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Schalteinrichtung für Zahler eines automatischen Zihler-Ablesesystems
Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Zahler-Ablesesystem und im besonderen
auf eine Schalteinrichtung zur Verwendung fUt Zähler eines automatischen Zähler-Ablesesystems.
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Gegenwärtig werden die meisten den Verbrauch einer'Ware, z. B. den
Elektrizitäts-Wasser oder Gasverbrauch beim Kunden registrierenden Zahler in periodischen
Abständen von Ablesern, die das Anwesen des Vqrbrauchers aufsuchen, manuell registriert.
Es ist wohl bekannt, da# dies eine langsame und mühselige mit der Möglichkeit menschlicher
Fehler behaftete Aufgabe ist. So kann z. B. der Ableßer den Zählerstand falsoh ablesen,
oder den abgelesenen Zählerstand falsch notieren; auch können die Aufzeichnungen
des Ablesers falsch übertragen werden. Ein System zum@. automatischen ! Ablesen
eines Zählers und zum direkten Einspeichern Information in eine datenverarbeitende
Rechenmachine wird schon seit langer Zeit als wUnschenswert angeehen.
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Bei einigen automatischen Zähler-Ablesesystemen muß jeder automatisch
abzulesende Zähler mit Einrichtungen versehen sein, um ein Signal zu erzeugen, welches
entweder den tatsächlichen Zählerstand anzeigt, oder eine bestimmte vom Verbraucher
verbrauchte Menge der gemessenen Ware angibt. Im letzteren Fall ist es wünschenswert,
daß jeder abzulesende Zäbler in-einem solchen Intervall periodisch abgefragt wird,
daß bei einem auf eine maximale Kapazität begrenzten Zähler zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Abfragungen nur eine bestimmte Menge verbraucht werden kann.
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Es ist ein Ziel der Erfindung eine neue Schalteinrichtung zur Verwendung
in Zählern vorzusehen, die automatisch abgelesen werden. Die Schalteinrichtung soll
mit dem Zähler gekoppelt werden können und einen feststehenden, nicht umkehrbaren
Vorgang liefern, um eine Änderung jedes Registrierzustandes des auf eine bestimmte
Menge eingestellten Zählers anzuzeigen.
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Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die mit dem automatisch
abzulesenden Zähler gekoppelte Schalteinrichtung immer dnnn zwischen zwei Schaltzuständen
umschalten, wenn der Zähler einen bestimmten Betrag der vom Verbraucher verbrauchten
Ware registriert. Ferner soll dieneue Schalteinrichtung ein sehr kleines Drehmoment
benötigen, um eine nachteilige Beeinflussung der Zählergenauigkeit zu verhindern.
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Bei bereits bekannten automatischen Zählerablesesystemen wird ein
entweder auf Serie-oder Parallelresonanz abgestimmter Schwingkreis mit jedem Zähler
verbunden. Ein in den-Schwingkreis hinein-oder herausgeschwenktes Element liefert
das gewünschte Signal, das den Verbrauch einer bestimmten Menge der gezählten Ware
anzeigt. Beim zentralen Abfragen zeigt der Schwingkreis durch eines von zwei charakteristischen
Merkmalen den Verbrauch einer bestimmten Menge an.
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Gemäß der Erfindung wird eine neue Schalteinrichtung mit dem Zähler
und parallel mit dem Widerstand eines abgestimmten Serienresonanzkreises verbunden,
um die Güte"Q"dieses Resonanzkreises immer dann zu ändern,-wenn der Zähler den Verbrauch
einer bestimmten Menge der zu messenden Ware anzeigt.
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GemäB der Erfindung ist die zur Verwendung bei automatischen n.
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Zähler-Ablesesystemen vorgesehene Schalteinrichtung, welche einen
eingeschmolzenen Zungenschalter mit an entgegengesetzten Enden befestigten, einen
Arbeitskontakt bildenden Kontaktzungen umfaßt, bei welcher elektrische Zufiihrungsleitungen
mit den Kontakt-, zungen verbunden sind, und bei welcher auf die Kontaktzungen ein
drehbarer, in Längsrichtung magnetisierter Stabmagnet einwirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Achse des drehbaren Stabmagneten im wesentlichen durch den Bereich verläuft,
in welchem sich die Kontaktpunkte befinden, daB Antriebseinrichtungenvorgesehen
sind. un den Magnet gegenüber dem eingeschmolzenen Zungenschalterzu
verdrehen
und einerseits den Kontakt zu schließen, wenn sich dei Magnet gegenüber dem Zungenschalter
in einer im wesentlichen para-Ilelen Stellung befindet, und anderseits den Zungenschalter
zu öffnen wenn der Magnet im wesentlichen senkrecht zu dem Zungenschalter steht.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt ; es zeigen : Fig. 1 ein die Erfindung benutzendes automatisches Zähler-Ablesesystem
in schematischer Darstellung ; Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schalteinrichtung in Seitenansicht ; Fig. 3 ein in Betrieb befindliches Element
der Schalteinrichtung in Draufsicht ; Fig. 4 und 5 die erfindungsgemäße Schalteinrichtung
mit einer Kompensation in Draufsicht und Seitenansicht ; Fig. 6 und 7 die erfindungsgemäBe
Schalteinrichtung mit einer anderen. Kompensation in Draufsicht und Seitenansicht.
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Die Erfindung wird zum Zwecke der Beschreibung für den Gebrauch in
einem automatischen Zähler-Ablesesystem für ein elektrisches Verteilernetz mit einer
Vielzahl elektrischer Zählerinstallationen beschrieben. Es ist selbstverständlich,
daß sie auch für andere Zahlersysteme wie z. B. zum Registrieren von Wasser-und
Gasverbrauch Verwendung finden kann.
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In der Zeichnung sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen. In Figur 1 ist ein elektrisches Verteilersystem in schematischer Darstellung
gezeigt, bei dem eine elektrische Zählerinstallation 10 und 12 die den Verbrauchern
14 und 16 zugefuhrte elektrische Leistung mißt.
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Die dargestellte Schaltung entspricht einem Teil eines elektrischen
Verteilungssystems, das 100 Zählerinstallationen umfassen kann. Ein Drei-Phasenanschluß
18 liefert den jeweiligen Verbrauchern 14 und 16 über die Zählerinstallationen 10
und 12 eine Phase mit den üblichen Anschlußwerten von 240 Volt und 200 Ampere. Jede
Zahlerinstallation gibt ihre Meldungen an eine nicht dargestellte zentrale Stelle
über die Leitungen 20 und eine Leitungsauswahl 22.
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Jeder der Zählerinstallation 10 entsprechende Zähler umfaBt eine Signalgeberstufe
24, welche eine Schalteinrichtung 26 und einen auf Serienresonanz abgestimmten Schwingkreis
28 enthält. Die Schalteinrichtung 26 ist über eine geeignete mechanische Kupplung
34 mit einer sich drehenden leitfähigen Scheibe 30 des Induktionszählers, 32 verbunden.
Wie sich aus dem folgenden ergibt wird beim Betrieb des Zählers 32 die Schalteinrichtung
26 immer dann geöffnet und geschlossen, wenn eine bestimmte Menge Elektrizität durch
den Zähler 32 zur Last 14 geflossen ist. Der Wert der bestimmten Menge der Elektrizität
wird in Abhängigkeit von demzwischen
zwei Abfragungen liegenden
Intervallen, der maximal zulässigen Kapazität der dem Verbraucher zugeführten elektrischen
Leistung und der kleinsten einwandfreien Datenauflösung bemessen.
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Eine solche vorgegebene Menge kann eine Kilowattstunde innerhalb eines
Abfragezeitraums von 75 Sekunden sein.
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Jede Signalgeberstufe 24 muß zwangsläufig den offenen oder geschlossenen
Zustand der Schalteinrichtung 26 anzeigen. In der vorzugsweisen Ausführungsform
wird dies mit einem auf Serienresonanz abgestimmteii Schwingkreis 28 erzielt, welcher
eine Induktivität 36, eine Kapazität 38 und einen Widerstand 40 umfaßt.
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Der abgestimmte Schwingkreis 28 ist über die Abfrage-und Anzeigeleitung
20 parallel mit anderen abgestimmten Schwingkreisen geschaltet. Die Schalteinrichtung
26 ist parallel zum Widerstand 40 geschaltet und schaltet abwechselnd den Widerstand
40 in Serie mit der Induktivität 36 und der Kapazität 38, oder überbrückt den Widerstand
40. Dadurch wird die Güte"Q"des Schwingkreises 28 geändert und eine feststehende
Anzeige derZustandsänderung der Schalteinrichtung 26 geliefert. Diese Zustandsänderung
zeigt den Verbrauch eines bestimmten Anteils oder einer bestimmten Menge der zu
messenden Leistung durch den Verbraucher 14 an, die bei der vorliegenden Ausführungsform
z. B. eine Kilowattstunde elektrischer Arbeit beträgt.
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Die elektrische Schalteinrichtung ist in Figur 2 dargestellt.
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Sie umfa$t einen Zungenschalter 42, der aus einem Paar sich überlappender
magnetischer
Kontaktzungen 44, 46 besteht, die in ein hermetisch abgeschlossenes und mit Edelgas
gefülltes Glasrohr 48 an gegenüberliegenden Enden eingeschmolzen sind. Die Zungen
44, 46 sind als Arbeitskontakt angeordnet, der durch das Anlegen eines äußeren magnetischen
Feldes geschlossen werden kann. Ein sich drehender Permanentmagnet 50 ist derart
magnetisiert, daß der magnetische Fluß in seiner Längsrichtung verläuft. Der Permanentmagnet
50 ist drehbar montiert, seine Drehachse in etwa durch das Zentrum des Kontaktes
44, 46 verläuft, wie mit dem Bezugszeichen 49 angezeigt ist. Ein Getriebe 52, das
aus einem mit dem sich drehenden Magnet 50 verbundenen. Rad 54 und d einem antreibenden
Rad 56 besteht, ist mit dem nicht dargestellten Induktionszähler,-z. B. einem in
Figur 1 mit 32 bezeichneten Zähler verbunden. Es ist bekannt, daß das Getriebe des
Induktionszählers von einer Schnecke auf der Welle der sich drehenden leitenden
Scheibe angetrieben wird, und das Zählwerk antreibt. Es ist selbstverständlich,
daß der drehbare Magnet 50 ein niederes Drehmoment erfordert, damit die Genauigkeit
des Induktionszählers nicht feststellbar beeinflußt wird.
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Um den Magnet 50 drehbar zu lagern, kann eine nichtmagnetische Platte
58 vorgesehen sein. Diese Platte 58 kann an dem Zahler in'jeder beliebigen Weise
befestigt sein. Eine nicht dargestellte Bohrung ist in der Platte 58 vorgesehen,
um die Achse des drehbaren Magneten 50 aufzunehmen. Die Platte 58 ist ferner
mit
einem Paar nicht magnetischer Klammern 59 versehen. Wie in Figur 2 dargestellt,
ist der Zungenschalter 42 auf der Platte 58 mit Hilfe der Klammern 59 befestigt.
Es kann auch irgendeine andere Montage des Magneten 50 verwendet werden, um diesen
in Bezug auf den Zungenschalter 42 drehbar zu lagern.
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In Figur 3 ist der sich gegenüber dem Zungenschalter 42 verdrehende
Magnet 50 dargestellt, wobei der Zungenschalter gestrichelt eingezeichnet ist. Aus
der Darstellung ist zu entnehmen, daß der Magnet während einer Umdrehung 4 Schaltzustände
auslöst. So ist der Zungenkontakt 44, 46 z. B. geschlossen, wenn sich der Magnet
wie mit gestrichelten Linien dargestellt, direkt über dem Zungenschalter befindet.
Wird der Magnet z. B. im Uhrzeigersinn gedreht, so erreicht er eine Stellung in
welcher das Magnetfeld schwächer als die Rückstellkraft der Zungenfedern 44, 46
ist. In dieser Stellung, die in Figur 3 mit der Linie 60 angedeutet ist, öffnet
sich der Zungenkontakt schlagartig. Bei der weiteren Verdrehung des Magneten im
Uhrzeigersinn erreicht dieser einen Punkt in dem das Magnetfeld wiederum ausreicht,
um die Rückstellfederkraft der Zungen 44, 46 zu überwinden. In diesem mit der Linie
62 bezeichneten Punkt, schließt sich der Zungenkontakt 44, 46 wieder in Form einer
ibchnappbewegung. Eine weitere Verdrehung bringt den Magneten in Deckung mit der
Linie64. im Bereich derer der Widerstand der Kontaktfedern 44. 46 stärker als der
Einfluß des Magnetfeldes ist, so dal3 sich der sontakt öffnet. Schlie#lich erreicht
der Magnet beim weiteren Verdrehen
die Lage 66, in der das Magnetfald
wiederum ausreicht, um den Federkontakt 44, 46 zu schließen. So ergibt sich aus
Figur 3 daB eine Drehung des Magneten 50 um eine Achse durch den Kontaktbereich
49 der Zungen 44, 46 vier verschiedene Zustandsänderungen bewirkt.
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Aus der obigen Darstellung ergibt sich, daß um eine Zustandsänderung
pro Kilowattstunde vorzusehen, der Magnet 50 an das das Zählwerk treibende Getriebe
angelegt ist. Da die erste Zeigerwelle eines Wattstunden-Zählwerkes das-sich Ansammeln
von 10 Kilowattstunden pro Umdrehung anzeigt, beläuft sich die Rotationsgeschwindigkeit
des Getriebes zwischen der ersten Zeigerwelle und dem Magneten 50 zur Anzeige einer
Kilowattstunde fiir jede inderung des Schaltzustandes des Zungenschalters 42 auf
1/2, 5. Es ist selbstverständlich, daß die Schalteinrichtung mit einer nicht dargestellten
magnetischen Abschirmung versehen ist, um eine gegenseitige Beeinflussung der Zählerdämpfungsmagnete
des Wattstunden-Zählwerkes und des vom Magneten 50 herrührenden Magnetfeldes zu
verhindern.
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Die Länge der"AN"und"AUS"Schaltdauer des Zungenkontaktes 44, 46 kann
dadurch abgestimmt werden, daß durch Verschieben entweder des Schalters 42 oder
des Magneten 50 die Rotationsachse des Magneten 50 nicht mehr durch die Kontaktfläche
49 verläuft. Die 'tANil Schaltiauer des Kontalctes 44, 46 wird durch das Auseinanderschieberr
der Drehachse des Magneten 50 und der Kontaktflache des Kontak@es 44, 46 verkürzt.
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Die magnetische Kopplung zwischen dem Zungenschalter 42, und dem Magnet
50 erfordert ein zusätzliches Drehmoment, um den Magneten 50 aus seiner vertikalen
Lage mit Bezug auf den Zungenschalter 42 zu verschieben. Diese Drehmomentsänderung
ist verhältnismäßig klein, jedoch ist eine geringst mögliche Änderung wunschenswert.
Um die Drehmomentsänderung ohne Überbrückung des für den Betrieb nötigen Magnetflußes
wesentlich zu reduzieren, kann eine Kompensation vorgesehen sein. Eine derartige
Kompensation ist in Figur 4 und 5 dargestellt. Figur 4 zeigt eine Draufsicht und
Figur 5 eine Seitenansicht einer Schalteinrichtung 26', die-der in Figur 2 dargestellten
ähnlich ist. Diese Schalteinrichtung ist mit einer Kompensation versehen, um das
für die Drehung des Magneten 50 mit Bezug auf den Zungenschalter 42 aus der vertikalen
Lage erforderliche Drehmoment zu reduzieren. In dem abgeänderten Ausführungsbeispiel
nach den Figuren 4 und 5 ist ein magnetischer Teil 70 in der Nähe des einen Endes
der Glasröhre 48 vorgesehen. Dieser magnetische Teil 70 kann anstelle der in Figur
2 dargestellten Klammer 59 verwendet werden. Bei dieser Aufbauweise würde eine nichtmagnetische
Platte 58, eine obere nichtmagnetische Klammer 59 und eine untere magnetische Klammer
70 Verwendung finden. Die magnetische Klammer 70 wird von dem Magnetfluß des in
horizontaler Lage befindlichen Magneten 50, wie mit gestrichtelten Linien dargestellt,
durchsetzt. Dies zielt darauf ab, den magnetischen Widerstand des Magnetflußes in
allen Lagen des Magnaten 50 auszugleichen, bomit vermindert die
magnetische
Klammer 70 das erforderliche Drehmoment, um den Magneten 50 aus seiner vertikalen
Lage zu bewegen, in welcher er sich in einer mit den Zungen 44 und 46 übereinstimmenden
Richtung befindet.
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Eine zweite Art der Kompensation kann aus einer in den Figuren 6 und
7 dargestellten Ummantelung bestehen. Figur 6 stellt eine Draufsicht und Figur 7
eine Seitenansicht der abgeänderten Schalteinrichtung dar. Wie im einzelnen dargestellt,
ist die Schalteinrichtung 26"mit einer magnetischen Kompensation in Form einer vertikalen
Ummantelung 72 und einer horizontalen Ummantelung 74 versehen. Die vertikale Ummantelung
72 besteht aus gekrümmten, an den gegenüberliegenden Enden der Robre 48 angebrachten
magnetischen Teilen 72, die vorzugsweise an der nichtmagnetischen Platte 58'befestigt
sind-. Es ist selbstverständlich, daß die magnetischen Teile 72 den Magnetfluß vom
Magneten 50 zu dem Zungenschalter 42 übernehmen und fur den"AN"Zustand des Zungenschalters
42 einen getrennten magnetischen Kreis bilden. Die Ummantelung 74 besteht in ihrer
Gesamtheit aus einem magnetischen Material und umfaßt 2 gekriimmte Teile 76, die
durch eine Platte 78 miteinander verbunden sind. Wie aus Figur 6 entnommen werden
kann, wird beim Verschieben des Magneten 50'aus seiner vertikalen in die horizontale
Lage der Verlauf des Magnetflusses geändert, und zwar verläuft er nicht mehr durch
die Ummantelung 72 und den Zun@enschalter 42, sondern durch die Ummantelung 74.
Der f
magnetische Fluß durch die Ummantelung 74 verläuft quer zum
Zungenschalter 42, und entspricht der"AUS"Lage des Schalters. Die beschriebene vorzugsweise
Kompensation kann selbstverständlich auch durch andere Arten von Kompensationen
ersetzt werden. l'atentansprüche :