DE9001141U1

DE9001141U1 - Meßgerät zur Messung oder Tarifierung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE9001141U1
Application number: DE9001141U
Authority: DE
Original assignee: Landis and Gyr Betriebs AG
Current assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1990-04-05
Anticipated expiration: 2000-02-02
Also published as: FR2642844A3; FR2642844B3

Description

Messgerät zur Messung oder Tarifierung elektrischer Energie

Die Neuerung bezieht sich auf ein Messgerät zur Messung oder Tarifierung elektrischer Energie der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein solches Messgerät ist aus der Prospaktschritt "Tarigyr 400" von Landis & Gyr bekannt. Bei diesem Messgerät sind t'.t einer Leiterplatte elektrische Schalter angeordnet, die durch Stössel betätigbar sind. Die Stössel sind in einem Gehäuseteil in Gehäusedurchbrüchen bewegbar geführt. Mit Hilfe der Schalter sind beispielsweise '^ einem datenspeicher abgelegte Messwerte auf ^ine Anzeige abruf hai..

Der Neue... ^g liege die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät mit einem kontaktlosen elektrischen Schalter &ngr;? sch-ffen, das einfach und kostengünstig gestaltet, dabei aber robust und betriebssicher und gegan Staub- und Feuchtigkeitseinfluss unempfindlich ist.

Die Neuerung besteht in den im Kennzeichen des Anspruchs 1 i.;;.rr gebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein kontaktloser elektrischer Schalter in der Art einer Lichtschranke mit einer in einem transparenten Gehäuseteil angeordneten Eintiefung ist an sich bekannt (EP-OS 200 592).

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Neuerung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein Messgerät mit einem kontaktlosen

elektrischen Schalter mit geradlinig verlaufendem Lichtstrahl,

Fig. 2 ein Schaltbild des Schalters nach Fig. 1,

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Fig. 3 einen Signalverlauf des Schalters nach Fig. 1,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kontaktlosen elektrischen Schalters mit mehrmals abgelenktem Lichtstrahl,

Fig. 5 einen kontaktlosen elektrischen Schalter mit einem Betätigungsstössel unö

Fig. 6 einen kontaktlosen elektrischen Schalter mic einem plombierten Betätigungsstössel, in Kombination mit einem Schilderträger.

Das in der Fig. 1 dargestellte Messgerät zur Messung oder Tarifierung elektrischer Energie besitzt ein Messgeräte-Gehäuse 5, welches aus einem Gehäuseoberteil 5a und einem Gehäuseunterteil 5b besteht. Das Messgerät kann ein Elektrizitätszähler oder ein Tarifgerät zu einem Elektrizitätszähler sein. Das mechanische oder elektronische Messwerk des Messgerätes ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Auf einer in das Gehäuse 5 eingebauten Leiterplatte 1 sind ein Lichtgeber und ein Lichtempfänger 3 neben weiteren hier nicht gezeichneten Bauteilen einer elektronischen Schaltung angeordnet. Der Lichtgeber 2 kann eine Glühlampe, eine Leuchtdiode oder ein anderes Licht eiuittieren&as Element und der Lichtempfänger 3 eine Photodiode, ein Photowiderstand oder ein anderes lichtempfindliches Element sein. Der Lichtgeber 2 und der Lichtempfänger 3 sind über einen Lichtstrahl 4 miteinander gekoppelt. Der Lichtgeber und der Lichtempfänger 3 sind so angeordnet, dass der Lichtstrahl 4 auf geradlinigem Weg parallel zur Leiterplatte 1 vom Lichtgeber 2 zum Lichtempfänger 3 gelangt. Von der Aussenseite eines transparenten Bereiches des Gehäuseoberteils 5a ist eine Vertiefung 6 zwischen dem Lichtgeber 2 unu dem Lichtempfänger derart eingetieft, dass der Lichtstrahl 4 die Gehäusewand zweimal durchdringt und durch Einführen eines Körpers in die Vertiefung 6 von der Aussenseite des Gehäuseoberteiles 5a unterbrechbar ist. Dit Gehäusewände der Vertiefung 6 sind im

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Bereiche des Lichtstrahles 4 senkrecht zu diesem angeordnet, um Brechung und Reflexion des Lichtstrahles 4 zu vermeiden. Der Boden der Vertiefung 6 ist auf der Innense.i < <~> des Gehäuse-Oberteiles 5a mit schrägen Flächen 7, 7' ausgebildet. Die Flächen 7, 7' reflektieren vom Lichtgeber 2 stammendes Streulicht und verhindern, dass Streulicht auf Umwegen zum Lichtempfänger 3 gelangen kann und dadurch eventuell die Funktion des Schalters beinträchtigt. Der Boden der Vertiefung 6 wirkt also für Streulicht, das vom Lichtgeber 2 stammt, wie eine Lichtfalle.

Anhand der Fig. 2 wird ein Schaltbild des kontaktlosen elektrischen Schalters erläutert. Die Schaltung wird durch eine von aussen anzulegende Gleichspannung von + 5 V gespeist. Ein Mikroprozessor M steuert von einem Ausgang A über einen Widerstand R₁ einen Schalttransistor T mit rechteckformigen Impulsen der Frequenz f. Mit der Frequenz f wird der Transistor T in den leitenden beziehungsweise nichtleitenden Zustand gesteuert. In leitendem Zustand speist der Transistor T über einen Widerstand R₂ eine als Lichtgeber 2 (Fig. 1) dienende- Leuchtdiode D. Die Leuchtdiode D sendet also intermittierend Licht mit der Frequenz f aus. Als Lichtempfänger 3 ist eine Photodiode P eingesetzt, deren Ausgang mit einem Anaiog/Digitalwancller (A/D Wandler) W verbunden ist. Die Photodiode P bildet mit einem Widerstand R₃ zusammen einen Spannungsteiler. Die Photodiode P ändert im Takte des von der Leuchtdiode D gesendeten Lichtes ihren Widerstand. Entsprechend der Widerstandsänderung der Photodiode P ändert die Spannung V über dem Widerstand R₃. Die Spannung V wird dem A/D Wandler W zugeleitet, der die Spannung V digitalisiert, also in einen Zahlenwert umwandelt. Der Mikroprozessor M liest über einen Eingang E die digitalisierten Werte der Spannung V mit der Abtastfrequenz 2f ein. Die Abtastfrequenz 2f ist doppelt so gross wie die Frequenz f und mit dieser phasengleich.

Mit Hilfe der Fig. 3 wird die Funktion des kontaktlosen elektrischer. Schalters erläutert. Das Diagramm zeigt den Verlauf der Spannung V in Abhängigkeit von der Zeit t. Da die Photo-PA 2447DEg

diode P vor Fremdlicht nicht geschützt ist, setzt sich die Spannung V aus einer vom Fremdlicht erzeugten Fremdlichtp.oannung V_F und einer Signalspannung V₅ zusammen. Die Fremdlichtspannung V_F kann in weiten Grenzen variieren und beispielsweise entsprechend den Tageszeiten verlaufen. Die Signalspannung V_s ist zur Fremdlichtspannung V_F dazuaddiert und beträgt z.B. 0,5 Volt. Der Mikroprozessor M liest nun die Zahlenwerte am Ausgang des A/D Wandlers W abwechslungsweise bei gezündeter und nicht gezündeter Leuchtdiode D. Jeder Zahlenwert wird mit dem zuvor gelesenen Zahienwert verglichen und nachher an einer Speicherstelle unter Löschung des zuvor gelesenen Zahlenwertes abgelegt. Der Unterschied der beiden Zahlenwerte muss nun der Signalspannung V_s entsprechen. Wird durch Einführen eines Körpers in die Vertiefung 6 der Lichtstrahl 4 unterbrochen, so fällt die Signalspannung V_s weg. Unabhängig davon, ob auch der Fremdlichteinfluss und damit die Fremdlichtjpannung V_F durch den eingeführten Körper verändert wird, fehlt nun die Signalspannung V₅. Der Mikrocomputer wertet das Fehlen der Signalspannung V_s als Betätigungssignal des Schalters aus.

Der beschriebene kontaktlose elektrische Schalter ist aus serordentlich einfach und kostengünstig aufgebaut. Da keine beweyliehen mechanischen Bauteile verwendet werden, ist er robust und keiner Abnützung unterworfen. Wird als Lichtgeber 2 eine Leuchtdiode D verwendet, so wird durch die intermittierende Betriebsweise deren Lebensdauer beträchtlich gesteigert. Ein wichtiger Vorteil ist auch, dass das Gehäuseoberteil 5a keinen Durchbruch aufweisen muss, d.h. das Gehäuseoberteil 5a mit der Vertiefung 6 kann aus einem einstückigen Spritzteil bestehen. Es ist demzufolge möglich, ein absolut dichtes Gehäuse 5 zu schaffen.

Vorteilhaft entsprechen die Abmessungen der Vertiefung 6 etwa der Kuppe eines menschlichen Fingers, so dass der Lichtstrahl 4 unmittelbar durch Einführen einer Fingerkuppe unterbrochen werden kann. Für Fälle, in denen der Personenkreis eingeschränkt werden soll, der Zugang zum Schalter hat, kann die Vertiefung 6 so gestaltet sein, dass der Lichtstrahl 4 nur mit einem speziell

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geformten Gegenstand, der in die Vertiefung 6 eingeführt wird, unterbrochen werden kann.

Viele Mikroprozessoren verfügen über einen Eingang mit einem A/D Wandler. Die Verarbeitung des Ausgangssignales V des Lichtempfängers 3 bedeutet also keinen zusätzlichen Aufwand.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung des kontaktlosen elektrischen Schalters. Der Lichtgeber 2 strahlt bei dieser Ausführung Licht rechtwinklig zur Leiterplatte 1 ab. Dsr Lichtempfänger 3 empfängt dementsprechend Licht, das rechtwinklig zur Leiterplatte 1 gerichtet ist. In der optischen Achse von Lichtgeber 2 und Lichtempfänger 3 sind an der Aussenseite des Gehäuseoberteiles 5a zwei 45° Schrägen 8, 8¹ derart angeordnet, dass der Lichtstrahl 4 zwischen dem Lichtgeber 2 und dem Lichtempfänger 3 zweimal um 90° abgelenkt wird. Zwischen den beiden Schrägen 8, 8' ist die Vertiefung 6 angeordnet. Der Lichtstrahl 4 ist durch das Einführen eines Körpers in die Vertiefung 6 unterbrechbar. Für die Funktion des Schalters ist es wichtig, dass diejenigen Flächen des Gehäuseoberteils 5a, an denen der Lichtstrahl 4 in das Gehäuse eindringt oder es verlässt, rechtwinklig zum Lichtstrahl 4 angeordnet sind, um Reflexion und Brechung des Lichtstrahls 4 zu vermeiden. Di« Weiterverarbeitung des Ausgangssignales des Lichtempfängers 3 ist gleich wie bei der Fig. 1 beschrieben. Eine Abdeckplatte 9 deckt die Schrägen 8, 8¹ nach aussen ab. Sie kann als zusätzliche Abschirmung gegen Fremdlicht und als Zifferblatt dienen.

&igr; Bei dieser Ausführung des kontaktlosen elektrischen Schalters f kann die Bautiefe minimal gehalten werden, insbesondere wenn ! SMD (Surface Mounted Device) Bauteile verwendet werden.

\ Aus der Lehre der Optik ist bekannt, dass beim Uebergang von

! einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium bei einem

\ bestimmten Winkel eine Totalreflexion auftritt. Im vorliegenden

Fall kann diese Erkenntnis für eine optimale Lichtausbeute genutzt werden, indem der Winkel zwischen dem einfallenden

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Lichtstrahl 4 und dem Gehä.useoberteil 5a so gewählt ist, dass eine Totalreflexion stattfindet.

Der Anwender ist es gewohnt, dass die üblicherweise verwendeten Schalter beim Betätigen einen Gegendruck auf den Betätigungpfinger ausüben. In der Fig. 5 ist eine Ausführung eines kontaktlosen elektrischen Schalters gezeichnet, zu dessen Betätigung eine Kraft aufgewendet, werden muss. Ein Stössel 11 ist in einer von der Aussenseite in ein Gehäuseoberteil 12 eingetieften Vertiefung 13 eingefügt. Der Stössel 11 ict aus

^ti undurchsichtigen Material, vorzugsweise einem Thermoplast, gefertigt und mit Schnappern 14 und einer Feder 15 versehen. Der Stössel 11 mit den Schnappern 14 und der Feder 15 ist vorteilhaft als ein einstückiges Spritzteil hergestellt. Beim Einfügen des Stössels 11 in die Vertiefung 13 rasten die Schnapper 14 in Hinterstechungen in der Wand der Vertiefung derart ein, dass der Stössel 11 nicht herausfallen kann. Die Feder 15 drückt den Stössel 11 soweit nach oben, wie es die Schnapper 14 zulassen. Auf der Innenseite des Gehäuseoberteils 12 sind auf einer Leiterplatte 16 ein ^ichtgeber 17 und ein Lichtempfänger 18 angeordnet, die über einen Lichtstrahl miteinander verbunden sind. Der Lichtstrahl 19 durchdringt zweimal die Wand der Vertiefung 13. Ein Loch im Stössel Ii ist derart angeordnet, dass in der Ruhelage des Stössels 11 der Lichtstrahl 19 freigegeben ist. Eine Abdeckplatte 22 , die als Zifferblatt ausgebildet sein kann, ist auf der Innenseite des Gehäuseoberteils 12 angeordnet. Zusammen mit dem Stössel 11 schirmt sie den Lichtempfänger 18 vor Fremdli'-bf. ab. In die Stirnseite des Stössels 11 eingeformte Symbole weisen auf die Funktion des Schalters hin. Der Buchstabe R bedeutet beispielsweise, dass durch die Betätigung des Schalters eine Ruchstelifunktion ausgelöst wird.

Durch Drücken auf den Stössel 11 entgegen der Kraft der Feder wird der Lichtstrahl 19 unterbrochen und damit die Schaltfunktion ausgelöst. Das Loch im Stössel 11 kann aber auch so angeordnet sein., dass in der Ruhestellung des Stössels 11 der Lichtstrahl 19 unterbrochen und in der gedrückten Stellung

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freigegeben ist. Bei einer solchen Ausführung ist vorteilhaft, dass FehlLtapulse durch den Ausfall des Lichtgebers 17 oder dessen Speisespannung ausgeschlossen sind. Von einem einzigen Stössel 11 sind auch mehrere Schalter gleichzeitig betätigbar. Durch die Anordnung von mehreren versetzten Löchern im gleichen Stössel 11 ist ein Stufenschalter realisierbar.

Ein selbstleuchtender Schalter ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass der Stössel 11 aus transparentem Material gefertigt ist und unterhalb des Stössels 11 auf der Leiter platte 16 eine Lichtquelle, z.B. eine Leuchtdiode, angeordnet ist, die den Stössel 11 der Länge nach durchleuchtet. Der Stössel 11 ist in der Umgebung des Loches mit einem undurchsichtigen Material, beispielsweise mit Aluminium, beschichtet. Bei der Betätigung des Stössels 11 wird der Lichtstrahl 19 durch das undurchsichtige Material unterbrochen.

Bei elektronischen Geräten spielt der Platzbedarf der einzelnen Komponenten eine ausschlaggebende Rolle. Ein Schalter nach der Fig. 5 kann auf sehr kleinem Raum realisiert werden.

In der Fig. 6 ist ein Schalter gezeichnet, dessen Betätigungsrichtung waagrecht ist. Der Stössel 11 ist von der rechten Seite des Gehäuseoberteils 12 in die Vertiefung 13 eingefügt. Der Stössel 11 ist mit einem rechteckigen Querschnitt ausgeführt. Auf der nach vorne gegen die Stirnseite des Gehäuseoberteiles gerichteten Breitseite des Stössels 11 ist eine rechteckförmige Versenkung angeordnet. In der Versenkung ist ein Papierschild eingelegt, dessen Bedruckung durch das transparente Gehäuseoberteil 12 lesbar ist. Mit einer Plombe 21 ist der Stössel 11 an einem festen Punkt des Gehäuseoberteiles 12 fixiert. Auf der Leiterplatte 16 sind der Lichtgeber 17 und der Lichtempfänger angeordnet. Der Lichtstrahl 19 zwischen dem Lichtgeber 17 und dem Lichtempfänger 18 durchdringt zweimal die Gehäusewand des Gehäuseoberteiles 12. Der Stössel 11 ist derart ausgebildet, «lass der Lichtstrahl 19 in der plombierten Stellung des Stössels 11 freigegeben ist. Die Feder 15 drückt den Stössel nach aussen. wobei der Weg durch die Plombe 21 begrenzt ist.

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Die Plombe 21 kann auch durch andere Mittel wie z. B. durch ein Vorhängeschloss ersetzt sein.

Nach dem Lösen der Plombe 21 kann der Stössel 11 entgegen der Kraft der Feder 15 bewegt werden. Der Lichtstrahl 19 wird unterbrochen und damit Ute Schaltfunktion ausgelöst. Bei gelöster Plombe 21. kann der Stössel 11 auch soweit aus der Vertiefung 13 herausgezogen werden, dass das Papierschild 20 zugänglich und damit auswechselbar wird. Die Kombination ve; Schalter und Schilderträger ist eine vorteilhafte Lösung bei solchen träten, bei c" ?-;en periodisch eine Schaltfunxcion ausgelöst werden muss, die gleichzeitig nsu programmiert werden und bei denen die programmierten Parameter sichtbar sein müssen.

Die beschriebene Neuerung wird vorteilhaft bei Messgeräten angewandt, die Mikroprozessoren enthalten und bei denen ein möglichst dichtes Gehäuse gefordert ist. In diese Kategorie gehören insbesondere elektronische Tarifgeräte zu statischen und dynamischen Elektrizitätszählern. Die Vertiefung 6, 13 kann dabei direkt in das Gehäuseoberteil des Tarifgerätes oder des Elektrizitätszählers integriert werden. Der Schalter kann vorteilhaft zum Weiterschalten der Anzeige des Tarifgerätes eingesetzt werden.

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Claims

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Messgerät zur Messung oder Tarifierung elektrischer Energie, mit e-»nem Messgeräte-Gehäuse, das aus zwei Gehäuseteilen (5a; 5b; 12) besteht, und mit einem in das eine Gehäuseteil (5a; 12) eingebauten elektrischen Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter aus einer "jiuhtschranke mit mindestens einem Lichtgeber (2; 17) und einem Lichtempfänger (3; 18) besteht, die über ainen unterbrechbaren Lichtstrahl (4; 19) darart miteinander gekoppelt sind, dass die Schaltfunktion durch Unterbrechen des Lichtstrahles (4; 19) ausgeführt w:'cd, dass auf der Aussenseite eines transparenten Bereiches des einen Gehäuseteils (5a; 12) eine Vertiefung (6; 13) angeordnet ist und dcss der Lichtgeber (2; 17) und der Lichcempfanger (3; 18) auf der Innenseite dieses Gehäuseteils (5a, 12) derart angeordnet sind, dass der Lichtstrahl (4; 19) mindestens zweimal die Gehäusewand durchdringt und durch Einführen eines Körpers in die Vertiefung (6; 13) von der Aussenseite des Gehäuseteils (5a; 12) unterbrechbar ist.

2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (2; 17) und der Lichtempfänger (3; 18) so angeordnet sind, dass der Lichtstrahl (4; 19) auf direktem Weg vom Lichtgeber (2; 17) zum Lichtempfänger (3; 18) gelangt.

3. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vertiefung (6; 13) aufweisende transparente Gehäuseteil (5a; 12) so ausgebildet ist, dass der Lichtstrahl (4; 19) zwischen dem Lichtgeber (2; 17) und dem Lichtempfänger (3; 18) mindestens zweimal abgelenkt wird.

4. Messgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl (4; 19) und dem Gehäuseteil (5a; 12) so gewählt ist, dass eine Totalreflexion stattfindet.

5. Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (5a; 12) als Lichtfalle ausgebildet ist, so

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dass vom Lichtgeber (2; 17) stammendes Streulicht reflektiert wird und dadurch nicht zum Lichtempfänger (3; 18) gelangt.

6. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis ü, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (6; 13) so gestaltet ist, dass der Lichtstrahl (4; 19) nur mit einem speziell geformten Gegenstand, der in die Vertiefung (6; 13) eingeführt wird, unterbrechbar ist.

7. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (5a; 12) ohne Durchbruch ausgeführt ist.

8. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (2, 17) und der Lichtempfänger (3; 18) zusammen mit weiteren Komponenten einer elektronischen Schaltung auf einer Leiterplatte (1; 16) angeordnet siiid.

9. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein entgegen der Kraft einer Feder (15) bewegbarer Stössel (11) in die Vertiefung (6; 13) eingefügt ist.

10. Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (11) ein einstückiges Spritzteil ist.

11. Messgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (11) mit einer Plombe (21) oder einem Vorhängeschloss an dem die Vertiefung (6; 13) aufweisenden Gehäuseteil (5a; 12) fixiert ist, so dass der Stössel (11) erst nach dem Lösen der Plombe (21) oder des Vorhängeschlosses bewegbar ist.

12. Messgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (11) derart ausgebildet ist, dass er nach dem Lösen der Plombe (21) aus der Vertiefung (6; 13) herausziehbar ist, und dass in einer Versenkung des Stössels (11) ein Papierschild (20) angeordnet ist, das nur bei herausgezogenem Stössel (11) auswechselbar ist.

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13. Messgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Stirnseite des Stössels (11) Symbole eingeformt sind.

14. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Lichtempfängers (3; 18) mit einem A/D-Wandler (W) verbunden ist.

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