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Federuhrwerk zur zeitrichtigen Ein-, Aus-und/oder Umschaltung elektrischer
Verbraucher-oder Steuerstromkreise, insbesondere zur Tarifumschaltung Die Erfindung
bezieht sich auf Uhrwerke mit Federantrieb, die zum zeitrichtigen Ein-, Aus- und/
oder Umschalten elektrischer Verbraucherstromkreisen oder von Steuerstromkreisen
dienen, die zu vorbestimmten Zeitpunkten irgendwelche Maschinen, Anlagen und Geräte
in oder außer Betrieb setzen. Von besonderer Bedeutung sind solche Uhrwerke für
die Tarifumschaltung, d. h. für die Umschaltung von Verbrauchern elektrischer
Energie vom höheren Tagestarif auf den niedrigeren Nachttarif und umgekehrt, da
es hierbei auf die genaue Einhaltung der Umschaltzeiten ankommt.
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Schaltuhren weisen üblicherweise eine einen Unruhereif tragende und
mit dem inneren Ende einer Unruhefeder verbundene Unrehewelle auf, die von der Uhrfeder
über ein Steigrad und einen mit diesem zusammenwirkenden Gabelanker in Schwingungen
vorbestimmter Frequenz versetzt werden. Bei derartigen Uhren ist es technisch gesehen
ohne weiteres möglich, eine präzise Einhaltung der Umschaltzeiten durch Erhöhung
der Ganggenauigkeit zu erreichen. Jedoch sind derart genau gehende Uhren relativ
teuer, und man hat sich deshalb bei Schaltuhren mit einer nur relativ guten Genauigkeit
begnügt und die notwendige zeitliche Schaltgenauigkeit durch sogenannte Zwangssynchronisierung
erzielt.
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Hierbei werden die Schwingungen der Unruhe mittels eines konzentrisch
zur Unruhewelle angeordneten, fest oder einstellbar mit dem Rücken verbundenen Vergleichswerkes
zwangssynchronisiert, das mit einer vorgegebenen konstanten Frequenz angetrieben
wird.
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Bei Schaltuhren zur Tarifumschaltung von an ein elektrisches Versorgungsnetz
angeschlossenen Strornverbrauchern bietet sich die Netzfrequenz als Festwert für
die Schwingungszahl des Vergleichswerkes an, da infolge der Vermaschung der elektrischen
Netze eine Innehaltung der Netzfrequenz von 50 Hz selbstverständlich und
gesichert ist. Deshalb dient bei Schaltuhren zur Tarifumschaltung zum Antrieb des
Vergleichswerkes ein Synchronmotor, der in der Regel auch zum Aufziehen der Uhrfeder
mitverwendet wird. Sowohl hierbei als auch bei andersartiger Steuerung des Vergleichswerkes
kann durch irgendwelche Umstände, z. B. durch kurz- oder langzeitigen Ausfall der
Netzspannung, die Steuerung des Vergleichswerkes ausfallen, so daß dann die Schaltuhr
nur noch unter dem Einfluß des Federantriebes und der Unruhe steht.
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Wenn man auch bei Schaltuhren auf eine, die Herstellungskosten übermäßig
erhöhende Ganggenauigkeit verzichtet hat, so muß die Ganggenauigkeit doch so groß
sein, daß bei Wiedereinsetzen der Steuerung des Vergleichswerkes, z. B. bei Wiedereinschalten
des Netzes, die etwaige Differenz zwischen der Iststellung der Unruhe und ihrer
Sollstellung so gering wie irgend möglich ist.
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Die Verwirklichung dieses Wunsches ist bisher wegen folgender Schwierigkeit
nicht gelungen.
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Weist der Unruhereif ein geringes Trägheitsmoment auf, so ist sein
Bereich der Frequenztreue klein, jedoch tritt bei der nach dem Abschalten auftretenden
Synchronisierung kein schädliches Prellen der Unruhe auf. Vergrößert man nun das
Trägheitsmoment des Unruhereifes, dann vergrößert man damit auch seine Frequenztreue,
jedoch ist nunmehr ein Prellen der Unruhe bei dem nach dem Wiedereinschalten erfolgenden
Synchronisieren kaum zu vermeiden. Jedenfalls ist dieser Nachteil bei den bisher
bekannten Schaltuhren der beschriebenen Art stets festzustellen.
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Dieser Schwierigkeit zu begegnen, ist das Ziel der Erfindung. Sie
besteht bei einem Federuhrwerk eingangs beschriebener Art darin, daß zwischen der
Unruhewelle, zu der das vorzugsweise als ein mit vorgegebener Schwingungszahl angetriebener
Schwinghebel ausgebildete Vergleichswerk konzentrisch angeordnet ist, und dem mit
dem Steigrad zusammenwirkenden Gabelanker ein die Ankerbewegungen ins Schnelle übersetzendes
Getriebe eingeschaltet ist.
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Diese übersetzung ins Schnelle wird dadurch erreicht, daß auf der
Unruhewelle ein Zahnrad kleinerer Zähnezahl sitzt und auf einer Zwischenwelle, die
eine die mit der Ankergabel zusammenwirkenden Hebestifte
tragende
Scheibe trägt, ein mit dem Zahnrad kämmendes Zahnrad größerer Zähnezahl sitzt.
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Infolge der Zwischenschaltung des aus den Zähnen größerer bzw. kleinerer
Zähnezahl bestehenden Getriebes kann man dem Unruhereif durch Verarößerung seiner
Masse und/oder seines Durchmessers ein Größeres Trägheitsmoment verleihen, so daß
der Bereich seiner Frequenztreue in einem wünschenswerten Maße vergrößert wird.
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Da andererseits die eben erwähnte Zwischenschaltung des Getriebes
ein langsameres Schwingen des Unruhereifes bei größerer Schwingungsweite zur Folge
hat, tritt ein Prellen der Unruhe bei dem nach dem Wiedereinschalten eines ausgefallenen
Netzes erfolgenden Synchronisieren nicht ein.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung der Schaltuhr erfordert eine die Kosten
der Uhr nur geringfügig erhöhende Zwischenschaltung des eben erwähnten Getriebes
und eine entsprechende Änderung des Getriebes zwischen dem Synchronmotor und dem
Vera -"leichswerk. Erreicht wird aber, daß auch bei länge ren Abschaltungen das
Synchronisieren der Schaltuhren kaum notwendig ist oder mindestens keine Schwierigkeiten
bereitet.
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Der vorzugsweise als Vergleichswerk verwendete Schwinghebel steht
in baulich einfacher Weise mit einem elektromotorisch oder elektromagnetisch von
einem Taktgeber beeinflußten Triebglied in formschlüssiger Verbindung. So kann,
ähnlich wie beim Bekannten, der Taktgeber ein Synchronmotor sein, der an ein Netz
konstanter Frequenz angeschlossen ist und in an sich bekannter Weise dazu dient,
die Uhrfeder aufzuziehen und ihre Federspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
konstant zu halten. Das Netz konstanter Spannung kann, wie bekannt, das Orts- oder
überlandnetz sein, es kann jedoch auch ein Haus- oder Betriebsnetz, z. B. das Speisenetz
von Fahrzeugen, insbesondere von Schiffen und Flugzeugen sein, sofern für eine genaue
Frequenzregelung gesorgt ist.
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An Stelle eines an das Netz angeschlossenen Synchronmotors kann auch
ein netzabhängiger oder ein netzunabhängiger Frequenzgenerator dienen, dessen Frequenz
konstant gehalten wird und z. B. als Maschinengenerator, als Schwingkreis und insbesondere
als Multivibrator ausgebildet ist.
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Es empfiehlt sich, die Taktgeber auf wählbare Frequenzen einstellbar
zu gestalten. Vor allem dient es der Erhöhung der Ganggenauigkeit oder der Erzielung
gleicher Ganggenauigkeit bei Vereinfachung der Getriebe zwischen Taktgeber und Schwinghebel,
wenn die Taktgeber auf wesentlich über der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz
liegende Schwingungsfrequenzen eingestellt sind, insbesondere auf solche von
100 oder 150 Hz.
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Bemerkt sei noch, daß sich die Erfindung auch auf Zeituhren insbesondere
Hauptuhren mit Federantrieb anwenden läßt, deren Feder durch einen an das Netz an-eschlossenen
Synchronmotor aufgezogen wird. Dadurch wird, sofern die Aufzugfeder für eine ausreichende
Gangreserve dimensioniert ist, eine genaue Zeitmessung gesichert.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung
auf eine netzabhängig gesteuerte Schaltuhr an Hand einer isometrischen Darstellung
beschrieben.
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Ein von der Uhrfeder angetriebener Steigradtrieb 1
ist fest
mit einem Steigrad 2 verbunden, das mit einem schwingenden Anker 3 zusammenwirkt.
Dieser weist zwei abwechselnd mit der Zahnung des Steigrades 2 in Eingriff kommende
Hebestifte 4 sowie eine Ankergabel 5 auf, und seine Schwingungsweite wird
durch zwei ortsfeste Prellstifte 6 begrenzt. Die Ankergabel 5
wirkt
über Hebestifte 9, die von einer auf einer Zwischenwelle 10' sitzenden
Scheibe 9' getragen werden, auf ein mit der gleichen Welle 10' verbundenes
Zahnrad 10 ein, das mit einem auf der Unruhewelle 11
befestigten Zahnrad
12 im Eingriff steht. Die Ankergabel 5 ist mit einem messerartigen Sicherheitssteg
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versehen, der mit der Längsnut eines auf der Zwischenwelle 10' sitzenden
Sicherheitsröllchens 8 im Eingriff steht.
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Die Unruhewelle 11 trägt den Unruhereif 13, dessen Schwingungszahl
durch die Dimensionierung und die Einstellung der Unruhespiralfeder14 bestimmt wird.
Diese ist an ihrem inneren Ende mittels einer Spiralrolle15 mit der Unruhewellell
und an ihrem äußeren freien Ende mit einem Spiralklötzen 16 verbunden. Sie
wird nahe ihrem freien Ende von einem Spiralschlüssel 17 umfaßt, der mittels
eines auf dem Lagerzapfen20 der Unruhewellell mit Reibschluß befestigten Rückerzeigers
18 einstellbar ist.
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Auf dem gleichen Lagerzapfen 20 sitzt ein Schwinghebel 19,
der fest mit dem Spiralklötzchen 16 verbunden ist, und an den eine Kurbelstange
21 angelenkt ist. Diese wiederum ist gelenkig mit einer Exzenterscheibe 22 verbunden,
die über ein nicht dargestelltes Getriebe durch einen Synchronmotor23 angetrieben
wird.
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Wesentlich ist bei der vorstehend beschriebenen Uhr, daß der Anker
3 mit seiner Gabel 5 nicht unmittelbar, sondern über das Getriebe
10, 12 auf die Unruhewelle 11 einwirkt und daß hierbei das auf der
Unruhewelle 11 sitzende Zahnrad 12 wesentlich kleiner ist als das auf der
Welle 9' sitzende Zahnrad 10.
Auf diese Weise werden gegenüber dem
bisher üb-
lichen die Ankerbewegungen bei ihrer übertragung auf die Unruhewelle
sozusagen ins Schnelle übersetzt. Selbstverständlich muß dann im gleichen Verhältnis
die übersetzung zwischen dem Synchronmotor 23
und der Exzenterscheibe 22 geändert
werden.
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Jedenfalls kann nun das Trägheitsmoment des Unruhereifes, z. B. durch
Vergrößerung seines Durchmessers und/oder seiner Masse erhöht werden, da er langsamer
schwingen kann und trotz größerer Schwingungsweite bei' erweitertem Bereich der
Frequenztreue keine oder stark herabgesetzte Prellerscheinungen zeigt.