DE2147430A1 - Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers, insbesondere eines Elekttizitätszählers - Google Patents

Description

Westinghouse Erlangen 17.9.1971

Electric Corporation Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichens VPA 71/8328 Hs/Fa

Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers, insbesondere eines Elektrizitätszählers

Es wird die Priorität der USA-Anmeldung Serial Uo. 085 514 vom 30.10.1970 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers, insbesondere eines Elektrizitätszählers, unter Verwendung eines Analog-Digital -Wandlers, der die analoge Winkelstellung des Zählers in ein digitales Ausgangssignal umwandelt, welches zur Fernabfrage und Pernübertragung geeignet ist, wobei der Analog-Digital-Wandler leitende und nichtleitende Flächen aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet sind, daß mehrere konzentrisch verlaufende Spuren aus leitenden und nichtleitenden Segmenteil entsbehen, denen eine drehbare Bürstenanordnur^; zugeordnet ist.

Es ist ein Analog-Digital-Wandler bekannt geworden (US-Patentschrift 3 299 423), bei dem auf einem scheibenförmigen Träger derart mehrere leitende Flächen angeordnet und ausgebildet sind, daß mindestens vier konzentrisch verlaufende Spuren entstehen, die von einer Burstenanordnung mit vier Kontaktfedern abgetastet werden. Die scheibenförmigen Träger sind unmittelbar mit den Achsen der Ziffernrollen gekuppelt, so daß sichergestellt werden muß, daß vor einer Abfrage die Ziffernrollen keine Zwiiterstellung einnehmen. Außerdem sind derartige Wandler kompliziert im Aufbau und in der Herstellung und zudem störanfällig wegen der Vielzahl von Kontaktstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß nicht nur deren Aufwand sondern auch deren Störanfälligkeit wesent-

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lieh vermindert werden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die nichtleitenden und leitenden Flächen derart angeordnet und geformt sind, daß zwei konzentrisch verlaufende Spuren aus leitenden und nichtleitenden Segmenten für zwei drehbare Bürsten entstehen, und daß jede leitende Fläche über eine Abfrageleitung mit einem Kontakt einer Abfragevorrichtung verbunden ist, und daß die Kontakte der Abfragevorrichtung nach einem Abfragesignal mit Hilfe einer motorisch angetriebenen Bürste nacheinander abfragbar sind. Gegenüber der bekannten Anordnung ist also die Zahl der Spuren und Kontaktfedern auf die Hälfte vermindert.

Die Abfragevorrichtung stellt Ausgangsimpulse zur Verfügung, welche zu einer Zentralstation überxragen werden, z.B. über eine Telefonleitung.

Teile des Wandlers, der Steuerung und der Abfragevorrichtung sind als gedruckte Schaltungen ausgebildet.

Anhand der Zeichnung, in der ein Auaführungsbeispiel z.T. schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Zählerabfrage system gemäß der Erfindung, Fig. 2 und 3 Ansichten von Kontaktbürsten.

Das"System kann derart ausgebildet sein, daß eine gewünschte Zahl von Zählern abgelesen werden kann. Der Übersicht halber sind nur drei Zähler WM1, V/M2 und WM3 dargestellt, die abgelesen v/erden sollen. Die Zähler können verschiedene Größen messen, wie Wasser, Gas oder Elektrizität.

Im vorliegenden Falle wird angenommen, daß alle Zähler Watt- _: Stundenzähler sind und mit Impulsgebern ausgestattet sind. Die herkömmlichen Impulsgeber können entweder vom-Zweileitertyp oder vom Dreileitertyp sein. Im vorliegenden Fall hat der Watt-Stundenzähler WM1 einen beweglichen Kontakt, welcher■ mit

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einer Klemme K1 verbunden ist. Ein feststehender Kontakt ist mit einer Klemme Z1 und ein zweiter feststehender Kentakt mit einer Klemme Y1 verbunden. Der bewegliche Kontakt befindet sich gemäß Fig. 1 in der oberen Stellung, in der die Klemme K1 und Z1 miteinander verbunden sind. Nachdem der bewegliche Kontakt in diese Stellung bewegt worden ist, verbleibt er in der dargestellten Lage solange, bis ein vorbestimmter Betrag von Energie von dem Watt-Stundenzähler gemessen worden ist; danach wird der Kontakt in seine untere Stellung bewegt, in der die Klemmen Y1 und K1 miteinander verbunden sind. Der bewegliche Kontakt verbleibt in der unteren Stellung wiederum solange, bis der Kilowatt-Stundenzähler WM'* einen bestimmten Betrag gemessen hat. Danach kehrt der bewegliche Kontakt wiederum in seine untere Stellung zurück. Die Watt-Stundensähler 7/1*12 und Y/K3 sind in gleicher Weise mit Kontaktgebern versehen, die mit entsprechenden Kontakten Y2, K2 und Z2 bzw. Y3, K3 und Z3 verbunden sind.

Pulse der Zähler WM1 , \W.2 und V/M3 bewirken eine Drehung der Wellen der Motoren 31-1» 31-2 und 31-3. Die Motoren steuern wiederum Analog-Digital-Wandler 33-1, 33-2 und 33-3· Nachdem _tiedsr Zähler in gleicher Weise mit einem Motor und Wandler vereinigt iso, genügt die Beschreibung der T/irkungsweise des Zählers ΊΥΜ1 mit seinem Motor 31-1 und Wandler 33-1· Der Lauf des Zählers 7/!«1 bewirkt eine Verbindung der Wicklung des Motors 31-1 nit den Klenuaen V und K1, an welchen beispielsweise eine Wechselspannung von 24 V und 60 hs angeschlossen ist.

Bei jeder Kontaktbewegung des Zählers WM1 wird der Betrag der Bewegung der Welle des Motors 31-1 bestimmt durch eine Steuervorrichtung 35-1, welche drei konzentrisch zur Antriebswelle angeordnete elektrisch leitende Spuren aufweist. Die innerste Spur 35-1G ist ein geschlossener Ring. Die mittlere Spur 35—Ii¹ und die äußerste Spur 35-1E sind gegeneinander versetzt und erstrecken sich etwas mehr als um 180 .

Die Welle des Motors 31-1 dreht eine Bürstenanordnung 35-1A, an welcher drei Bürsten.35-1W, 35-1W¹ und 35-1W" ausgebildet

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sind. Mg. 3 zeigt diese Bürstenanordnung. Sie weist eine Mittelbohrung auf zur Aufnahme der Antriebswelle des Motors 31-1. Die einzelnen Bürsten sind in Richtung ihrer zugeordneten Spuren abgebogen. Die Bürste 35-1W ist ständig in Eingriff mit der Ringspur 35-1G. Die Bürsten 35-1W' und 35-1W" können mit ihren zugeordneten Spuren 35-1E und 35-11* über mehr als 180° in Eingriff treten.

Die Steuervorrichtung 35-1 steuert also den zugeordneten Motor 31-1 derart, daß er bei jedem Kontaktwechsel des "Zähl.ers eine halbe Umdrehung ausführt. Es wird angenommen, daß sich die Teile in der Stellung gemäß Fig. 1 befinden und daß sich danach der bewegliche Kontakt des Watt-Stundenzählers WM1 nach unten bewegt und den feststehenden Kontakt berührt. In diesem Falle ist der Motor 31-1 mit der 24-V-Spannung verbunden, und zwar über folgenden Stromkreis:

Von Klemme K1. über unteren Kontakt des 7r^ratt-Stundenzählers WivI1 , Klemme Y1, Spur 35-1F, Bürsten 35-1W" und 35-1W, Spur 35-1G, Wicklung des Motors 31-1» einer kurzen leitenden Spur 37A einer Abfragevorrichtung 37» einer Bürste 37V/ und einer Spur 37B der Abfragevorrichtung 37 zur zweiten Klemme V der Spannungsquelle . Der Läufer des Motors 37-1 dreht sich demzufolge in entgegengesetztem Uhrzeigersinn um 180 . Der Motorstromkreis wird unterbrochen, sobald die Bürste 35-1W" die Spur 35-1P verläßt. Zur gleichen Zeit tritt die Bürste 35-IvV mit der Spur 35-1E in Eingriff und bereitet die nächste Schaltung vor.

Sobald der bewegliche Kontakt des Watt-Stundenzählers ViTM 1 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zurückkehrt, wird folgender Stromkreis des Motors 31-1 geschlossen;

Von der Klemme K1 über die Kontakte des Ti/att-Stundenzählers TIWJ1, Klemme Z1, Spur 35-1E, Bürsten 35-1W und 35-1W, Spur 35-1G, Wicklung des Llotors 31-1, Spur 37A, Bürste 37V/, Spur 37B zur zweiten Klemme V der Spannungsquelle. Der Motor dreht sich nun wiederum um 180° entgegen dem Uhrzeigersinn. An diesem Punkt verläßt die Bürste 35-1W die Spur 35-13 und unterbricht den

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Erregerstromkreis des Motors. Die Bürste 35-1W" tritt nun mit der Spur 35-1I¹ in Verbindung und bereitet die anschließende Erregung des Motors vor. Auf diese Weise wird jeder Wechsel der Kontaktstellung des Zählers WM1 in eine 180°-Drehung der Welle des Motors 31-1 umgewandelt.

Bei jeder Umdrehung der Welle des Motors 31-1 wird eine Welle 33-1S des Wandlers 33-1 um 1/10 von einer Umdrehung der Welle gedreht. Vorzugsweise wird diese Bewegung der Welle sprungweise mit Hilfe eines Malteserkreuz-Getriebes 39 bewerkstelligt. Die Welle 33-1S besteht aus elektrisch leitendem Material unl trägt zwei elektrisch leitende Bürstenfinger 33-1W und 33-1B. Der Bürstenfinger 33-;W ist von der Welle 33-1S weiter entfernt als der Bürstenfinger 33-1B. Die Bürsten folgen also demnach zwei konzentrischen Spuren. Pig. 2 zeigt diese Bürste im vergrößerten Maßstab. .

Durch die schrittweise Betätigung der Welle 33-1S nehmen die Bürstenfinger 33-1Vf und 33-1B aufeinanderfolgend zehn Stellungen ein, welche in Fig. 1 mit 0 bis 9 bezeichnet sind. Jede dieser Stellung bzw. jeder dieser Schritte stellt eine bestimmte Zahl von Kilowatt-Stunden dar, die durch den Watt-Stundenzähler WIJI gemessen werden. Im vorliegenden Pail wird angenommen, daß jode Stellung der Bürsten Einheiten von Kilowattstunden darstellt.

Um die analoge Stellung der Welle 33-1S in einen geeigneten binären Code umzuwandeln, sind die Bürsten 33-1Vf und 33-1B so angeordnet, daß sie elektrisch leitende Segmente A, B, C und D über die Welle 33-1S mit einem herkömmlichen Stromkreis verbinden. Wenn ein Segment nicht über eine Bürste verbunden ist, dann führt es ein NuIl-Bit-Signal. Y/enn jedoch ein Kontaktsegment mit einer Bürste verbunden ist, so führt es ein Ein-Bit-Signal. Die Signale der Segmente für die zehn Stellungen der Welle 33-1S sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

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	2147430	B	C	Segmente
	71/8328	1	1	D
	signalführende	1	O	O
VPA	A	1	O	1
	O	O	O	O
O	O	O	O
1	O	1	1
1	O	O	O
1	1	O	1
O	O	1	O
O	O	1	O
O	1
1
O

Stellung der Bürste 33-1W

O
1
2
3

4
5

7
8

Durch die Form der Segmente, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist es möglich, mit nur zwei Bürsten 33-1W und 33-1B die in der vorstehenden Tabelle zusammengestellten Signale zu erzeugen. Diese Segmente sind so angeordnet, daß sie mit einer Ablagevorrichtung 37 abgefragt werden können. Zu diesem Zweck weis" die Abfragevorrichtung 45 Kontakte 37-1 bis 37-45 auf, welche kreisförmig in einer Spur angeordnet sind. Sie können mit der Bürste 37W aufeinanderfolgend abgefragt werden, unter Zuhilfenahme einer bogenförmigen elektrisch leitenden Spur 37B¹. Es wird bemerkt, daß die Spuren 37B und 37B^f denselben Radius in

Bezug auf die Achse der Abfragevorrichtung 37 aufweisen, jedoch einen bestimmten Winkelbetrag gegeneinander versetzt sind. 3s wird ferner bemerkt, daß die Spur 37A und die Kontakte 37-1 bis 37-45 denselben Radius aufweisen, jedoch voneinander getrennt sind.

Bei einer Drehung der Bürste 37W im Uhrzeigersinn berührt sie als erstes den Kontakt 37-1, wodurch eine Steueroperation ausgelöst wird, beispielsweise um einen Apparat in der Zentralstation zu synchronisieren, welcher beispielsweise einen entsprechenden Decoder aufweisen kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Segmente A, B, C

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und D des Wandlers 33-1 mit den Kontakten 37-3, 37-15, 37-5 und 37-4 verbunden. Bei Jeder Umdrehung der Bürste 37W im Uhrzeigersinn werden die Segmente A, D, C und B des Wandlers 33-1 aufeinanderfolgend über die Bürste 37W und die Spur 37B¹ mit der ersten Ausgangsklemme B1 verbunden. Die zweite Ausgangsklemme B2 kann mit Teilen, z.B. der Welle 33-1S, über einen einpoligen Umschalter SW verbunden sein. Die an den Ausgangsklemmen B1 und B2 auftretenden Signale können beispielsweise über Telefonleitungen zu einer Zentrale oder einer Empfangsstation 41 übertragen werden. Bei jeder Abfrage oder bei jedem AbfrageVorgang bewirkt jedes Kontaktsegment, das ein Ein-Bit-Signal führt, einen Kontaktschluß der Ausgangsklemmen B1 und B2. Die Zentralstation ist so ausgebildet, daß sie auf einen solchen Kontaktschluß reagiert.

Palis eine definierte Spannung erwünscht ist zum Zvrecke der Darstellung eines Ein-Bit-Signals, kann der Schalter SW in seine andere obere Stellung umgelegt werden, wodurch eine Batterie BAT in den über die Klemmen B1 uri. B2 geführten Stromkreis eingeschaltet wird. Mit dieser Anordnung wird der Zentralstation eins bestimmte Spannung zur Verfügung gestellt, wenn ein abgefragtes Segment ein Ein-Bit-Signal führt.

Die Zentrale kann die übertragene Information auf verschiedene Weise verarbeiten. Beispielsweise kann die übertragene Information aufgezeichnet werden oder sie wird unmittelbar einem Computer zur Auswertung zugeführt.

Dem Wandler 33-1 ist ein "Zehner"-Wandler 33-1A und ein "Hunderter"-V/andler 33-1B nachgeschaltet, die in gleicher Weise aufgebaut sind. Die Wandler sind so miteinander gekuppelt, daß bei jeder Umdrehung der Welle 33-1S sich die Welle 33-1AS des Wandlers 33-1A um 1/10 einer Umdrehung und bei jeder Umdrehung der Welle 33-1AS die Y/elle 33-1BS des Wandlers 33-1B um 1/10 einer Umdrehung dreht. Es versteht sich von selbst, daß auch die Vf'ellen der Wandler höherer Ordnung sprung- oder schritt-

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weise weitergesehaltet werden. Wie aus !Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Segmente der Wandler höherer Ordnung mit separaten Kontakten der Kontaktgruppe 37-1 "bis 37-45 verbunden.

Auch sonst sind die Wandler höherer Ordnung in gleicher Weise wie der Wandler 33-1 ausgeführt. In entsprechender Weise sind auch die Wandler 33-2 und 33-3 ausgebildet und geschaltet.

Die Kontaktbürste 37W wird von einem Abfragemotor 45 betätigt. Ein Ende der Wicklung des Abfragemotors ist mit der Klemme K1 verbunden, während das andere Ende der Wicklung des Motors 45 mit der Klemme V über einen Druckschalter 47 oder einen Kontaktsatz 49 verbunden ist. Wenn ein Abfragevorgang erwünscht ist, werden die Kontakte 49 von der Zentrale aus geschlossen, und zwar kurzzeitig für ungefähr 2 see.

Sobald der Abfragemotor sich in Bewegung gesetzt hat, dreht er eine Bürste 37M relativ zu zwei konzentrisch angeordneten, elektrisch leitenden Spuren 37G und 37D zum Zwecke der Aufrechterhaltung seiner Drehbewegung für ungefähr eine Umdrehung, Die Spur 37D ist ein kontinuierlicher Ring und ist mit der Klemme B4 verbunden. Die Spur 37G ist ebenfalls ringförmig, weist jedoch einen kleinen kontaktfreien Sektor auf, in welchen die Bürste 3711 gelangt, wenn der Abfragemotor 45 in Ruhe ist. Die Spur 37G ist mit der Klemme B5 verbunden.

Nach dem Schließen des Schalters 47 oder der Kontakte 49 wird der Abfragemotor 45 gestartet. Nach einer Drehung von wenigen Graden überbrückt die Bürste 37M die Spuren 37C und 37D und damit auch die Klemmen B4 und B5· Die ε bewirkt, daß der Schalter 47 oder die Kontakte 49 wieder freigegeben werden können. Der Abfragemotor setzt seine Drehung solange fort_} bis die Bürste 37M wieder in den kontaktfreien Sektor der Spur 37C zurückgeführt worden ist.

Etliche der Kontakte 37-37 bis 37-45 sind für die Kennung

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des Zählers vorgesehen. Einer dieser Kontakte kann ü"ber geeignete lösbare Verbindungen 50 durch den Schalter SW mit der Klemme B2 zum Zwecke der Identifizierung des oder der abzufragenden Zähler verbunden sein.

Die Spuren 35-1E, 35-1F und 35-1G· der Steuervorrichtung 35-1 und die ähnlichen Spuren der übrigen Steuervorrichtungen zusammen mit den Spuren 37A, 37B, 37B^f, 37C und 37D der Abfrage vor richtung und die Segmente der Wandler zusammen mit Leitungen für die Spuren und Wandlersegmente sind vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material gebildet, das auf einer Tafel 51 aus Isolationsmaterial gedruckt ist.

Wenn ein Abfragevorgang erwünscht ist, werden die Kontakte 49 geschlossen, um den Abfragemotor 45 an Spannung zu legen. Dies bewirkt eine Drehung der Bürsten 37B und 37B im Uhrzeigersinn in Bezug auf Pig. 1. Die Bürste 37M überbrückt schnell die Spuren 37C und 37D, um einen Nebenweg für die Kontakte 49 zu schaffen, damit der Motor eingeschaltet bleibt. Bei kontinuierlicher Drehung des Abfragemotors 45 tritt die Bürste 37.Ϋ aufeinanderfolgend mit den Kontakten 37-1 bis 37-38 in Wirkverbindung. Jede Verbindung der Bürste 37W mit einem dieser Kontakte bewirkt einen Kontaktschluß oder die Übertragung eines Ein-Bit-Signals in die Zentrale. Es wird wiederholt, daß die Information aus den Kontakten 37-38 bis 37-45 dazu dient, den oder die abgefragten Zähler zu identifizieren.

Der Abfragemotor setzt seine Tätigkeit fort, bis die Bürste 37IvI von der Spur 37C abgeleitet und damit den Motorstromkreis des Abfragemotors unterbricht. Nach dieser Unterbrechung verbleibt der Abfragemotor solange in Ruhe,bis ein anderer Abfragevorgang eingeleitet wird.

Es wird bemerkt, daß die Erregung der Motoren 31-1» 31-2 und 31-3 durch die Spuren 37A und 37B und die Bürste 37W bewirkt wird. Wenn" eine Abfrage oder ein AbfrageVorgang eingeleitet ist,

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läuft die Bürste 37W von den Spuren 37A und 37B, bevor die Wandler abgefragt werden. Aus diesem Grunde kann ein Wandler· seine Stellung während der Abfrage nicht unterbrechen.

Nach einer Abfrage oder nach einem Abfragevorgang setzt der Watt-Stundenzähler seine Tätigkeit fort, Jeder Impuls von einem der Watt-Stundenzähler schaltet seinen mit ihm vereinigten Wandler um 1 Einheit in der zuvor beschriebenen Yfeise fort.

7 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (1)

1. Patentansprüche

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   Ί» Einrichtung zur Abfrage und Fernübertragung des Standes eines Zählers, insbesondere eines Elektrizitätszählers, unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers, der die analoge Winkelstellung des Zählers in ein digitales Aus-■ gangssignal umwandelt, welches zur Fernabfrage und Fernübertragung geeignet ist, wobei der Analog-Digital-Wandler leitende und nichtleitende Flächen aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet sind, daß mehrere konzentrisch verlaufende Spuren aus leitenden und nichtleitenden Segmenten entstehen, denen eine drehbare Bürstenano.rdnung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitenden und leitenden Flächen (A, B, C, D) derart angeordnet und geformt sind, da3 zwei konzentrisch verlaufende Spuren aus leitenden und nichtleitenden Segmenten für zwei drehbare Bürsten (33-1W, 33-1B) entstehen, und daß jede leitende Fläche (A, B, C, D) über eine Abfrageleitung mit einem Kontakt (37-3, 37-14, 37-5» 37-4) einer Abfragevorrichtung (37) verbunden ist, und da.3 die Kontakte der Abfragevorrichtung nach einem Abfrage signal mit Hilfe einer motorisch angetriebenen Bürste (37W) nacheinander abfragbar sind.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Welle der Abfragevorrichtung (37) zwei Kontaktbahnen (37C, 37D) zur Steuerung der Selbsthaltung eines Abfragemotors (45) ari5eordnet sind.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Zählers (WM1) mit Impulsgeber eine Steuervorrichtung (35-1) vorgesehen ist, die bei jedem Impuls eine vorbestimmte Winkeldrehung des Analog-Digital-Wandlers (33-1) veranlaßt.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (35-1) konzentrisch um eine Drehachse angeordnete Kontaktspuren (35-1G) bzw. Kontaktsegmente

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   .(35-1E, 35-1P) enthält, die mit Kontaktfingern (35-1W, 35-1W¹ , 35-1W'¹) einer drehbaren Bürstenanordnung (35-1A) derart zusammenwirken, daß bei einem Impuls des Zählers (1M1.) ein Steuermotor (31-1) für eine vorbestimmte Winkeldrehung an Spannung bleibt.

   .5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeldrehung des Analog-Digital-Wandlers (33-1) sprungweise, z.B. über ein Malteserkreuzgetriebe (39) von dem Steuermotor (31-1) erfolgt.

   6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die motorisch angetriebene Bürste (37W) der Abfragevorrichtung (37) in der Ausgangsstellung zwei Kontaktsegmentspuren (37A, 37B) überbrückt, über die der Erregerstromkreis des Steuermotors (31-1) bzw. der Steuermotoren (31-1, 31-2, 31-3) der Steuervorrichtung (35-1) bzw. Steuervorrichtungen (35-1, 35-2, -35-3) geführt ist.

   7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile des Analog-Eigital-Yfandlers (33-1) der Steuervorrichtung (35-1) und der Abfragevorrichtung (37) als gedruckte Schaltung ausgebildet sind.

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