DE2937949C2 - Elektronischer Betriebsstundenzähler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Betriebsstundenzähler mit einem Ssromwandler, dessen Primärseite im Lastkreis eines Verbrauchers liegt und dessen Sekundärseite eine Auswertungsschaltung speist, durch die über eine steuerbare Schalteinrichtung eine Zähleinrichtung, die einen ein Zählwerk antreibenden Synchronmotor umfaßt, der durch die steuerbare Schalteinrichtung mit der Wechselspannungsquelle verbindbar ist und deren Inhalt somit proportional zur Einschaltdauer ansteigt, für die Dauer des im Lastkreis fließenden Stromes einschaltbar ist.

Ein derartiger Betriebsstundenzähler ist aus der DE-OS 28 12 475, insbesondere aus Fig.5 und dem zugehörigen Beschreibungsteil, bekannt Hierbei speist die Sekundärseite des im Lastkreis eines Verbrauchers liegenden Stromwandlers eine nicht näher ausgeführte Auswertungsschaltung, durch die ein Schalter betätigbar ist, der den Stromkreis eines an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Synchronmotors, der als Zeitmeßglied dient, geschlossen wird. Nähere Einzelheiten über die Gestaltung der Auswertungsschaltung und ihre Verbindung mit der steuerbaren Schalteinrichtung sind hieraus nicht entnehmbar. In F i g. 6 der genannten DE-OS 28 12 475 ist eine alternative Ausführungsform eines Betriebsstundenzählers dargestellt, hierbei speist die Sekundärwicklung des Stromwandlers über eine Diode einen Optokoppler eine nur als Block dargestellte und nicht näher ausgeführte Auswertungsschaltung, deren Speisespannung über einen an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Gleichrichter gewonnen wird und die ausgangsseitig einen nicht näher beschriebenen Motor speist, der wahrscheinlich ein Schrittmotor sein dürfte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konkreten, mit geringem schaltungstechnischen Aufwand realisierbaren Betriebsstundenzähler der eingangs genannten Art anzugeben, der eine hohe Betriebssicherheit aufweist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswertungsschaltung eingangsseitig einen Gleichrichter aufweist, der einen als Speicher dienenden entladbaren Kondensator speist und daß die Schalteinrichtung ein durch die Ausgangsspannung des Kondensators steuerbares Schaltelement aufweist

Der Verbraucher kann ein ein- oder dreiphasiger Wechselstromverbraucher sein. Entsprechend ist der Stromwandler ein- oder dreiphasig ausgebildet Im Falle einer Gleichstromlast ist ein Gleichstromwandler einzusetzen. Die sekundärseitige Ausgangsspannung des Stromwandlers ist einem Gleichrichter zugeführt, der im Falle der einphasigen Wechselstromlast im einfachsten Falle eine Diode ist, der aber auch als Brückenschaltung für eine Zweiweggleichrichtung ausgeführt sein kann. Im Falle eines dreiphasigen Wechselstromverbrauchers sind die drei Ausgangsspannungen des Stromwandlers beispielsweise einem

Gleichrichter in Mittelpunktsschaltung oder einer dreiphasigen Bröckensehaltung zugeführt Die Ausgangsspannung des Gleichrichters lädt den Kondensator auf, aus dem die Ansteuerenergie für ein steuerbares Schaltelement der Schalteinrichtung entnommen wird. Als steuerbares Schaltelement kommen alle Arten solcher Schaltelemente in Frage, beispielsweise auch Relais oder Triacs. Mit der Betätigung der Schalteinrichtung wird der zur Zähleinrichtung gehörige Synchronmotor in Gang gesetzt und treibt ein Zählwerk an, das beispielsweise als kumulierendes Rollenzählwerk ausgebildet sein kann. Der Synchronmotor kann durch eiae einphasige oder eine dreiphasige Wechselspannung gespeist sein. Die Schalteinrichtung ist demzufolge als einphasige oder dreiphasige Schalteinrichtung ausgeführt Der Stromwandler ist so dimensioniert, daß bereits bei dem kleinsten Strom, der den Betriebsstundenzähler zum Ansprechen bringen soll, eine zur Betätigung der Schalteinrichtung ausreichende Spannung am Kondensator aufbaubar ist Der Ladestrom des Kondensators und die Kapazität des Kondensators sind hierbei so aufeinander abgestimmt, daß nur ein nicht ins Gewicht fallender zeitliche; Verzug zwischen der Inbetriebnahme des Verbrauchers und der Betätigung der Schalteinrichtung auftritt. Nach Abschalten des Verbrauchers wird der Kondensator schnell entladen, so daß mit nicht ins Gewicht fallendem zeitlichen Verzug über die Schalteinrichtung die Zähleinrichtung abgeschaltet wird. Der vorliegende Betriebsstundenzähler ist aus einfachen, kostengünstigen Bauelementen erstellt so daß nur geringe Fertigungskosten auftreten.

Es ist vorteilhaft wenn parallel zum Kondensator ein spannungsbegrenztes Bauelement angeordnet ist Ein solches Bauelement ist beispielsweise eine Zener-Diode. Dadurch wird der Kondensator gegen Überspannung geschützt Gleichzeitig ist damit die Eingangsspannung für das steuerbare Schaltelement der Schalteinrichtung nach oben hin begrenzt. In einer alternativen Ausführungsform kann parallel zum Steuereingang des steuerbaren SJialtelementes ein spannungsbegrenztes Bauelement angeordnet sein. In diesem Fall ist der Steuereingang des steuerbaren Schaltelementes gegen Überspannung geschützt, nicht jedoch der Kondensator. Als spannungsbegrenzendes Bauelement kann außer beispielsweise einer Zener-Diode auch eine Reihenschaltung von Dioden dienen, wobei die Spannungsgrenze durch die Summe der Diodenschwellwerie vorgegeben ist

Zur Spannungsanpassung der Ausgangsspanniing des Kondensators an die am Steuereingang des steuerbaren Schaltelementes erforderliche Steuerspannung kann parallel zum kondensator ein Spannungsteiler angeordnet sein, dessen Abgriff mit dem Steuereingang des steuerbaren Schaltelementes verbunden ist. Über den Spannungsteiler wird bei Ausschalten des Verbrauchers der Kondensator schnell entladen und damit die Steuerspannung für das steuerbare Schaltelement schnell abgebaut.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Schalteinrichtung als steuerbares Schaltelement einen Halbleiterschalter enthält und eine Gleichrichterbrücke aufweist, die antiparallel zum Halbleiterschalter angeordnet ist, und daß der Synchronmotor einseitig mit den WechselspannungsanscMüssen der Gleichrichterblücke verbunden is». Die Gleichrichterbrücke ist aus Dioden als ungesteuerte Halbleiterbauelemente aulgebaut. Mit dem Einschalten des Halbleiterschalter!» als einzigem steuerbaren Element der Schalteinrichtung ist der Synchronmotor an eine dreiphasige Wechselspannung anschaltbar. Diese Schalteinrichtung ist aus kostengünstigen handelsüblichen Bauelementen herstellbar und bietet eine hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer, da keinerlei verschleißgefährdeten Elemente benötigt werden. Durch die Wahl eines Halbleiterschalters als steuerbares Schaltelement ist die erforderliche Ansteuerleistung

in sehr gering, so daß auf Seiten der die Ansteuerleistung erbringenden Auswertungsschaltung nur ein geringer Energieverbrauch und keinerlei Probleme auftreten.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Gleichrichterbrücke als Graetzschaltung ausgeführt ist, daß der Synchronmotor ein Einphasenwechselstrommotor ist, der einseitig mit dem einen Wechselspannungsanschluß der Gleichrichterbrücke verbunden ist und daß der andere Wechselspannungsanschluß an den Nulleiter angeschlossen ist Diese auf eine einphasige Wechselspannung zum Antrieb des Synchronmotors abgestellte Ausfüh--.«ngsform ist besonders kostengünstig, da die Graetzscbaltung gegenüber einer Drehsrrombrücke mit nur vier Gleichrichterbausteinen, hier Dioden, auskommt.

Es ist vorteilhaft wenn als Halbleiterschalter ein Schalttransistor oder ein Thyristor dient Derartige Halbleiterschalter benötigen lediglich eine geringe Ansteuerleistung und weisen keinerlei Verschleiß auf.

Es ist günstig, wenn als Stromwandler ein sättigbarer Stromwandler eingesetzt ist Wenn der Stromwandler in die Sättigung getrieben ist, steigt bei steigendem Primärstrom zwar noch der Spitzenwert der Sekundärspannung, die Spannungszeitfläche nimmt jedoch nur noch wenig zu. Damit ist die Gefahr einer Überladung des Kondensators weitgehend ausgeschlossen.

Zur Kenntlichmachung des Betriebszustandes des Betriebsstunderizählers ist es vorteilhaft, in den die Gleichrichterbrücke mit dem Halbleiterschalter verbindenden Leitungszug eine Leuchtdiode einzufügen.

Wann immer die Zähleinrichtung durch Einschalten des Halbieiterschalters ihren Betrieb aufnimmt, ist zwangsläufig auch die Leuchtdiode stromdurchflossen, so daß der Einschaltzustand des Betriebsstundenzählers optisch signalisiert ist. Die Leuchtdiode wird hierbei nur mit Gleichstrom beaufschlagt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Für das Ausführungsbeispiel wurde ein einphasiger Wechselstromverbraucher L gewählt, der einerseits mit dem Nulleiter Mp des speisenden Netzes, andererseits über die Primärwicklung Wl des Wandlers Wmitdem Phasenleiter Ph über der Schalter 51 verbindbar ist. Der K:i Einschalten des Verbrauchers L in der

"■> Sekundärwicklung VV2 des Stromwandlers WfUeßende Strom wird durch di; als Gleichrichter dienende Diode Vl gleichgerichtet und dem als Speicher dienenden Kondensator Cl zugeführt. Wenn der die Sekundärwicklung W2 durchfließende Strom hinreichend hoch ist und die Kapazität des Kondensators Ci hinreichend klein* erfolgt mit dem Einschalten des Schalters 51 ein sehr schneller Spannungsanstieg am Konden.«atur Cl. Zur Begrenzung der Spannung am Kondensator Cl ist parallel zu diesem als spannungsbegrenzendes Bauelement eine Zener-Diode V2 geschaltet. Parallel zum Kondensator Cl und zur Zener-Diode V2 ist ein aus den Widerständen R 1 und Λ 2 bestehender Spannungsteiler angeordnet. Der mit G bezeichnete Abgriff dieses

Spannungsteilers ist mit der Steuerelektrode des als steuerbares Schaltelement eingesetzten Thyristors V3 verbunden. Der Kathodenanschluß des Thyristors V3 ist mit dem dem Abgriff G abgewandten Ende des Widerstandes R 2 verbunden. Alternativ zum Einsatz der Zener-Diode V2 kann parallel zum Widerstand R 2 als spannungsbegrenzendes Bauelement die Serienschaltung der Dioden V2I und V22 eingesetzt sein, wobei die Summe der Diodenschwellwerte die Spannungsbegrenzung vorgibt. Das aus den Dioden V21 und V 22 bestehende spannungsbegren/ende Bauelement ist in der Figur gestrichelt eingezeichnet. Durch diese Dioden wird allerdings lediglich der .Steuereingang des Thyristors V3 gegen Überspannung geschützt, nicht jedoch der Kondensator Cl. Die mit einer gestrichelten Umrahmung versehenen Bauelemente Vl. C 1. R I. R 2 und V2 bzw. V21 und V22 stellen die Auswertungsschaltung A dar.

si* LULiiiaiia guiitniit

ist mit 5 bezeichnet. Sie umfaßt den Thyristor V3. zu dem eine aus den Dioden V4 bis V7 bestehende Diodenbrücke in Graetzschaltung antiparallel angeordnet ist. d. h. die Kathoden der Dioden V4 und V'5 sind mit der Anode des Thyristors V3 verbunden, wohingegen die Anoden der Dioden V6 und V7 mit der Kathode des Thyristors V3 verbunden sind. Die Verbindungspunkte der Kathoden der Dioden V4 und V5 sowie die Verbindungspunkte der Anoden der Dioden V6 und V7 stellen die Gleichspannungsanschlüsse der Gleichriclnerbrucke dar. Anstelle des Thyristors V 3 kann auch ein Schalf.ransistor eingesetzt sein.

In dem Leitungszug, der diese Gleichspannungsanschlüsse mit der Schaltstrecke des Thyristors V3 verbindet, ist eine Leuchtdiode LED angeordnet. Hierbei ist es wichtig, daß die Leuchtdiode LED nicht zwischen der Kathode des Thyristors V3 und dem kathodenseitigen Anschluß 1 der Auswertungsschaltung A liegt, da sonst der Diodenschwellwert der Leuchtdiode LED eine Erhöhung der erforderlichen Steuerspannung des Thyristors V3 nach sich ziehen würde.

Dpr Verbindunesnunkt der Anode der Diode V4 mit der Kathode der dazu in Serie liegenden Diode V6 bildet den einen Wechselspannungsanschluß K I der als Graetzschaltung ausgeführten Gleichrichterbrücke. Der Verbindungspunkt der Anode der Diode V5 mit der Kathode der dazu in Serien liegenden Diode V7 stellt den anderen Wechselspannungsanschluß K 2 dieser Gleichrichterbrücke dar. Der Wechselspannungsan-

'■ Schluß Aw 2 ist mit dem Nulleiter Mp des Wechselspannungsnetzes verbunden. Der Wechselspannungsanschluß K1 ist über den durch eine einphasige Wechselspannung speisbaren Synchronmotor M mit dem Phasenleiter Ph verbunden. Der Synchronmotor M ;<> steht in mechanischer Antriebsverbindung mit dem Rollenzählwerk ZR. Der Synchronmotor M bildet zusammen mit dem Rollenzählwerk ZR die gestrichelt umrahmte Zähleinrichtung Z.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Betriebs-

■ Stundenzähler arbeitet wie folgt: Mit dem Einschalten des Verbrauchers L wird der Kondensator Cl sehr schnell aufgeladen. Er erbringt die Ansteuerleistung für den als Halbleiterschalter eingesetzten Thyristor V3.

X^\' A. Λ A. *. 1 I/ Λ

.'" tors Cl an die erforderliche Steuerspannung des Thyristors V3 erfolgt über den aus den Widerständen R 1 und R 2 bestehenden Spannungsteiler. Mit dem gegenüber dem Einschalten des Verbrauchers L nur geringfügig verzögerten Zünden des Thyristors V3 * wird der Stromfluß durch den Synchronmotor M ermöglicht. Der Stromfluß erfolgt hierbei in der einen Halbwelle über die Diode V4, den Thyristor V3 und die Diode ! 7. in der anderen Halbwelle über die Diode V5. den Thyristor V3 und die Diode V6. Damit ist mit dem

'." Zünden des Thyristors V3 der Synchronmotor M von einem speisenden Wechselstrom durchflossen, so daß der Inhalt des Zählwerks ZR proportional zur Einschaltdauer des Verbrauchers L erhöht wird.

Wird der Verbraucher L durch öffnen des Schalters

!') S1 abgeschaltet, bleibt der Aufladestrom für den Kondensator Cl aus. Damit entlädt sich der Kondensator Cl sehr schnell über die Widerstände Rl und R 2 des Spannungsteilers, so daß die Zündspannung am Thyristor V3 zusammenbricht Mit dem Unterschreiten

-'■ des Haltestromes des Thyristors während der nächsten Stromhalbwelle erlischt dieser, wodurch die Wechselstromversoreune des Svnchronmotors unterbrochen ist. so daß das Zählwerk ZR mit dem Abschalten des Verbrauchers L zum Stillstand kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Betriebsstundenzähler mit einem Stromwandler, dessen Primärseite im Lastkreis eines Verbrauchers liegt und dessen Sekundärseite eine Auswertungsschaltung speist, durch die über eine steuerbare Schalteinrichtung eine Zähleinrichtung, die einen ein Zählwerk antreibenden Synchronmotor umfaßt, der durch die steuerbare Schalteinrichtung mit der Wechselspannungsquelle verbindbar ist und deren Inhalt somit proportional zur Einschaltdauer ansteigt, für die Dauer des im Lastkreis fließenden Stromes einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung (A) eingangsseitig einen Gleichrichter (Vi) aufweist, der einen als Speicher dienenden entladbaren Kondensator (Ci) speist und daß die Schalteinrichtung (S) ein durch die Ausgangsspannung des Kondensators (Ci) steuerbares Schaltetement (V3) aufweist.

2. Betriebssiundenzähler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (Ci) ein spannungsbegrenzendes Bauelement (V2) angeordnet ist.

3. Betriebsstundenzähler nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn7eichnet, daß parallel zum Steuereingang des steuerbaren Schalteiementes (V3) ein spannungsbegrenzendes Bauelement (VIi, V22) angeordnet ist

4. Betriebsstundenzähler nach einem der Patentansprüche 1 b^;s 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (Ci) ein Spannungsteiler (Ri. R 2) angeordnet ist,'Jessen Abgriff (C) mit dem Steuereingang des steuerbaren Schaltelementes (V3) verbunden ist.

5. Betriebsstundenzähler nach einem der Patentansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (S) als steuerbares Schaltelement (V3) einen Halbleiterschalter enthält und eine Gleichrichterbrücke (V4—V7) aufweist, die antiparaüel zum Halbleiterschalter angeordnet ist, und daß der Synchronmotor (M) einseitig mrt den Wechselspannungsanschlüssen (Ki, K 2) der Gleichrichterbrücke verbunden ist

6. Betriebsstundenzähler nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrükke (V4— V7) als Graeizschaltung ausgeführt ist, daß der Synchronmotor (M) ein Einphasenwechselstrommotor ist, der einseitig mit dem einen Wechselspannungsanschluß (K 1) der Gleichrichterbrücke (V4— Vl) verbunden ist und daß der andere Wechselspannungsanschluß (K 2) an den Nulleiter (Mp) angeschlossen ist

7. Betriebsstundenzähler nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschalter ein Schalttransistor dient

8. Betriebsstundenzähler nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß als Halbleiterschalter ein Thyristor dient.

9. Betriebsstundtnzähler nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromwandler (W) ein sättigbarer Stromwandler eingesetzt ist

10. Betriebsstundenzähler nach einem der Patentansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Gleichrichterbrücke (V4— V7) mit dem Halbleiterschalter verbindenden Leitungszug eine Leuchtdiode (Z.££>,Jeingefügt ist