EP0939380B1

EP0939380B1 - Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk

Info

Publication number: EP0939380B1
Application number: EP19990103137
Authority: EP
Inventors: Roland Dipl.-Phys. Eth Mettler
Original assignee: MR Engineering AG
Current assignee: MR Engineering AG
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: EP0939380A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Auslesen der Stellung von Zahlenrollen eines Rollenzählwerkes mit Schaltritzeln auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen, mittels welchen jeweils die niederwertige Zahlenrolle am Ende einer vollen Umdrehung die höherwertige Zahlenrolle um eine Ziffer oder einen Skalenteil weiter dreht und die Einrichtung für eine berührungslose und belastungsfreie Auslesung der Stellung von Zahlenrollen radial angeordnete Lichtschranken und pro Zahlenrolle mehrere Lichtschranken, bestehend aus einem Lichtemitter mit mehreren Empfängern, oder aus mehreren Lichtemittern und einem Empfänger aufweist, wobei die die Zahlenrollen zwecks Ermittlung der Stellung mittels den Lichtschranken mindestens ein lichtdurchlässiges und mindestens ein lichtundurchlässiges Codesegment aufweisen, die sich über verschieden grosse Winkel erstrecken.
Es sind verschiedene Arten von Messgeräten bekannt, in welchen die gemessene Grösse mit einem mechanischen Rollenzählwerk aufsummiert und angezeigt wird. Beispiel dafür sind Volumenmessgeräte für Gas und Wasser oder mechanische Elektrizitätszähler, in welchen das gemessene Volumen respektive die gemessene Energie mit einer dem Gerät angepassten mechanischen Untersetzung auf ein Rollenzählwerk übertragen wird. Das Rollenzählwerk zeigt dabei die seit der letzten Nullstellung respektive die seit der Inbetriebnahme gemessene Menge an. Zur Bestimmung des Verbrauchs während einer bestimmten Periode wird der Stand des Rollenzählwerkes zu Beginn und am Ende dieser Periode abgelesen. Eine verbreitete Ausführung für das Rollenzählwerk besteht aus einer Achse, auf welcher die Zahlenrollen drehbar angebracht sind und auf deren Umfang die Ziffern 0 bis 9 aufgebracht sind, sowie aus einer zweiten, ausserhalb der Zahlenrollen liegenden Achse mit darauf drehbaren Schaltritzeln derart, dass jeweils die niederwertige Zahlenrolle im letzten Zehntel einer Umdrehung mittels Fortschaltzähnen über das zugeordnete Schaltritzel die nächst höherwertige Rolle um eine Zehntelumdrehung weiter schaltet. In einer anderen bevorzugten Ausführung des Rollenzählwerkes sind die Schaltritzel auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen angebracht. Ein solches Rollenzählwerk ist z.B. aus US 4 031 386 bekannt.
Diese klassische Art von Rollenzählwerken ist für viele Zwecke sehr nützlich und weiterhin einsetzbar. Bei Bedarf müssen jedoch die Zählerstellungen von einer Person abgelesen werden und Zwischentotale, beispielsweise für Statistiken und Rechnungsstellungen, müssen errechnet werden.
Aus der US 3 732 404 ist eine Lösung zur elektronischen Auslesung eines Rollenzählwerkes bekannt, in welcher die kontinuierliche Drehbewegung der Zahlenrollen in eine schnappende Bewegung übersetzt wird. Aus der EP 0 660 263 A1 ist eine Lösung zur elektronischen Auslesung eines Rollenzählwerkes mit ausserhalb der Zahlenrollen liegenden Schaltritzeln bekannt, welche pro Zahlenrolle fünf achsial angeordnete Einweglichtschranken umfasst.
Aus der EP 0 344 931 ist ein Zähler mit Zahlenrollen bekannt geworden. Die zylinderförmigen Zahlenrollen weisen je mehrere Spuren mit unterschiedlich codierten Schlitzen auf, die mittels optoelektronischen Mitteln lesbar sind.
Aus der EP 0 325 565 ist ein mehrstelliges Rollenzählwerk bekannt geworden. Die zylinderförmigen Zahlenrollen weisen je eine Codescheibe mit unterschiedlich codierten Schlitzen auf, die mittels optoelektronischen Mitteln lesbar sind.
Aus der EP 660 263 ist ein mehrstelliges Rollenzählwerk bekannt geworden. Lichtleiter leiten das Licht von ausserhalb der Zahlenrollen angeordneten Lichquellen ins Zentrum der Zahlenrollen und vom Zentrum je nach Stellung der Zahlenrollen wieder nach aussen auf optische Sensoren.
Aus der EP 0 435 763 ist ein mehrstelliges Rollenzählwerk bekannt geworden. Die zylinderförmigen Zahlenrollen weisen je eine Codescheibe mit optischem Code auf, der mittels Lichtquelle, Lichtleitern und Lichtsensor abtastbar ist.
Aus der GB 1410912 ist eine Zahlenrolle mit je Seite einem Codeband bekannt geworden. Die Codebänder werden mittels Lichtleitern abgetastet und aus dem abgetasteten Code die entsprechende Zahl hergeleitet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, eine Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk mit auf einer Achse innerhalb der Zahlenrollen angebrachten Schaltritzeln zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln eine hohe Auflösung beim Abtasten einer Zählrollenstellung ergibt und welche unabhängig vom Antrieb des Rollenzählwerkes arbeitet und diesen in keiner Weise beeinflusst.
Die erfindungsgemässe Ausleseeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Anzeigestand eines mechanischen Rollenzählwerkes mit innenliegenden Schaltritzeln mittels radial angeordneten Lichtschranken berührungslos und belastungsfrei, ausgelesen wird.
Vorteilhaft Weiterbildungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Es sind pro Zahlenrolle mehrere Lichtschranken vorhanden, welche aus einer Lichtquelle und mehreren Empfängern oder aus mehreren Empfängern und einer Lichtquelle bestehen.
Die Zahlenrollen weisen lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Codesegmente auf, mittels welchen zusammen mit den Lichtschranken Informationen betreffend die Stellung der einzelnen Zahlenrollen ermittelt werden.
Die Lichtschranken sind auf einem Halbkreis radial angeordnet und bestehen pro Zahlenrolle aus einem intern zentral angeordneten optoelektronischen Element und mehreren peripher halbkreisförmig angeordneten Elementen.
Zwecks Fokussierung und Zuordnung der Lichtstrahlen zu dem entsprechenden Empfänger, beziehungsweise zu den entsprechenden Empfängern, kann das interne zentral angeordnete Optoelement beispielsweise mit einem sternförmige Vielfachprisma umgeben.
Die peripheren Elemente sind als glasartige Lichtleiter ausgebildet und dienen als optische Signalleiter zwischen dem Rollenzählwerk und - über weitere optoelektronische Elemente - den Signaleingängen eines Mikroprozessors.
Bei einer vollen Umdrehung jeder Zahlenrolle werden mehr als 10 verschiedene Zustände in der Form einer mehrstelligen Digitalinformation erzeugt. Mit einer beispielhaften Ausführung werden 30 Zustände mit einer fünfstelligen Digigtalinformation erzeugt.
Zwecks Vermeidung undefinierter Zwischenstellungen beim Uebergang einer Ausleseposition zu einer nächsten Ausleseposition wird der Gray-Code angewendet. Beim Gray-Code wird beim Uebergang von einer Position zu einer nächsten nur ein einziges Bit einer Binärinformation verändert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig.1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Variante,
Fig.2 einen seitlichen Schnitt durch diese Ausführungsvariante,
Fig.3 ein Prinzipschaltbild der optoelektronischen Elemente und des Mikroprozessors,
Fig.4 eine Vorderansicht einer Zahlenrolle,
Fig.5 ein Querschnitt einer Zahlenrolle,
Fig.6 eine Rückansicht einer Zahlenrolle und
Fig.7 eine 3D-Ansicht der bevorzugten Variante.

Die Figur 1 zeigt eine Trägertrommel 11, auf welcher, von rechts nach links gesehen, eine erste Zahlenrolle 21 und weitere fünf Zahlenrollen 25 drehbar aufgebracht sind. Von den sechs Zahlenrollen 21, 25 sind die erste Zahlenrolle 21, die zweite, vierte und sechste Zahlenrollen 25 im Schnitt und die dritte und fünfte Zahlenrolle 25 in der Aussenansicht gezeigt. Auf einem äusseren transparenten Körper 24, bzw. 27 der Zahlenrollen 21, 25 sind an der Umfangsfläche Ziffern 28 von 0 bis 9 aufgebracht. Die erste Zahlenrolle 21 weist einen inneren nicht transparenten Körper 23 auf und die weiteren Zahlenrollen 25 weisen je einen inneren nicht transparenten Körper 26 auf. Mit 29 und 30 sind lichtdurchlässige, bzw. lichtundurchlässige Codesegmente angedeutet. Mit 22 ist die Innenverzahnung der ersten Zahlenrolle 21 bezeichnet. Die Trägertrommel 11 wird mit einer rechten Befestigungsachse 12 und mit einer linken Befestigungsachse 13 in einem nicht dargestellten Zählwerkgehäuse befestigt. An der Trägertrommel 11 befindet sich eine Schaltritzelachse 14, auf welcher Schaltritzel 31 drehbar aufgebracht sind, welche die höherwertige Zahlenrolle 25 im letzten Zehntel der Umdrehung der niedrigerwertigen Zahlenrolle 21, 25 jeweils um eine Zehntelumdrehung weiter drehen. In der Trägertrommel 11 befindet sich eine innere Optoelementeinheit 41, welche auf der einen Seite durch einen Führungszapfen 45 in einer Führungsbohrung 15 in der Trägertrommel 11 gehalten wird und auf der anderen Seite an einem Printhalter 46 befestigt ist.
Die innere Optoelementeinheit 41 wird in einer nächsten Darstellung (Fig.2) näher erläutert. Die innere Optoelementeinheit 41 umfasst weiter eine gedruckte Schaltung 42, auf welcher im Abstand der Zahlenrollen 21, 25 pro Zahlenrolle ein Halbleiter Optoelement 43 und ein optisches Vielfachprisma 44 aufgebracht ist.
Ausserhalb der Trägertrommel 11 und der Zahlenrollen 21, 25 befindet sich eine äussere gedruckte Schaltung 51, welche fünf hintereinander angeordnete Halbleiteroptoelemente 52, fünf Lichtleiter 53 bis 57 und einen Mikroprozessor 58 aufweist. Diese Schaltung ist über elektrische Verbindungen 59, zum Beispiel Drähte, mit der inneren Optoelementeinheit 41 verbunden. Es können die Halbleiteroptoelemente 52 als Lichtempfänger und die inneren Optoelementeinheiten 41 je mittels eines Halbleiteroptoelementes 43 als Lichtemitter (LED), ausgebildet sein. Eine umgekehrte Zuordnung der Funktionen Licht emittieren und Licht empfangen ist ebenfalls möglich.
Die Fig.2 zeigt eine Ansicht in das Innere einer Zahlenrolle 25 in achsialer Richtung mit den zugehörigen äusseren Elementen und weiteren, in Fig.1 nicht voll sichtbaren, Einzelheiten. Es sei hier angenommen dass die gedruckte Schaltung 42 ein Halbleiteroptoelement 43 in der Form einer LED aufweist, welche als Lichtemitter dient und welche beim Auslesen der Zahlenrolle 21, 25 kurzzeitig aktiviert wird. Das Halbleiteroptoelement 43 ist im Zentrum des optischen Vielfachprismas 44 angeordnet. Das sternförmige Vielfachprisma 44 weist eine gezähnte Aussenkontur auf, mit beispielsweise vier als Prisma mit innerer Doppelreflexion ausgebildeten Zähnen. Die Aufgabe dieses Vielfachprismas 44 besteht darin, das Licht des Halbleiteroptoelementes 43 in einzelne Lichtstrahlen aufzuteilen und zu fokussieren. Ferner weist, wie in Fig.1 angedeutet, jede Zahlenrolle 21, 23 in der radialen Ebene des Vielfachprismas 44 am Umfang hier sichtbar dargestellte drei lichtdurchlässige und drei lichtundurchlässige Codesegmente 29, bzw. 30 auf. Die Lichtdurchlässigkeit eines Codesegmentes 29 ist vorteilhaft auf Licht mit definierter Wellenlänge beschränkt. Solches Licht kann für das Auge unsichtbares Licht, beispielsweise Infrarotlicht sein. Fokussierte Lichtstrahlen treffen beim Ausleseprozess im Bereich lichtdurchlässiger Codesegmente 29 auf, mit dem Vielfachprisma 44 in übereinstimmender Teilung angeordnete, Lichtleiter 53 bis 57. In der gezeigten Stellung der Zahlenrolle 21 oder 25 sind die Lichtstrahlen für die Lichtleiter 57, 55 und 56 durch lichtundurchlässige Codesegmente 30 unterbrochen und für die Lichtleiter 53 und 54 durch das lichtdurchlässige Codesegment 29 sichtbar. Die sichtbaren Lichtstrahlen werden über die Lichtleiter 53, 54 über innere Reflexion an der abgewinkelten Stelle dem zugeordneten als Lichtempfänger ausgebildeten optischen Halbleiterelement 52 zugeleitet. Im Moment der Auslesung dieser Zahlenrolle 21 oder 25 wird über eine, später beschriebene, Auswertung eine fünfstellige Binärzahl gebildet. Wird ein Lichtdurchlass als logisch "1" und eine Lichtsperre als logisch "0" definiert, so entsteht hier im Auslesemoment die fünfstellige Binärzahl 00110.
Die Fig.3 zeigt das Prinzipschaltbild der optoelektronischen Elemente (Lichtemitter) 43 und 52 (Lichtempfänger) mit dem Mikroprozessor 58, sowie die lichtleitenden Elemente Vielfaprisma 44 und Lichtleiter 53 bis 57. Mit den strichpunktierten Linien sind die Licht-, bzw. Datenpfade dargestellt. Jeder einzelne Licht- oder Datenpfad kann in der erfindungsgemässen Ausführung als Einweglichtschranke bezeichnet werden. Die im vorliegenden Beispiel dargestellte Einrichtung umfasst dementsprechend bei sechs Zahlenrollen 21, 25 und fünf optischen Abtastpunkten pro Zahlenrolle 21, 25 dreissig Einweglichtschranken. Die pro Zahlenrolle 21, 25 fünf Ablesepunkte sind innerhalb eines Halbkreises mit regelmässiger Teilung angeordnet. Der Teilungswinkel beträgt im gezeigten Beispiel 36°, kann aber auch andere Werte, beziehungsweise ein Vielfaches von 36° aufweisen. Ebenso könnte die Teilung auch unregelmässig sein.
Werden die den einzelnen Zahlenrollen 21, 25 zugeordneten Lichtemitter 43 der Reihe nach aktiviert, stehen pro Zahlenrolle 21, 25 im gleichen Takt die ausgelesenen Binärdaten über die Lichtempfänger 52 beim Mikroprozessor 58 an. Der Einfluss der lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Codesegmente 29, bzw. 30 der einzelnen Zahlenrollen 21, 25 ist in diesem Prinzipschema nicht dargestellt.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen Einzelheiten einer Zahlenrolle 25. In der Ansicht der Fig.4 sind zwei Fortschaltzähne 32 sichtbar, welche pro Umdrehung dieser Zahlenrolle 25 über das Schaltritzel 31 die nächsthöhere Zahlenrolle 25 um eine Zifferposition weiter bewegt. Zu diesem Zweck weist jede Zahlenrolle 25 gemäss Fig.6 auf der anderen Seite eine ununterbrochene Innenverzahnung 33 auf. Gemäss der Schnittdarstellung in der Fig. 5 befinden sich die Fortschaltzähne 32 auf der linken Seite im Innern des nicht transparenten Körpers 26 der Zahlenrollen 25 und die Innenverzahnung 33 auf der rechten Seite der Zahlenrollen 25. Die erste, in diesen Fig.4-6 nicht dargestellte, Zahlenrolle 21 weist, als Unterschied zu den Zahlenrollen 25, auf der rechten Seite eine Innenverzahnung 22 auf, in welche ein nicht dargestellter Antrieb des Zählwerkes eingreift. Die Zahlenrolle 21 weist links ebenfalls, nicht direkt sichtbare, Fortschaltzähne 32 auf.
Die Fig.7 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk. Es ist hier ersichtlich, dass jede der fünf optischen Abtastpositionen jeder einzelnen Zahlenrolle 21, 25 über die Lichtleiter 53 bis 57 zu einem, jeder Abtastposition zugeordneten, Lichtempfänger 52 führt.
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung am Beispiel eines Auslesevorganges näher erläutert. Für diese Funktionsbeschreibung wird die in den Zeichnungen gezeigte Ausführung mit je einer zentralen Lichtquelle in jeder Zahlenrolle 21, 25 zugrunde gelegt. Der Auslesevorgang wird auf Abruf mit einem programmierten Befehl des Mikroprozessors 58 gestartet. Der Auslesevorgang läuft in der Folge sequentiell ab, indem der Reihe nach Schritt für Schritt, beispielsweise bei der Zahlenrolle 21 beginnend, in jeder folgenden Zahlenrolle 25 der Lichtemitter 43 kurzzeitig aktiviert wird. Sein Licht wird dann radial durch das Vielfachprisma 44 auf die fünf Positionen der peripheren Elemente, also auf die Lichtleiter 53-57 geworfen, erreicht diese jedoch nur in jenen Positionen wo sich ein lichtdurchlässiges Codesegment 29 im radialen Lichtstrahl befindet. Durchgehendes Licht wird über einen oder mehrere der Lichtleiter 53-57 auf einen oder mehrere Lichtempfänger 52 geleitet. Ein Empfänger 52 erzeugt am entsprechenden Eingang des Mikroprozessor 58 bei Lichtempfang ein logisches "1". Nach einer Auslesesequenz wird die Stellung jeder einzelnen Zahlenrolle 21, 25 mit einer fünfstelligen Binärinformation im Gray-Code abgebildet. Die Ausleseauflösung pro Zahlenrolle 21, 25 beschränkt sich nicht nur auf die gezeigte Zehnerteilung. Mit der erfindungsgemässen Einrichtung können am Umfang einer Zahlenrolle 21, 25 dreissig verschiedene Stellungen logisch definiert werden. Mit entsprechendem Aufwand bezüglich Anzahl Lichtschranken und Codesegmente 29, 30 kann, falls erforderlich, noch eine grössere Ausleseauflösung erreicht werden. Die als Beispiel gezeigten fünf Lichtschranken pro Zahlenrolle 21, 25 ergeben bei einer vollen Umdrehung um 360° dreissig verschiedene Codes als Binärzahl.
In einer weiteren möglichen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist innerhalb der Zahlenrollen 21, 25 pro Zahlenrolle 21, 25 ein optischer Empfänger 43 (Fototransistor) angebracht, über welchem sich das Vielfachprisma 44 befindet, wobei letzteres das radial durch die Zahlenrolle 21, 25 in fünf definierten Richtungen einfallende Licht auf den optischen Empfänger 43 leitet und wobei die fünf definierten radialen Einfallsrichtungen zwischen zwei Richtungen je einen Winkel von 36° einschliessen. Es sind weiter auf jeder Zahlenrolle 21, 25 auf einem Teil der Breite der ganzen Zahlenrolle sechs aufeinanderfolgende Segmente mit Winkeln von beispielsweise 96°, 24°, 60°, 96°, 24° und 60° angebracht, von denen jeweils abwechslungsweise ein Codesegment 30 für das Licht der vom Empfänger 43 und vom Emitter 52 verwendeten Wellenlänge undurchlässig ist und das nächste folgende Codesegment 29 für das Licht der verwendeten Wellenlänge durchlässig ist, und sind ausserhalb der Zahlenrollen fünf Licht emittierende Elemente angebracht, von welchen Lichtleiter 53-57 das Licht je emittierendes Element in einer der fünf durch die Lichtleiter 53-57 auf den Empfängern 43 definierten Richtungen auf den Bereich jeder 21, 25 Zahlenrolle lenken, wo sich die sechs oben beschriebenen Segmente 29, 30 befinden. Die Zahlenrollen 21, 25 sind dabei vorteilhaft so gestaltet, dass in der Breite der Zahlenrollen auf der rechten Seite, wo sich innerhalb der Zahlenrolle 21, 25 die Innenverzahnung 33 für den Antrieb der Zahlenrollen 21, 25 durch das Schaltritzel 31 befinden, aussen die Ziffern 28 von 0 bis 9 aufgebracht sind, und dass sich auf der linken Seite neben den Ziffern 28 die sechs durchlässigen respektive undurchlässigen Codesegmente 29, 30 befinden, mit einem undurchlässigen Segment in dem Bereich, wo sich die beiden Zähne 32 für die Fortschaltung des Schaltritzels 31 nach einer vollen Umdrehung der Zahlenrolle 21, 25 befinden. Die andere vorteilhafte, in den Zeichnungen dargestellte Ausführung der Erfindung hat, wie aus den Figurenbeschreibungen entnommen werden kann, innerhalb der Zahlenrollen pro Zahlenrolle ein Licht emittierendes Element 43 und ausserhalb der Zahlenrollen 21, 25 insgesamt fünf optische Empfänger 52 auf der peripheren gedruckten Schaltung 51.
Die Zahlenrollen 21, 25 können als in zwei Arbeitsgängen hergestelltes Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, in welchem der innere Teil aus einem für das verwendete Licht undurchlässigem Material (z.B. aus schwarz eingefärbtem Kunststoff) hergestellt ist, wo der innere Teil die Verzahnungen 32, 33 und die Führung zur Zentrierung auf der Trägertrommel 11 umfasst, und welcher auf der linken Seite in 3 Segmente unterteilt ist, welche zusammen mit ihren Zwischenräumen die sechs oben beschriebenen Codesegmente 29, 30 bilden, und aus einem für das verwendete Licht transparentem Material, aus welchem ein äusserer Ring gespritzt ist, zum Beispiel aus weissem ungefülltem Kunststoff bei der Verwendung von Infrarotlichtelementen. Die Ziffern 28 auf den Zahlenrollen 21, 25 können durch bedrucken oder heissprägen auf dem äusseren Umfang aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass die Ziffern 28 die Codesegmente 29, 30 nicht überdecken.
Eine vorteilhafte Gestaltungsvariante für die innerhalb der Zahlenrollen 21, 25 angebrachten optischen Elemente 41 umfasst eine gedruckte Schaltung 42, auf welcher pro Zahlenrolle 21, 25 je ein optisches Halbleiterelement 43 in Oberflächenmontage aufgebracht ist, mit je einem Lichtleiterelement in der Form eines Vielfachprismas 44, welches durch Umlenkung den gesamten optischen Winkelbereich von 4 mal 36° = 144° auf einen kleineren Winkelbereich reduziert.
Die Lichtleiterelemente 53-57 können in bekannter Art als transparente Elemente mit Totalreflektionsflächen oder mit äusseren Spiegelreflektionsflächen gestaltet sein.
Eine vorteilhafte Variante für die ausserhalb der Zahlenrollen 21, 25 befindlichen optischen Elemente umfasst eine gedruckte Schaltung 51, auf welcher neben fünf Optoelementen 52 für die Erzeugung der fünf Signale pro Zahlenrolle 21, 25 auch ein Mikroprozessor 58 mit den nötigen Zusatzelementen für die Steuerung und die Auswertung der optoelektronischen Elemente und die Anschlüsse für eine Datenübertragungsschnittstelle aufgebracht ist. Fünf Kunststofflichtleiter 35-57 mit einer der Anzahl Zahlenrollen 21, 25 entsprechenden Anzahl Lichtleiterarmen empfangen das Licht von allen Zahlenrollen 21, 25 auf ein Optoelement 43 bei der Variante, wo die äusseren Optoelemente 52 Empfänger, zum Beispiel Fototransistoren, sind, respektive verteilen das Licht auf alle sechs Zahlenrollen 21, 25, wo die äusseren Optoelemente Emitter, zum Beispiel Leuchtdioden, sind. Die fünf Optoelemente 52 auf der äusseren gedruckten Schaltung 51 und die fünf Kunststofflichtleiter 53-57 sind derart gestaltet, dass das von ihnen empfangene respektive emittierte Licht jeweils im Bereich der Codesegmente 29, 30 auf die Drehachse der Zahlenrolle 21, 25 gerichtet ist und die fünf Richtungen unter sich Winkel von 36° einschliessen. Zum Abschirmen von Fremdlicht ist es vorteilhaft, die äusseren Optoelemente 52 und die äusseren Lichtleiter 53-57 mit einer zusätzlichen nicht transparenten Umhüllung zu versehen.
Wie vorgängig in den Figurenbeschreibungen erwähnt bilden die Halbleiteroptoelemente 43 und 52 zusammen mit den Lichtleitern 44 und 53 bis 57 pro Zahlenrolle 21, 25 je fünf Einweglichtschranken, welche zur Auslesung des vom Rollenzählwerk angezeigten Wertes vom Mikroprozessor 58 sequentiell abgefragt werden.

Die fünf Einweglichtschranken ergeben bei einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle 21, 25 um 360° die folgenden 30 Codes als Binärzahl:

Drehwinkel	Angezeigte Ziffer	Code (als Binärzahl)
0°	0	0 0 1 1 0
12°	0	0 0 1 1 1
24°	0	1 0 1 1 1
36°	1	1 0 0 1 1
48°	1	0 0 0 1 1
60°	1	0 1 0 1 1
72°	2	0 1 0 0 1
84°	2	0 0 0 0 1
96°	2	0 0 1 0 1
108°	3	0 0 1 0 0
120°	3	0 0 0 0 0
132°	3	0 0 0 1 0
144°	4	1 0 0 1 0
156°	4	1 0 0 0 0
168 °	4	1 0 0 0 1
180 °	5	1 1 0 0 1
192°	5	1 1 0 0 0
204°	5	0 1 0 0 0
216°	6	0 1 1 0 0
228°	6	1 1 1 0 0
240°	6	1 0 1 0 0
252 °	7	1 0 1 1 0
264°	7	1 1 1 1 0
276°	7	1 1 0 1 0
288	8	1 1 0 1 1
300°	8	1 1 1 1 1
312°	8	1 1 1 0 1
324°	9	0 1 1 0 1
336°	9	0 1 1 1 1
348°	9	0 1 1 1 0
360°/0°	0	0 0 1 1 0

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich dass die Auslesung einer Zahlenrolle 21, 25 mit einer Winkelauflösung von 12 Winkelgraden ausgelesen wird. Das bedeutet, dass mit dieser Auflösung bis dreissig Stellungen pro Zahlenrolle 21, 25 ausgelesen werden können, was auch bedeutet, dass sich die Anwendung der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung nicht nur auf dekadische Zählsysteme beschränkt. Die im Binärcode ermittelten Stellungen der Zahlenrollen 21, 25 werden in der Folge prozessorintern auf bekannte Art weiter zu lesbaren Zahleninformationen konvertiert und bedürfnisgerecht weiterverarbeitet für Protokolle, Statistiken, Rechnungen und so weiter.
Die Lichtleiterelemente 53-57 können in bekannter Art als transparente Elemente mit Totalreflektionsflächen oder mit äusseren Spiegelreflektionsflächen gestaltet sein. Als Material wird vorzugsweise ein geeigneter Kunststoff verwendet.
Bei der Variante wo die äusseren Optoelemente Lichtemitter, also Lichtquellen, sind erfolgt die Auslesung im Prinzip gleich wie vorgängig beschrieben. Es werden der Reihe nach pro Zahlenrolle 21, 25 die fünf Lichtquellen aktiviert und so die Stellung jeder Zahlenrolle 21, 25 als Binärzahl ausgelesen.
Zum Abschirmen von Fremdlicht ist es vorteilhaft, dem Tageslicht und/oder Fremdlicht ausgesetzte periphere Optoelemente, wie beispielsweise die Lichtleiter 53-57 mit einer zusätzlichen nicht transparenten Beschichtung oder Umhüllung zu versehen.
Die geometrische Einteilung der Codesegmente 29, 30 bei den Zahlenrollen 21, 25 ist so disponiert, dass auf einfache und schnelle Art alle Lichtschranken auf ihre Funktion geprüft werden können. Bei dieser Prüfung wird lediglich das ganze Rollenpaket mit der Trägertrommel aus der Ausgangsstellung (Anzeige alle Ziffern "0") um 36° vorwärts gedreht (Anzeige alle Ziffern "1") und um 36° zurückgedreht (Anzeige alle Ziffern "9") wird. Bei der gewählten Geometrie der Codesegmente 29, 30 nehmen bei dieser Prüfung alle Signale aller Lichtschranken je beide Zustände an und es können somit alle Lichtschranken getestet werden. Zusätzlich kann pro Lichtschranke ein individueller Skalierfaktor gemessen und durch den Prozessor 58 in einem unverlierbaren Speicher (EEPROM) abgelegt werden.
In einer weiteren bevorzugten geometriischen Einteilung sind die Codesegmente 29, 30 bei den Zahlenrollen 21, 25 so disponiert, dass bei der Zählwerkstellung "0 0 0 0 0 0" alle Lichtschranken Lichtdurchlass aufweisen, so dass die Verstärkung der Lichtschranken gemessen werden kann.
Als Mikroprozessor 58 wird vorzugsweise ein Prozessor verwendet, welcher die Licht emittierenden Optoelemente 43 oder 52 mit einem ausreichenden Strom, z.B. 5 mA pro Element, direkt ansteuern kann, und welcher einen Analog-Digitalwandler mit mehreren Umschaltbaren Eingängen umfasst, mit welchem der Mikroprozessor den Widerstand der Lichtempfänger 52, und damit die Leuchtstärke messen kann. In einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung misst der Mikroprozessor zusätzlich den Strom in jedem der Licht emittierenden Elemente, wenn er diese einschaltet. Damit kann ein Defekt eines Elementes erkannt und so die Funktionssicherheit verbessert werden. In einer weiteren bevorzugten Variante haben die äusseren Lichtleiter 53-57 einen Arm mehr als die Anzahl der Zahlenrollen des Zählwerkes und umfasst die innere Optoelementeinheit 43 ein Element mehr als die Anzahl der Zahlenrollen 21, 25 des Zählwerkes ist. Damit kann der Mikroprozessor 58 die Funktion der äusseren Optoelemente überprüfen und so die Funktionssicherheit zusätzlich verbessern. Zwecks Abschirmung und Vermeidung von funktionsstörendem Streulicht können zwischen den inneren benachbarten Optoelementen 41 nicht dargestellte zusätzliche Lichtabschirmungen angebracht werden.

Claims

Einrichtung zum Auslesen der Stellung von Zahlenrollen (21, 25) eines Rollenzählwerkes mit Schaltritzeln (31) auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen (21, 25), mittels welchen jeweils die niederwertige Zahlenrolle (21, 25) am Ende einer vollen Umdrehung die höherwertige Zahlenrolle (25) um eine Ziffer oder einen Skalenteil weiter dreht und die Einrichtung für eine berührungslose und belastungsfreie Auslesung der Stellung von Zahlenrollen (21, 25) radial angeordnete Lichtschranken und pro Zahlenrolle (21, 25) mehrere Lichtschranken, bestehend aus einem Lichtemitter (43) mit mehreren Empfängern (52), oder aus mehreren Lichtemittern (43) und einem Empfänger (52) aufweist, wobei die die Zahlenrollen (21, 25) zwecks Ermittlung der Stellung mittels den Lichtschranken mindestens ein lichtdurchlässiges (29) und mindestens ein lichtundurchlässiges (30) Codesegment aufweisen, die sich über verschieden grosse Winkel erstrecken,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf einem Halbkreis radial angeordnete Lichtschranken aus einem zentral in jeder Zahlenrolle (21, 25) vorhandenen optoelektronischen Element (41), mehreren peripher halbkreisförmig angeordneten Lichtleitern (53-57) und mehreren auf einer gedruckten Schaltung (51) angeordneten optoelektronischen Elementen (52) bestehen.
Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zentral in den Zahlenrollen (21,25) vorhandene optoelektronische Element (41) von einem das Licht fokussierenden und den peripheren Elementen zuordnenden Vielfachprisma (44) umgeben ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die peripheren Elemente der Lichtschranken als optische Signalleiter zwischen Lichtquelle und Empfänger in der Form von glasartigen Lichtleitern (53-57) vorhanden sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine winkelgeometrische Anordnung der lichtdurchlässigen (29) und lichtundurchlässigen Codesegmente (30) pro Zahlenrolle (21, 25) vorhanden ist, welche ein Auslesen von mehr als zehn verschiedenen Stellungen während einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle (21, 25) möglich macht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtschranken und die Codesegmente (29, 30) eine einen Gray-Code erzeugende Anordnung aufweisen.