DE102005039403B4

DE102005039403B4 - Vorrichtung zur Erfassung des Energieverbrauchs eines oder mehrerer Verbraucher

Info

Publication number: DE102005039403B4
Application number: DE102005039403A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Spettel
Original assignee: RAUMCOMP ENTWICKLUNGS und VERT; RAUMCOMPUTER ENTWICKLUNGS- und VERTRIEBS GmbH
Current assignee: Berker GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-20
Filing date: 2005-08-20
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2025-08-21
Also published as: DE102005039403A1

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung des Energieverbrauchs eines oder mehrerer Verbraucher, umfassend einen integrierten Messkreis (1) zur Bereitstellung zumindest eines Stellsignals für eine Anzeige, welcher integrierte Messkreis (1) zumindest einer elektrischen Leitung (6, 7) so zugeordnet ist, dass der integrierte Messkreis (1) aufgrund von Strom und Spannung, mit welchen die elektrische Leitung (6, 7) beaufschlagt ist, das Stellsignal erzeugt und an einem Stellausgang (5) bereithält, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal des integrierten Messkreises (1) über eine, zumindest teilweise, optische oder induktive Verbindung innerhalb eines Gehäuses einer Auswerteschaltung (3) zuführbar ist und aus dem Stellsignal mithilfe der Auswerteschaltung (3) ein Messwert erzeugbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des Energieverbrauchs eines oder mehrerer Verbraucher, umfassend einen integrierten Messkreis zur Bereitstellung zumindest eines Stellsignals für eine Anzeige, wobei der integrierte Messkreis zumindest einer elektrischen Leitung so zugeordnet ist, dass der integrierte Messkreis aufgrund von Strom und Spannung, mit welchen die elektrische Leitung beaufschlagt ist, das Stellsignal erzeugt und an einem Stellausgang bereithält.
Eine solche Vorrichtung, nämlich ein elektronischer Energiezähler ist bereits aus der DE 296 03 333 U1 bekannt. Dieser Energiezähler beinhaltet ein Schaltnetzwerk, mithilfe dessen die zu messende Energiemenge elektronisch ermittelbar ist. Dabei ist die Bauform so gewählt, dass die Schaltung in einem Gehäuse untergebracht ist, welche in geometrischer Form und Größe einem handelsüblichen Sicherungsautomaten entspricht. Der aktuelle Messwert wird dabei über ein Display oder einen Rollenzähler dargestellt und kann durch einfaches Ablesen ausgewertet werden.
Ein solcher Energiezähler löst technisch die früher üblichen Ferrariszähler ab. Diese bestehen aus einer drehbar gelagerten Metallscheibe, welche mithilfe eines permanenten Bremsmagneten abgebremst wird. Mithilfe einer Spulenanordnung bestehend aus einer Spannungsspule und einer Stromspule wird in der Ferrarisscheibe ein Wirbelstrom erzeugt, durch den die Scheibe zur Drehung angeregt wird. Die Drehung wird mechanisch auf eine Anzeige, etwa einen Rollenzähler, übertragen. Problematisch ist dabei allerdings, dass die Messwerterfassung galvanisch mit dem zu messenden Stromkreis gekoppelt ist.
Eine Entkopplung wird bei diesem Verfahren gemäß der Patentschrift DE 198 33 046 A1 dadurch erreicht, dass der Energieverbrauch dadurch erfasst wird, dass eine optische Abtastung der Ferrarisscheibe so durchgeführt wird, dass die Anzahl der Drehungen mittels einer Lichtschranke gezählt wird. Erfindungsgemäß wird die für diese Abtastung benötigte Energie aus der bemessenen Stromleitung gewonnen.
Der Einsatz von Ferrarisscheiben bringt allerdings den Nachteil, dass ein lageunabhängiger Betrieb nicht gewährleistbar ist. Daher werden moderne Energiezähler in der Hauptsache mit digitalen Messkreisen ausgerüstet. Die gattungsbildene Druckschrift DE 299 10 443 U1 beschreibt einen solchen digitalen Energiezähler.
Moderne Energiezähler werden heute als vollständig integrierte Messkreise angeboten. Zur Erfassung der Messwerte und ihrer Speicherung weisen bekannte ICs digitale Ausgänge auf, an denen Stellsignale angelegt werden. Diese Stellsignale dienen zur Ansteuerung der Stellmotoren von Rollenzählern, so dass diese den aktuellen Zählerwert anzeigen.
Es stellt jedoch einen sehr großen, vor allem finanziellen, Aufwand dar, solche Motoren jedem einzelnen Zähler zuzuordnen. Überdies besteht heutzutage immer größere Nachfrage nach Strommessgeräten, welche über den Verbrauch zunehmend kleinerer Stromabnehmer informieren. War es vor einigen Jahren stets ausreichend, den Gesamtverbrauch einer Wohneinheit zu ermitteln, wird es vor allem vor dem Hintergrund ständig steigender Energiekosten immer interessanter, den Verbrauch einzelner Bewohner oder gar einzelner Geräte innerhalb der Haushalte beziffern zu können. Es sollen dafür allerdings keine großen und teueren Geräte eingesetzt werden, während trotzdem ein großer Komfort in Bezug auf das Ablesen und Auswerten der einzelnen Messwerte gewährleistet ist.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche kostengünstig und einfach eine feinmaschige Auswertung des Stromverbrauchs in Verbrauchseinheiten ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Zur Energiemessung wird ein an sich bekannter integrierter Messkreis verwendet, welcher in Abhängigkeit von einem innerhalb einer Messschleife fließenden Strom bzw. einer daran anliegenden Spannung die in einem Leiter fließende Energie ermittelt. Solche Messkreise sind als fertige ICs erhältlich und dienen dazu, gemessene Strom- und Spannungswerte auszuwerten. Zur Anzeige der daraus ermittelten Energiemenge wird üblicherweise eine Anzeige eingesetzt, welche über ein Rollenzählwerk den aktuellen Zählerstand darstellt. Der IC legt zu diesem Zweck ein Stellsignal an seinem Stellausgang an, über welches üblicherweise ein Motor angesteuert wird, der wiederum das Rollenzählwerk in Abhängigkeit von der Energiemenge weiterdreht. Erfindungsgemäß wird dieses im Allgemeinen pulsförmige Signal nun allerdings zunächst galvanisch entkoppelt und dann entgegen seiner vorgesehenen Verwendung direkt einer Auswerteschaltung zugeführt, welche einen auswertbaren Messwert daraus erzeugt.
Durch die galvanische Entkopplung des Stellsignals ist dieses in einem Bussystem verwendbar. Der daraus mithilfe der Auswerteschaltung ermittelte Messwert wird mit Vorteil anschließend an die Busleitung angelegt und so in dem Bussystem bereitgestellt. Dies macht es möglich, eine Auswertung einer Vielzahl von Energieverbrauchern zentral über den Bus vorzunehmen und die so entstehenden Messwerte etwa auf einem Server abzulegen. Auf diese Weise ist ein Gesamtüberblick über einzelne Verbrauchswerte innerhalb einer Verbrauchseinheit, also beispielsweise einer Wohneinheit, möglich. Der Energieverbrauch einzelner Geräte, Gerätegruppen wie beispielsweise ein Rechner mit Bildschirm, Scanner und Drucker bis hin zum Energieverbrauch einzelner Bewohner oder Benutzer – unabhängig davon, wo genau welches Gerät des Benutzers gerade steht – ist einzeln ermittelbar.
Die galvanische Entkopplung wird mit Vorteil mithilfe eines Optokopplers durchgeführt. Dieser wird in die Signalleitung eingefügt, welche das Messsignal des integrierten Messkreises an die Auswerteschaltung weiterleitet. Alternativ ist es auch möglich, das bereits ausgewertete Signal mit dem zumindest einen Optokoppler zu entkoppeln.
Alternativ kann eine galvanische Entkopplung mithilfe eines oder mehrerer Übertrager erreicht werden, welche in die elektrische Verbindung zwischen dem integrierten Messkreis und der Auswerteschaltung eingefügt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der umgekehrte Weg der Signalübermittlung ebenfalls wählbar ist, wenn nämlich über den Bus von einem Zentralrechner ein Stellbefehl an den Messkreis ergeht, etwa den Stromkreis zu sperren. Auf diese Weise ist ein einfaches zentrales Abschalten von Verbrauchern möglich, wodurch auch etwa ein Schutz vor zu großem Stromverbrauch bei bestimmten Geräten geschaffen ist.
Zur Unterbringung der Vorrichtung kann es von Vorteil sein, wenn die Vorrichtung sich in einem Gehäuse befindet, welches dem eines Sicherungsautomaten in Form und Größe ähnelt. Dabei kann ein solches Gehäuse insbesondere auch bestimmungsgemäß an der für die Sicherungsautomaten vorgesehenen DIN-Leiste befestigt werden. Auch ist es möglich, einen Sicherungsautomaten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse – etwa mit breiterer Bauform – zu vereinen.
Ebenfalls kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, gleich in mehrfacher Ausführung, in einem in der Netzwerktechnik üblichen 19''-Rack eingesetzt werden. Dann ist eine zentrale Steuerung und insbesondere Überwachung vereinfacht.
Als weitere Alternative ist die Vorrichtung in einem mobilen, vorzugsweise tragbaren, Gehäuse so integriert, dass es mit einer Strom führenden Leitung etwa mittels zumindest einer Steck- oder Klemmverbindung elektrisch wirksam verbindbar ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an verschiedenen Verbrauchern kurzzeitig eingesetzt werden, etwa um einen Überblick über die Größenordnung des Verbrauchs zu gewinnen, oder wenn keine feste Installation der Vorrichtung beispielsweise aus baulichen Gründen nicht gewünscht ist.
Alternativ kann die Vorrichtung auch als Unterputz-Steckdose ausgebildet und in an sich bekannter Weise in den Messkreis (1) integriert sein.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung des Energieverbrauchs eines Verbrauchers. Der Verbraucher ist mit dem Stromnetz über eine Stromleitung bestehend aus einer Phase 7 und einen Nulleiter 6 elektrisch verbunden. Diese beiden Leitungen werden von dem integrierten Messkreis 1, welcher in einem IC bereitgestellt ist, über dessen Signaleingang 8 abgenommen. Intern ermittelt der integrierte Messkreis 1 Strom und Spannung, welche auf der Leitung 6, 7 anliegen und daraus die vom Verbraucher abgenommene Energie. An seinem Stellausgang 5 hält er in Abhängigkeit von dem Ergebnis seiner Ermittlung ein Stellsignal bereit, welches als Stellsignal für einen Stellmotor eines Rollenzählwerks gedacht ist. Dieses Stellsignal wird jedoch entgegen seinem ursprünglichen Sinn mittels eines Optokopplers 2 galvanisch entkoppelt an eine Auswerteschaltung 3 übergeben, welche das Stellsignal in einen Messwert umwandelt und diesen auf einem über eine Busankopplung 9 mit der Auswerteschaltung 3 verbundenen Bus 4 anlegt. Von dort aus können weitere Busteilnehmer, insbesondere informationstechnische Auswerteeinheiten 10, auf den Messwert zugreifen und diesen für EDV-Zwecke oder zur Anzeige in beliebiger Weise aufbereiten.
Vorstehend ist somit eine Vorrichtung beschrieben, mittels derer unter Verwendung eines herkömmlichen integrierten Messkreises entgegen seiner eigentlichen Bestimmung ein kostengünstiges Auswerten des Verbrauchs an zumindest einer Verbraucherleitung sowie das Weiterverarbeiten dieses Messwerts über ein Bussystem ermöglicht ist.

1: Integrierter Messkreis
2: Optokoppler
3: Auswerteschaltung
4: Bus
5: Stellausgang
6: Nulleiter
7: Phase
8: Signaleingang
9: Busankopplung
10: Informationstechnische Verarbeitungseinheit

Claims

Vorrichtung zur Erfassung des Energieverbrauchs eines oder mehrerer Verbraucher, umfassend einen integrierten Messkreis (1) zur Bereitstellung zumindest eines Stellsignals für eine Anzeige, welcher integrierte Messkreis (1) zumindest einer elektrischen Leitung (6, 7) so zugeordnet ist, dass der integrierte Messkreis (1) aufgrund von Strom und Spannung, mit welchen die elektrische Leitung (6, 7) beaufschlagt ist, das Stellsignal erzeugt und an einem Stellausgang (5) bereithält, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal des integrierten Messkreises (1) über eine, zumindest teilweise, optische oder induktive Verbindung innerhalb eines Gehäuses einer Auswerteschaltung (3) zuführbar ist und aus dem Stellsignal mithilfe der Auswerteschaltung (3) ein Messwert erzeugbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (3) elektrisch so mit einer Busleitung (4) verbunden ist, dass der Messwert über den Bus (4) abrufbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen integriertem Messkreis (1) und Auswerteschaltung (3) mittels zumindest eines Optokopplers (2) realisiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen integriertem Messkreis (1) und Auswerteschaltung (3) mittels zumindest eines Übertragers realisiert wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Busleitung (4) Stellbefehle an die Vorrichtung sendbar sind, so dass die elektrische Leitung (6, 7) unterbrechbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in das Gehäuse eines Sicherungsautomaten integriert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in zumindest einfacher Ausführung in einem 19''-Rack integriert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem mobilen, vorzugsweise tragbaren, Gehäuse integriert ist, bei welcher Vorrichtung die Zuordnung des integrierten Messkreises vorzugsweise mithilfe von Steckverbindungen herstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Unterputz-Steckdose ausgebildet ist.