DE19912722A1 - Elektromechanischer Rollenzähler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Rollenzähler mit mehreren durch Mitnahmekonstruktionen miteinander gekoppelten Zahlenrollen. DOLLAR A Die mit dem elektromechanischen Rollenzähler erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Antrieb in den Zahlenrollen des elektromechanischen Rollenzählers realisiert ist. Ein zusätzlicher Platzbedarf für einen Antrieb ist nicht notwendig. Damit ist ein minimales Bauvolumen für einen elektromechanischen Rollenzähler gegeben. DOLLAR A Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass ein Planetenradgetriebe zu einer Verkleinerung des Schrittwinkels für den Motor führt. Das abgegebene Motormoment wird vergrößert, so dass ein sicheres Schalten mehrerer verkoppelter Zahlenrollen gewährleistet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Rollenzähler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Rollenzähler bekannter Bauart besitzen mechanisch miteinander verkoppelte Zahlenrollen, wobei die erste Zahlenrolle über einen elektromagnetischen Antrieb betätigt wird. Diese Antriebe selbst bestehen prinzipiell aus einer Spule und einem Dauermagneten. Ein elektrischer Stromfluß in der Spule führt zu einem äquivalenten magnetischen Fluß, so dass ein mag­ netisches Feld vorhanden ist, welches den Dauermagneten anzieht oder abstößt.

Diese translatorische Bewegung wird über Stößel oder Wippen, die jeweils auf eine Zahnflanke der ersten Zahlenrolle einwir­ ken, in eine rotatorische Bewegung dieser Zahlenrolle gewan­ delt. In den Schriften DE OS 29 13 237 (Elektromagnetisches Rollenzählwerk), DE OS 30 28 795 (Ankergangantrieb für Impuls­ zählwerke), DE OS 33 21 274 (Elektromagnetischer Impulszähler), DE OS 39 30 976 (Elektromechanisches Zählwerk) und DE OS 40 06 443 (Miniaturisierter elektromechanischer Zählmechanismus) sind unter anderem derartige Lösungen aufgeführt.

Diese unterscheiden sich in speziell ausgebildeten konstruktiven Lösungen, so dass spezifische Anwendungsfälle erfüllt werden. Besonders hinsichtlich der Anordnungen der Spule, des Dauermagneten und der Ausgestaltung der Stößel oder Wippen unterscheiden sich diese Lösungen. So wird unter anderem das Prellverhalten des Antriebes oder die Selbstarretierung bei keiner Ansteuerung verbessert.

Diese Zählwerke zeichnen sich durch eine räumliche Trennung von Rollenzählwerk und Antrieb aus. Damit ergibt sich ein relativ großer Platzbedarf, der eine Miniaturisierung begrenzt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen räumlich kleinen und ökonomisch günstig zu realisierenden elektromechanischen Rollenzähler zu schaffen.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die mit dem elektromechanischen Rollenzähler erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Antrieb in den Zahlen­ rollen des elektromechanischen Rollenzählers realisiert ist. Ein zusätzlicher Platzbedarf für einen Antrieb ist nicht not­ wendig. Damit ist ein minimales Bauvolumen für einen elektro­ mechanischen Rollenzähler gegeben.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass ein Planetenradgetriebe zu einer Verkleinerung des Schrittwinkels für den Motor führt. Das abgegebene Motormoment wird ver­ größert, so dass ein sicheres Schalten mehrerer verkoppelter Zahlenrollen gewährleistet ist. Gleichzeitig weist das Pla­ netenradgetriebe eine mechanische Reibung auf, die zu einer erwünschten Dämpfung des Rotationsschrittmotors als Antrieb führt. Damit wird das Überschwingen des Rotationsschrittmotors vermindert, so dass das Auspendeln des Läufers am Ende des Stellvorganges verringert wird.

Der durch das Planetenradgetriebe hervorgerufene verkleinerte Schrittwinkel des Antriebsmotors führt weiterhin zu der Mög­ lichkeit, eine Unterteilung der Zahleneinteilung der ersten Zahlenrolle vorzunehmen. Damit sind auch Zwischenwerte als Nonius anzeig- und ablesbar. Es erfolgt eine genauere Darstel­ lung des ersten Zahlenwertes gegenüber herkömmlichen Rollen­ zählern.

Der Einsatz eines Planetenradgetriebes führt weiterhin dazu, dass die Anzahl der Zähne oder der Pole entsprechend der Anzahl der Zahlenrollen minimiert werden kann. Die Anzahl der Zähne oder Pole ist dabei direkt proportional der Schrittzahl und indirekt proportional dem Schrittwinkel. Damit ist ein ein­ facher Aufbau entsprechend der Anzahl der Zahlenrollen reali­ sierbar. Ein modularer Aufbau des gesamten elektromechanischen Rollenzählers ist gegeben.

Der Rotationsschrittmotor ist als Permanentmagnet- oder Hybrid- Motor ausgeführt. Derartige Rotationsschrittmotore besitzen ein Selbsthaltemoment, so dass eine Selbstarretierung bei nicht an­ gesteuertem Rotationsschrittmotor gegeben ist. In Verbindung mit dem Planetenradgetriebe wird ein unbeabsichtigtes Verdrehen oder eine Manipulation weitestgehend eingeschränkt. Die Gefahr der Weiterschaltung bei Einwirkung von mechanischen Erschütte­ rungen führen zu keiner Schaltung der Zahlenrolle.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein elektromecha­ nischer Rollenzähler bestehend aus mehreren Zahlenrollen mit einer minimalen Größe realisierbar. Die Größe wird nur durch die Größen der Zahlenrollen selbst bestimmt. Damit eignet sich der Antrieb insbesondere auch für die Realisierung von elektro­ mechanischen Rollenzählern kleinster Bauform.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent­ ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Ein Zahnradtrieb als Planetenradgetriebe nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 gewährleistet eine sichere Bewegung der ersten Zahlenrolle des elektromechanischen Rollenzählers.

Eine einfache Realisierung der Übertragung der Drehbewegung des Zentralrades zu einer äquivalenten Bewegung der ersten Zahlen­ rolle ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 ein Steg, der mit der ersten Zahlenrolle fest verbunden ist.

Die drei Umlaufräder, die in ihren Positionen fest zueinander und drehbar auf einer Kreisscheibe befestigt sind, nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 4 und 5 gewährleisten gleichzeitig die Führung und Positionierung der ersten Zahlen­ rolle gegenüber dem Zentralrad des Planetenradgetriebes. Es ist nur eine axiale Sicherung der Kreisscheibe und damit der ersten Zahlenrolle notwendig. Der Aufbau vereinfacht sich wesentlich. Der Steg ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 eine Kreisscheibe, wobei die Kreisscheibe gleichzeitig selbst als erste Zahlenrolle ausgebildet ist. Das Übersetzungsverhältnis wird durch die Zahl der Zähne des Zentralrades und der Umlauf­ räder bestimmt.

Durch die Verzahnung im Inneren der ersten Zahlenrolle nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ist das Übersetzungsver­ hältnis durch die Zahl der Zähne des Zentralrades und der Ver­ zahnung im Innern der ersten Zahlenrolle gegeben.

Die Weiterbildungen des Patentanspruchs 6 stellen einen Perma­ nentmagnet- oder Hybrid-Motor dar. Den einfacheren Aufbau be­ sitzt der Permanentmagnet-Motor.

Mehrere Ständersysteme in einer Achse nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 führen zu kleineren realisierbaren Schrittwinkeln. Gleichzeitig vergrößert sich das Selbsthalte­ moment.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines ersten elektromechani­ schen Rollenzählers mit einem Schrittmotor, einem Pla­ netenradgetriebe und Zahlenrollen, in einer Seitendar­ stellung und

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines zweiten elektromechani­ schen Rollenzählers in einer Seitendarstellung.

1. Ausführungsbeispiel

Der elektromechanische Rollenzähler mit mehreren durch Mit­ nahmekonstruktionen miteinander gekoppelten Zahlenrollen 1 be­ steht in einem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Rotations­ schrittmotor, einem Planetenradgetriebe und mehreren mitein­ ander gekoppelten Zahlenrollen 1 (Darstellung in der Fig. 1). Der Rotationsschrittmotor ist aus mehreren Teilmotoren in Form von mehreren Systemen aufgebaut. Jedes System besitzt mehrere Spulen, die auf dem Umfang im Innern eines Ständers 2 ange­ ordnet sind, und einen Läufer 3. Mindestens zwei Systeme sind in einer Achse hintereinander angeordnet. Weiterhin sind die Ständer 2 der Systeme oder die Läufer 3 gegeneinander verdreht. Die jeweils anderen Motorteile fluchten miteinander. Der Ver­ drehwinkel ist gleich der Polteilung dividiert durch die Anzahl der Systeme. Bei vier Polen und zwei Systemen ergibt sich ein Verdrehwinkel von 45°. Die Spulen werden in zyklischer Folge ein- oder umgeschaltet. Damit springt die Ständerdurchflutung ruckartig weiter. Der Läufer 3 versucht sich daraufhin so ein­ zustellen, dass die magnetische Energie im Luftspalt ein Mini­ mum wird. Der Läufer 3 bewegt sich schrittweise. Der Läufer 3 besteht aus einem hart- oder weichmagnetischen Stoff oder einer Kombination daraus. Bei der Verwendung von hartmagnetischen Stoffen ist der Läufer 3 zylindrisch aufgebaut. Im Falle des weichmagnetischen Stoffes oder der Kombination aus weich- und hartmagnetischen Stoffen weist der Läufer 3 Zahnringe auf. Die Anzahl der Systeme m und die Anzahl der Pole oder der Zähne des Läufers (2p) 3 bestimmt die Zahl der Schritte (z), die der Läu­ fer 3 pro Umdrehung macht. Es gilt: z = 2 pm.

Ein Ende des Läufers 3 ist mit dem Zentralrad 4 eines Planeten­ radgetriebes in Form eines Zahntriebs verbunden. Drei Umlauf­ räder 5 sind auf dem Zentralrad 4 so angeordnet, dass diese sich gegenüber dem Ständer 2 des Rotationsschrittmotors auf festen Positionen befinden. Die Achsen 6 der Umlaufräder 5 sind vorteilhafterweise mit dem Ständer 2 fest verbunden. Die erste Zahlenrolle 1a besitzt in Richtung des Mittelpunkts eine Ver­ zahnung, die in die der Umlaufräder 5 eingreift.

Die Anzahl der Zähne richtet sich nach dem Schrittwinkel des Rotationsschrittmotors, der Größe der Teile des elektromecha­ nischen Rollenzählers und der Teilung der ersten Zahlenrolle 1a. Das jeweilige Verhältnis ist leicht über das Übersetzungs­ verhältnis zwischen dem Zentralrad 4 am Läufer 3 und der Anzahl der Zähne der ersten Zahlenrolle 1a realisierbar.

Damit sind unter anderen folgende Verhältnisse zu realisieren

Schrittwinkel des Rotationsschrittmotors: 45°	45°
Schrittwinkel der ersten Zahlenrolle: 36°	3,6°
Übersetzungsverhältnis: 1/1,25	1/12,5

Andere Verhältnisse sind leicht über den Schrittwinkel, die Verzahnungen des Zentralrades 4 und der Anzahl der Zähne der ersten Zahlenrolle 1a erreichbar. Damit ist ein universell einzusetzender Antrieb eines elektromechanischen Rollenzählers vorhanden.

Weitere Zahlenrollen 1b, 1c, . . . sind auf dem Ständer 2 des Rotationsschrittmotors drehbar angeordnet und mit der ersten Zahlenrolle 1a und miteinander verkoppelt. Die Zahlenrollen sind über Gleitlager mit dem Ständer 2 verbunden. Mit der vollen Umdrehung der ersten Zahlenrolle 1a wird die nächste um einen Winkel von 36° weitergedreht. Bei einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle 1 wird die jeweils darauf folgend angeordnete um einen Winkel von 36° weitergedreht. Die Realisierung der Kopplung ist in bekannterweise realisiert.

2. Ausführungsbeispiel

Der Schrittantrieb für elektromechanische Rollenzähler mit meh­ reren durch Mitnahmekonstruktionen miteinander gekoppelten Zah­ lenrollen 1 besteht in einem zweiten Ausführungsbeispiel aus einem Rotationsschrittmotor, einem Planetenradgetriebe und mehreren miteinander gekoppelten Zahlenrollen 1 (Darstellung in der Fig. 2).

Der Rotationsschrittmotor ist aus mehreren Teilmotoren in Form von mehreren Systemen aufgebaut. Jedes System besitzt mehrere Spulen, die auf dem Umfang im Innern eines Ständers 2 ange­ ordnet sind, und einen Läufer 3. Mindestens zwei Systeme sind in einer Achse hintereinander angeordnet. Weiterhin sind die Ständer 2 der Systeme oder die Läufer 3 gegeneinander verdreht. Die jeweils anderen Motorteile fluchten miteinander. Der Ver­ drehwinkel ist gleich der Polteilung dividiert durch die Anzahl der Systeme. Bei vier Polen und zwei Systemen ergibt sich ein Verdrehwinkel von 45°. Die Spulen werden in zyklischer Folge ein- oder umgeschaltet. Damit springt die Ständerdurchflutung ruckartig weiter. Der Läufer 3 versucht sich daraufhin so ein­ zustellen, dass die magnetische Energie im Luftspalt ein Mini­ mum wird. Der Läufer 3 bewegt sich schrittweise. Der Läufer 3 besteht aus einem hart- oder weichmagnetischen Stoff oder einer Kombination daraus. Bei der Verwendung von hartmagnetischen Stoffen ist der Läufer 3 zylindrisch aufgebaut. Im Falle des weichmagnetischen Stoffes oder der Kombination aus weich- und hartmagnetischen Stoffen weist der Läufer 3 Zahnringe auf. Die Anzahl der Systeme m und die Anzahl der Pole oder der Zähne des Läufers (2p) 3 bestimmt die Zahl der Schritte (z), die der Läufer 3 pro Umdrehung macht. Es gilt: z = 2 pm.

Ein Ende des Läufers 3 ist mit dem Zentralrad 4 eines Plane­ tenradgetriebes in Form eines Zahntriebs verbunden. Drei Um­ laufräder 5 sind auf dem Zentralrad 4 angeordnet. Diese befin­ den sich so auf einer Kreisscheibe 7, dass diese symmetrisch und parallel zum Zentralrad 4 angeordnet ist. Die Größe der Umlaufräder 5 ist gleich. Die Anzahl der Zähne richtet sich nach dem Schrittwinkel des Rotationsschrittmotors, der Größe der Teile des elektromechanischen Rollenzählers und der Teilung der ersten Zahlenrolle 1. Dabei handelt es sich um ein offenes Planetengetriebe. Das jeweilige Verhältnis ist leicht über das Übersetzungsverhältnis von Zentral- 4 und Umlaufrad 5 reali­ sierbar.

Die Kreisscheibe 7 ist gleichzeitig der Träger für die erste Zahlenrolle 1a. Weitere Zahlenrollen 1b, 1c, . . . sind auf dem Ständer des Rotationsschrittmotors drehbar angeordnet und mit der ersten Zahlenrolle 1a und miteinander verkoppelt. Mit der vollen Umdrehung der ersten Zahlenrolle 1a wird die nächste um einen Winkel von 36° weitergedreht. Bei einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle 1 wird die jeweils darauf folgend angeordnete um einen Winkel von 36° weitergedreht. Die Zahlenrollen 1 sind über Gleitlager mit dem Ständer 2 verbunden. Die Realisierung der Kopplung ist in bekannterweise realisiert.

Claims (7)

1. Elektromechanischer Rollenzähler mit mehreren durch Mitnahmekonstruktionen miteinander gekoppelten Zahlenrollen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) eines Rotations­ schrittmotors gleichzeitig die feststehende Achse für die drehbar darauf angeordneten und miteinander gekoppelten Zahlenrollen (1) ist, dass der Läufer (3) mit dem Zentralrad (4) eines Planetenradgetriebes und dass die erste Zahlenrolle (1a) entweder über ein umlaufendes Konstruktionselement oder formschlüssig mit mindestens einem Umlaufrad (5) verbunden sind.

2. Elektromechanischer Rollenzähler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradgetriebe ein Zahnradtrieb ist.

3. Elektromechanischer Rollenzähler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstruktionselement ein Steg ist.

4. Elektromechanischer Rollenzähler nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Umlaufräder (5) in ihren Positionen fest zueinander und drehbar auf einer Kreisscheibe (7) als Steg befestigt sind und dass die Kreisscheibe (7) gleichzeitig ein Teil der ersten Zahlenrolle (1a) ist.

5. Elektromechanischer Rollenzähler nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Umlaufräder (5) in ihren Positionen fest zueinander und drehbar mit dem Ständer (2) verbunden sind, dass die erste Zahlenrolle (1a) eine im Inneren angeordnete Verzahnung besitzt und dass die Verzahnungen der Umlaufräder (5) und der Zahlenrolle (1a) formschlüssig miteinander verbunden sind.

6. Elektromechanischer Rollenzähler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) mehrere elektrische Spulenanordnungen aufweist und dass der Läufer (3) entweder ein Permanentmagnet-Läufer oder ein Permanentmagnet- Läufer mit Zahnringen ist.

7. Elektromechanischer Rollenzähler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsschrittmotor mehrere Ständersysteme in einer Achse oder einer Ebene aufweist.