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Anordnung zur Zählung des Überverbrauchs von Wärme-, Flüssigkeits-,
Dampf- oder Gasmengen mit einem Trommelzähler Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Zählung des Überverbrauchs von Wärme-, Flüssigkeits-, Dampf- oder Gasmengen
mit einem Trommelzähler. Hierbei wird ein Differentialgetriebe zur Bildung der Differenz
zwischen einem vorgegebenen Mengenwert und der Trommeldrehzahl verwendet und die
Differenz einem überverbrauchszählwerk zugeführt. So wird z. B. in der Fernwärmeversorgung
die verbrauchte Wärmemenge vielfach über die anfallende Kondensatmenge mit einem
Trommelzähler bestimmt. Um den eine vereinbarte Menge überschreitenden Überverbrauch
zu messen, muß die Drehzahl des Trommelzählers mit einem der vereinbarten Menge
entsprechenden Durchschnittsmengenwert verglichen werden.
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Für Gas- und Wasserzähler ist ein Maximumzählwerk mit einem Schleppzeiger
bekannt, um die auftretende Leistungsspitze zu messen. Hierbei wird neben dem Gesamtverbrauch
die Verbrauchsspitze, d. h. der höchste Durchschnittsverbrauch innerhalb einer Meßperiode
angezeigt, der während der Ableseperiode aufgetreten ist.
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Für die Zählung von elektrischer Leistung sind außerdem Überverbrauchszählwerke
bekannt, welche die dem Netz entnommene und einen vereinbarten Durchschnittsleistungswert
übersteigende elektrische Leistung zählen. Hierbei wird in einem Differentialgetriebe
die Drehzahl des Leistungsmessers mit einer konstanten Vergleichsdrehzahl verglichen
und die Differenz einem Überverbrauchszählwerk zugeführt. Bei der Zählung von Wärme-,
Flüssigkeits-, Dampf-oder Gasmengen werden jedoch vielfach Trommelzähler verwendet.
Der Trommelzähler ist ein Gerät, das auch bei kontinuierlichem Zulauf des zu messenden
Mediums eine unstetige Umdrehungsgeschwindigkeit besitzt. Der Zähler besteht nämlich
aus einzelnen Kammern, in die das zu messende Medium einströmt und durch sein Gewicht
die Trommel in Bewegung setzt. Während der Drehbewegung werden dann die Meßkammern
wieder entleert. Hierbei kommt es zu einer Drehbewegung, bei der während einer Umdrehung
die Winkelgeschwindigkeit vom Stillstand mehrmals bis zu großen Werten wechselt.
Außerdem nimmt im Gegensatz zu allen übrigen Meßgeräten, die der Verrechnung von
Energie dienen, beim Trommelzähler das Drehmoment mit steigender Belastung ab. Infolge
dieser Schwierigkeiten sind bisher in der Praxis noch keine überverbrauchsmessungen
bei Anlagen durchgeführt worden, die mit Trommelzählern ausgerüstet sind.
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Die neue Anordnung zur Zählung des überverbrauchs von Wärme-. Flüssigkeits-.
Dampf- oder Gasmengen mit einem Trommelzähler ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch eine Sperreinrichtung, die das Überverbrauchszählwerk jeweils erst nach Ablauf
einer Trommelumdrehung oder mehreren Trommelumdrehungen kurzzeitig freigibt, durch
einen in beiden Drehrichtungen federnden Federspeicher, auf den die Drehzahldifferenz
während der Sperrzeit einwirkt, und durch einen in die Antriebsverbindung zum überverbrauchszählwerk
eingeschalteten Freilauf, über den sich bei der Freigabe der Sperrung eine negative
Drehzahldifferenz ausgleichen kann.
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Da ein in beiden Drehrichtungen federnder Federspeicher verwendet
wird, werden alle Drehzahldifferenzen summiert, die innerhalb einer Meßperiode auftreten.
Außerdem ist sichergestellt, daß nur bei positiven Werten des Integrals über die
Drehzahldifferenz ein Weiterschalten des überverbrauchszählwerkes am Ende der Meßperiode
stattfindet.
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Anwendungsfälle der Erfindung sind im folgenden beschrieben: I. Messung
des auf eine volle Umdrehung des Trommelzählers bezogenen Überverbrauchs (wegabhängig).
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Die Drehzahl des Trommelzählers wird z. B. mittels einer Übersetzung
auf das Planetenrad eines Differentialgetriebes übertragen. Ein Synchronmotor erzeugt
die Vergleichsdrehzahl, die der bestellten Menge (vorgegebener Durchschnittsmengenwert)
entspricht und treibt über ein Getriebe ein Sonnenrad des Differentials. Das zweite
Sonnenrad dreht sich dann mit der Differenz zwischen Trommeldrehzahl und Vergleichsdrehzahl.
Diese Differenz wirkt auf einen in beiden Drehrichtungen federnden Speicher, der
z. B. aus einer in beiden Richtungen federnden Doppel-
Mattfeder
besteht. Der Federspeicher wirkt auf ein Übersetzungsrad, das jeweils für genau
eine Umdrehung der Trommelzählerachse gesperrt ist. Die mechanisch-elektrisch wirkende
Sperreinrichtung wird jeweils nach einer Umdrehung der Trommelachse kurzzeitig aufgehoben.
Es wird somit die über einen Umlauf der Trommelachse von der Blattfeder gespeicherte
Differenz in das Oberverbrauchszählwerk weitergegeben.
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Ist die Differenz positiv, d. h. besteht Oberverbrauch, so schiebt
die eine Blattfeder das Oberverbrauchszählwerk um den entsprechenden Betrag vorwärts.
Ist die Differenz negativ, d. h. liegt der Verbrauch unter der bestellten Menge,
dann gleicht sich die Federkraft der anderen Blattfeder um den Differenzbetrag über
die in dieser Richtung frei laufende Übersetzung aus, wobei eine Rücklaufhemmung
das Zurücklaufen des Überverbrauchszählwerkes verhindert. Um bei Stillstand oder
sehr langsamem Umlauf der Trommel (das gesperrte Übersetzungsrad wird nicht oder
nur in großen Zeitabständen freigegeben), wobei aber der Synchronmotor weiterläuft,
die in dieser Drehrichtung liegende Blattfeder nicht zu ermüden oder zu zerstören,
wird die Doppelfeder nicht fest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden, sondern mittels
eines gefederten Rasterzapfens, welcher in ein mit Sperrzähnen versehenes Kronenrad
eingreift, gekuppelt. Der Rasterzapfen gleitet somit bei großer negativer Differenz
in den nächsten Sperrzahn und entlastet die Blattfeder. In der positiven Richtung
liegt der Zapfen am Anschlag des Sperrzahns. Er kann also bei Überschreitung des
bestellten Verbrauchs niemals nachgeben und die Messung fälschen. Das Sperrzahnkronenrad
sitzt auf dem zweiten Sonnenrad des Differentials.
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Diese Anordnung ist weiter unten bei der Beschreibung eines anderen
Anwendungsfalles an Hand der Zeichnung noch näher erläutert. 1I. Messung des Überverbrauchs
innerhalb bestimmter Meßperioden (zeitabhängig). Da bei der Fernwärmeversorgung
nicht immer die in Kondensat umgewandelten verbrauchten Dampfmengen dem Verbrauch
entsprechend sofort über den Trommelzähler fließen, sondern auch mit Kondensatstauung
und einem Reservoir gearbeitet wird, muß die oben geschilderte Meßanordnung für
diese Anlagen entsprechend abgewandelt werden. Das Reservoir wird, nachdem eine
bestimmte Füllhöhe erreicht ist, über den Trommelzähler bis zu seinem Normalstand
entleert. Ist der Wärmeverbrauch groß, so werden die Entleerungen schnell aufeinanderfolgen.
Ist er gering, dauert es entsprechend länger. Man erkennt, daß trotz der Stauung
eine verbrauchsabhängige Kondensatmenge am Trommelzähler anfällt, und daß hieraus
der zeitliche Verbrauch und somit der Überverbrauch zu rekonstruieren ist. Es kommt
hierbei darauf an, die Messung über eine bestimmte Zeit, in Abhängigkeit von dem
Verhältnis der Größe des Reservoirs zu dem vereinbarten Grundverbrauch, durchzuführen.
Diese Zeit wird im folgenden Meßperiode genannt. Für die Messungen wird ein Oberverbrauchszählwerk
benutzt, welches dem vorher beschriebenen ähnlich und an Hand der Zeichnung unten
näher erläutert ist. Das Speichervolumen der Federn wird erhöht, um die auftretenden,
größeren D=iferenzen innerhalb einer Meßperiode sicher speicherr zu können. Die
Sperreinrichtung des Übersetzungsrades wird jetzt nicht von der Trommelachse gesteuert,
sondern von dem Kontakt eines gleichzeitig vom Synchronmotor über eine Übersetzung
gesteuerten Kontaktgebers, wobei die Wahl der Übersetzung durch die Meßperiode bestimmt
wird. Bei dieser Meßanordnung werden die ungleichmäßigen Umläufe der Trommel, welche
durch die Kippmomente und die schubweise Entleerung des Reservoirs verursacht werden,
als Gesamtdrehzahl mit der in der gleichen Zeit vom Synchronmotor gelieferten Vergleichsdrehzahl
verglichen und die Differenz gespeichert. Nach Ablauf der Meßperiode wird das gesperrte
Übersetzungsrad von der Sperreinrichtung freigegeben und die gespeicherte Differenz
auf das Überverbrauchszählwerk übertragen. Die Federkraft des Federspeichers und
des gefederten Rasterzapfens wird so bemessen, daß bei sicherer Unterschreitung
der vereinbarten Grundmenge die Feder für die negative Richtung über das Sperrzahnkronenrad
entlast;_t wird. Da die Meßperiode und die Vergleichsdrehzahl für die vereinbarte
Grundmenge von demselben Synchronmotor bestimmt wird, erhöht sich die Meßgenauigkeit,
weil die Fehler, welche durch die bei Frequenzänderungen gefälschten Vergleichsdrehzahlen
entstehen, durch die mit der Frequenz kürzer oder länger werdenden Meßperioden kompensiert
werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Zähiwerkes für diese zuletzt
beschriebene Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Funktion ist folgende:
Die Umdrehungen des Mengenzählers werden bei 1 auf ein Grundrad übertragen
und über eine Zwischenübersetzung 2 auf ein Rollenzählwerk für den Gesamtverbrauch
gegeben. Auf der Achse des Grundrades befindet sich eine weitere Übersetzung 3,
welche die Umdrehungen des Mengenzählers auf ein auf der Achse frei laufendes Planetenrad
25 überträgt. Die Drehzahl eines Synchronmotors wird von der Schnekken- und Grundradübersetzung
bei 4 übernommen und durch eine Übersetzung 5 auf ein erstes Sonnenrad 6 übertragen.
Die Drehzahldifferenz, die sich zwischen der Drehzahl des Mengenzählers sowie der
des Synchronmotors über das Differential am zweiten Sonnenrad 7, das mit einem Sperrzahnkronenrad
26
fest verbunden ist, ergibt, wird durch einen Differenzübertrager 8 auf
einen Federspeicher 13 gegeben. Der Differenzübertrager 8 ist über seinen Rasterzapfen
9 mit dem Sperrzahnkronenrad 26 gekuppelt. Der Rasterzapfen wird mit seiner Feder
10 und Druckschraube 11 so eingestellt, daß er bei Auftreten einer solchen
negativen Differenz, die durch die in der ablaufenden Meßperiode noch mögliche Vollastdrehzahl
des Mengenmessers nicht aufgehoben werden kann, über die Sperrzähne gleitet. Der
Federspeicher 13 wird im Beispiel der Zeichnung aus zwei gegenläufigen Torsionsfedern
gebildet, um für die Meßperiode ein großes Speichervolumen zu sichern. Die äußeren
Federenden sind fest mit einer Federhalterung 12 des Differenzübertragers 8, die
innenliegenden Federenden dagegen fest mit einem frei auf einer Buchse laufenden
Übersetzungsrad 14 verbunden. Auf der Buchse wird gleichzeitig ein Anschlag für
den Differenzübertrager vorgesehen, damit der Bezugspunkt für den Federdruck des
Rasterzapfens 9 festliegt. Das Übersetzungsrad 14 greift ständig in ein übersetzungsrad
15 ein. Dieses Rad 15 läuft frei auf seiner Achse und ist über eine Gleitfeder
27 mit einem fest auf der Achse befindlichen Sperrzahnrad 28 so verbunden,
daß
dieses Sperrzahnrad bei einer positiven Differenz mitlaufen muß, die somit auf das
Rollenzählwerk für den Überverbrauch gegeben wird. Bei negativer Differenz gleitet
diese Feder 27 über das Sperrzahnrad 28, ohne dieses mitzunehmen. Als Sicherheit
wird die Achse in dieser Richtung von einer Rücklaufbegrenzung 16 gesperrt. Das
Übersetzungsrad 15 wird während der Meßperiode von einem Bremskolben 19 mit der
Federkraft einer Feder 18 festgehalten. Die Länge der Meßperiode wird mit einer
Übersetzung 20, die mittels weiterer Übersetzungen mit dem Synchronmotor gekuppelt
ist, bestimmt. Nach Ablauf der Meßperiode schließt der Kontaktgeber einen Kontakt
21 und setzt eine Relaisspule 17 unter Spannung; dadurch wird der Bremskolben 19
in die Spule gezogen und das Übersetzungsrad 15 freigegeben. Die im Federspeicher
13 aufgelaufene Differenz gleicht sich nun, ist sie positiv über das Sperrzahnrad
28, ist sie negativ über den Freilauf, aus. Da die Federn des Federspeichers 13
bei der Entspannung durch das Schwungmoment erst nach einem Zurückpendeln über ihren
Anfangsstand hinaus auf ihren Ruhepunkt kommen, und zwar abhängig von der Größe
der aufgelaufenen Federspannung, entstehen Meßfehler. Diese wurden durch folgende
Maßnahmen beseitigt. Ein Ansatz 29 am Übersetzungsrad 14 wurde mit einer Nut 22
versehen und durch einen in dieser Nut laufenden Zapfen 30 geführt. Der Zapfen 30
ist über ein Gestänge 23 mit der Achse des Bremskolbens 19 verbunden. Wird nun bei
dem Ende der Meßperiode der Federspeicher 13 freigegeben, so schiebt der Bremskolben
19 über das Gestänge 23 das geführte Übersetzungsrad 14 in Richtung Differenzübertrager.
Die Übersetzungsräder 14 und 15 bleiben dabei mit Sicherheit im Eingriff. Ein Rückstellbegrenzungsstab
24, welcher der Ruhestellung des Federspeichers 13 entsprechend in den Ansatz 29
des Übersetzungsrades 14 eingesetzt ist, setzt sich vor die Federhalterung 12. Damit
ist der Weg des Federspeichers eindeutig definiert, es können keine Meßfehler auftreten.
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Die oben beschriebene Anordnung unterscheidet sich von der zuerst
erläuterten also im wesentlichen dadurch, daß der Kontaktgeber vom Synchronmotor
gesteuert wird, während er vorher auf der Achse der Schnecke bei 1 angeordnet war,
so daß die Zeit eines Umlaufes des Mengenmessers der Meßperiode entspricht. Hier
war ein aus zwei Blattfedern aufgebauter Federspeicher ausreichend, da die Drehzahldifferenz
nicht so groß wird, wie unter 1I. beschrieben. Außerdem war die Rückstellbegrenzung
zum Federzeiger nicht erforderlich.
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Die geschilderten Meßanordnungen lassen sich zusätzlich mit einem
Warnkontakt ausrüsten, welcher kurz vor Überschreitung der vertraglich vereinbarten
Durchschnittsmenge ein Signal auslöst.
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Als Anwendungsbeispiele für den neuen Zähler seien außer den für die
Fernwärmeversorgung geschilderten folgende erwähnt: Betriebskontrollgeräte für Verbrauch
oder Lieferung von Gasen, Flüssigkeiten, Dampf und Wärmemengen; Mengenkontrollgeräte
in der Industrie für zeitabhängige Messung der Spitzen oder Grundmengenüberschreitungen;
Überwachungseinrichtungen in chemischen Betrieben; Meßgeräte für den Wärmeanschlußwert.