellung durch eine an der Klaue 5 befestigten Zugfeder 8 - die ihrerseits mit der Rollenachse 1 eine gemeinsame starre Verbindung besitzt - in eine begrenzte Endlage gezogen.
Die Endlage wird durch die gegenüber der Klaue 5 angeordneten, mit einem Schaltzahn der Zahlenrolle 2 korrespondierenden Klaue 4 bestimmt.
Die in Fig. 2 dargestellten, in Fig. 1 nicht sichtbaren abgewinkelten Pole 9 und 10 des als Gangwerk ausgebildeten Drehankers 6 nehmen in der Ruhestellung des Zählers eine solche Lage ein, dass sie um etwa eine Polbreite seitlich von den Polschuhen 11 und 12 des Magnetkerns 13 versetzt sind.
Bei Erregung der in Fig. 1 mit der Verbindungsleitung 14 in Reihe geschalteten Wicklungen 15 und 16 wird infolge der zwischen den Polschuhen 11 und 12 des Magnetkerns 13 und den Polwinkeln 9 und 10 der Drehankers 6 wirkenden elektromagnetischen Kraft das als Drehanker bezeichnete Joch 6 soweit gedreht, bis die Polwinkel 9 bzw. 10 den Polschuhen 11 bzw. 12 gegen- überstehen. Bei dieser Bewegung wird die Zahlenrolle 2 durch die Klaue 4 freigegeben und gleichzeitig mittels der Klaue 5 eine zwangsläufige Stellbewegung um eine halbe Teilung - also bei dem dargestellten 10-stelligen Zähler um rd. 36 /2 - ausgeführt.
Die für die Dauer der Erregung in einer der zehn Ausnehmungen 7 der Zahlenrolle 2 eingerasteten Klaue 5 gibt ihrerseits bei Entregung des Magnetsystems infolge der Rückstellkraft der Zugfeder 8 die Zahlenrolle wieder frei und ermöglicht aufgrund der wieder in den Schaltstern eingreifenden Klaue 4, den zweiten Halbschritt der Rolle auszuführen. Durch periodische Stromstösse kann die Zahlenrolle weitergeschaltet werden, wobei die Anzahl der Strom- stösse der Schrittzahl des Zählers entspricht.
Diese bekannte, auch bei den Schrittzählern mit Klappankersystem angewendete Erregungsart des Magnetsystems kann bei dem erfindungsgemässenZähler jedoch wesentlich verbessert werden. So kann, dank des zweipoligen Magnetsystems, der ohne besondere Mass- nahmen nicht nur für Gleich-, sondern auch für Wechselstrom verwendbare Schrittzähler für vorteilhafte Schaltungen auch mit zwei elektrisch getrennten Wicklungen ausgestattet werden.
Bezeichnet man die für die Betriebserregung benötigte Amperewindungszahl mit AW, so kann beispielsweise bei Anordnung von zwei getrennten Wicklungen mit den Windungszahlen WI und W2 eine konstante Grunderregung AWl vorgesehen werden, während eine durch eine Wechselspannung mit der Frequenz f erzeugte Wechselerregung halber Betriebsleistung AW2 den Zähler im Takt der Frequenz f betätigt. Bei dieser Anordnung, und sofern AWl = AW2 ist, addieren und subtrahieren sich die magnetischen Flüsse wechselweise, so dass der resultierende Fluss nur einseitig wirkt und zwischen einem Höchstwert und 0 schwankt.
Eine andere Funktionsweise kann mit der gleichen Anordnung dann getroffen werden, wenn das magnetische System durch permanenten Magnetismus polarisiert wird und das bisher beschriebene Gangwerk (Joch mit Schaltklauen) so geändert wird, dass die Polwinkel um eine Polbreite zusammenrücken. In diesem Fall steht jeweils ein Polwinkel vor einem Polschuh, während der andere Polwinkel um eine Polbreite gegenüber seinem zugehörigen Polschuh versetzt ist. Bei dieser zugfederlosen Anordnung, die durch entsprechende Erregung zwei stabile Endlagen des Gangwerkes ermöglicht, kann eine doppelte Schrittzahl mit dem gleichen Schaltstern erreicht werden, d.h. bei einem 10-strahligen Stern können 20 Schritte gezählt werden.
Mit einer derartigen Ausführung des Zählers, die nicht nur über 2 Wicklungen, sondern über ein polarisiertes Magnetsystem verfügt, können also auch Aufgaben der logischen Schaltungstechnik gelöst werden. Insbesondere für solche Schaltungen wird in der Regel die elektrische Auslesbarkeit des Zählers gefordert, die unabhängig von der Erfindung in den Abbildungen nicht dargestellt ist. Im einfachsten Falle bedient man sich bei solchen Einrichtungen einer gedruckten Schaltplatte, auf die der Rollenteilung entsprechende Segmente aufgedruckt sind. Ein z.
B. als Kontaktstück mit der Zahlenrolle fest verbundener Schleifer greift bei dieser Anordnung die Stellung der Zahlenrolle auf dem zugehörigen Kontaktsegment der Schaltplatte und einer festen Kontaktbahn oder einem festen Kontaktpunkt im Zentrum des Segmentes ab und ermöglicht somit die elektrische Ablesung der Zahlenstellung.