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Dokumentenidentifikation DE19842638A1 06.04.2000
Titel Wassermengenzähler und Abrechnungsvorrichtung
Anmelder Blome, Rainer, Dipl.-Ing., 33106 Paderborn, DE
Erfinder Blome, Rainer, Dipl.-Ing., 33106 Paderborn, DE
Vertreter Hanewinkel, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 33102 Paderborn
DE-Anmeldedatum 17.09.1998
DE-Aktenzeichen 19842638
Offenlegungstag 06.04.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.04.2000
IPC-Hauptklasse G07F 13/02
IPC-Nebenklasse G07F 7/08   G01D 4/00   
Zusammenfassung Wasserversorgungsvorrichtung, bei der Mengenangaben als elektrische Mengenzählsignale (MZ) in einem Signalgeber (SG) erzeugt werden, der von einem rotatorischen Mengenzähler (DZ) angetrieben ist, und die elektronischen Mengenzählsignale (MZ) sowohl zur Verbrauchszählung dienen als auch über einen Gleichrichter (G) und ein Speicherelement (SP) zur Erzeugung einer Versorgungsspannung (UV) einer Steuerelektronik (MP) dienen, die mit mindestens einer Eingabevorrichtung (CLS; MV) für geldwerte Einheiten eingangsseitig verbunden ist und ausgangsseitig Sperrsteuersignale (ES, SS) an eine elektromechanisch betätigte Durchfluß-Sperrvorrichtung (SG, LR, BI) abgibt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Wasserversorgungsvorrichtung mit einer Wassermengenzählvorrichtung, deren Mengenangaben in eine Abrechnungsvorrichtung geleitet werden, in der sie mit bereitgestellten Geldwerten verrechnet werden und bei deren Aufbrauch ein Sperrsignal ein Sperrmittel in der Wasserversorgungsleitung sperrend beaufschlagt bis ein neuer Geldwert bereitgestellt worden ist.

Derartige münzbetätigte Wassermengenzähler mit einer mechanischen Steuerung die eine durchzulassenden Wassermenge abhängig von einer Münzeingabe bemessen, sind bekannt aber wenig gebräuchlich, da die eingezahlten Münzen später aufwendig eingesammelt werden müssen und der jeweilige Wasserpreis mittels eines einstellbaren Multipliziergetriebes berücksichtigt werden muß.

Als Wassermengenzähler sind rotatorische Vorrichtungen bekannt, die beispielsweise nach Art einer Turbine vom Wasserstrom angetrieben werden und über ihre Drehachse mit einem Zählwerk verbunden sind. Eine höhere Genauigkeit in einem weiten Mengendurchsatzbereich weisen Ringkolbenmengenzähler auf, bei denen ein Ringkolben den direkten Weg vom zulauf zum Ablauf versperrt und die veränderlichen Innen- und Außenvolumina, in die der Ringkolben einen zylindrischen Raum aufteilt, umlaufend wechselnd bei Volumenvergrößerung mit dem Zulauf und bei Volumenverkleinerung mit dem Ablauf verbindet.

Weiterhin ist es bekannt, von einem Mikroprozessor Daten aus einer elektrisch lesbaren Kreditkarte zu lesen und Abbuchungen geldwerter Beträge auf der Kreditkarte vorzunehmen und abhängig von der Abbuchung Steuer- und Freigabesignale an Sperren oder dergleichen anzugeben. Außerdem ist es bekannt, Münzprüfgeräte und Münzkassiergeräte, die mit Geldstücken oder Hilfsmünzen arbeiten, mit einem Mikroprozessor zu betreiben, der abhängig von dem Kassiervorgang Steuer- oder Freigabesignale abgibt. Der Mikroprozessor ist gewöhnlich mit einer Steuertastatur und einer Anzeigevorrichtung verbunden, so daß bestimmte vorprogrammierte Kassier- oder Steuervorgänge vorgegeben werden können und Zustände oder Ergebnisse zur Anzeige gebracht werden.

Die Aufgabe der Erfindung, eine wesentliche Vereinfachung und Verbesserung der Wassermengenabgabe bei Vorkasse zu ermöglichen und eine hohe Abrechnungszuverlässigkeit und Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Die Lösung besteht darin, daß die Mengenangaben als elektrische Mengenzählsignale in einem Signalgeber erzeugt werden, der von einem rotatorischen Mengenzähler angetrieben ist, und die elektronischen Mengenzählsignale sowohl zur Verbrauchszählung dienen als auch über einen Gleichrichter und ein Speicherelement zur Erzeugung einer Versorgungsspannung einer Steuerelektronik dienen, die mit mindestens einer Eingabevorrichtung für geldwerte Einheiten eingangsseitig verbunden ist und ausgangsseitig Sperrsteuersignale an eine elektromechanisch betätigte Durchfluß-Sperrvorrichtung abgibt.

Die neuartige Wassermengenzählvorrichtung gibt die Drehkraft des Turbinenrades oder des Ringkolbens auf einen elektrodynamischen Wandler, der bevorzugt mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem gewickelten Stator ausgebildet ist. Das beim Rotieren erzeugte elektrische Signal wird sowohl als Zählsignal genutzt als auch zur Betriebsspannungserzeugung für den Mikroprozessor, der die Zähl-, Abbuchungs-, Kassier- und Freigabefunktion steuert. Somit entfallen jegliche Batterien und Akkumulatoren, die bekanntlich nur beschränkte Lebensdauer haben und wegen ihrer giftigen Inhaltsstoffe problematisch zu entsorgen sind.

Da Wasser ein überlebenswichtiges Gut ist, stellt die neuartige Vorrichtung vorteilhaft sicher, daß stets ein Mindestdurchlaß für eine Überlebensration gewährleistet ist. Der elektrodynamische Wandler ist so ausgelegt, daß auch beim Passieren der Mindestmenge ein zur Stromversorgung ausreichende Spannung erzeugt wird, so daß die Funktion des elektronischen Teiles stets gewährleistet ist, wenn durch eine Kreditkarteneingabe oder einen Münzkassiervorgang eine erneute volle Freigabe des Durchflusses erbracht werden soll.

Bei der Ausführung mit einem Turbinenrad-Mengenzähler wird diesem ein Ventil vor- oder nachgeschaltet, das von dem Mikroprozessor gesteuert jeweils in die Sperr- oder Entsperrstellung zu verbringen ist. Vorzugsweise hat das Ventil zwei Ansteuerwicklungen, über die jeweils mit einem Stromimpuls der Ventilschieber in die eine oder andere Richtung verbracht wird. In der Sperrstellung weist der Ventilschieber eine Passage für den Notmengendurchlauf auf.

Bei der Ausführung mit einem Ringkolben-Mengenzähler läßt sich der Ringkolben wegen seiner Sperrwirkung vorteilhaft für den direkten Durchflußweg als Ventil nutzen, indem der Ringkolben elektromagnetisch gesteuert am Weiterdrehen gehemmt wird. Da der Ringkolben an den elektrodynamischen Generator angekoppelt ist, läßt sich dieser vorteilhaft zur Hemmung nuten. Wird die Generatorwicklung bestromt, so wirkt sie als Motorwicklung und hält den Anker in einer bestimmten Schrittstellung fest, wodurch der Ringkolben als Sperre wirkt. Bei geeigneter Dimensionierung des Generators im Verhältnis zur aufzubringenden Sperrkraft genügt es, die Generatorwicklung weitgehend kurzzuschließen, um eine ausreichende Hemmung zu erzeugen, bei der nur noch die vorgesehene Notmenge bei ganz langsamer Drehung des Ringkolbens durchgelassen wird. Die Restspannung am Quasikurzschlußwiderstand dient weiter der Stromversorgung und der Mengenzählung.

Die Überbrückungsschaltung zur Herstellung des annähernden Kurzschlusses des Generators besteht entweder aus einem elektronischen Zweirichtungsschalter, der über eine Ansteuerbeschaltung durchgeschaltet ist solange sie nicht von einem Steuersignal des Prozessors eingangsseitig gesperrt gesteuert ist und damit der Weg parallel zum Generator hochohmig gesteuert ist und somit ein entsperrter freier Lauf des Ankers und damit auch des Ringkolbens eintritt. Falls also die elektronische Steuerung in irgend einer Weise ausfallen würde, ist stets die Kurzschlußschaltung in Aktion und läßt nur den gehemmten Durchlauf zu.

Eine andere Überbrückungsschaltung arbeitet mit einer Reihenschaltung eines relativ niederohmigen, quasikurzschließenden Lastwiderstandes und einem Relaiskontakt eines vom Prozessor gesteuerten Relais.

Aus Gründen geringen Energieverbrauchs wird bevorzugt ein polarisiertes Relais eingesetzt, dessen Permanentmagnet die jeweilige Schaltstellung stromlos hält und dessen Wicklung mit Impulsen der einen oder anderen Polarität zum Hin- bzw. Herschalten vom Prozessor zu beaufschlagen ist. Zur einfachen Ansteuerung wird die Wicklung vorzugsweise in der Diagonale einer Brücke betrieben.

In Fällen in denen an eine Wasserzuleitung zahlreiche Abzweige mit Zählern anzuschließen sind, werden voreilhaft die Signale mehrerer Zähler-Signalgeber in einer zentralen Steuervorrichtung ausgewertet, und von dieser werden die Sperr- und Entsperrsignale an die Ventilsteuerungen bzw. Quasikurzschlußsteuerungen ausgegeben. Dadurch ist insgesamt nur eine Kreditkarten-Bearbeitungsstation, ggf. eine Münzprüf- und -kassiervorrichtung sowie eine Eingabetastatur und Anzeigevorrichtung vorhanden.

Die Versorgungsvorrichtung ist besonders dort geeignet, wo keine elektrische Stromversorgung vorhanden ist oder es zumindest häufig Stromversorgungs-Störungen gibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1 bis 3 dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Funktionsschema für eine erste Ausführung;

Fig. 2 zeigt ein Detail in geänderter Ausführung;

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung schematisch.

Fig. 1 zeigt einen Ringkolben-Wassermengenzähler DZ. Der Ringkolben RK ist in einem Zylinderraum exzentrisch umlaufend angeordnet, in den stirnseitig der Zulauf ZL und der Ablauf AL münden. Im inneren des Ringkolbens ist ein feststehender Zylinder angeordnet. So entsteht ein Innenraum I und ein Außenraum A beim Umlauf des Kolbens von wechselnder Größe, die vergrößernd mit dem Zulauf und verkleinernd mit dem Ablauf verbunden sind. Bei jedem Kolbenumlauf wird also insgesamt eine ganz bestimmte Wassermenge durchgeleitet.

Mit der Ringkolbenachse ist ein Signalgenerator SG antriebsmäßig verbunden, der vorzugsweise aus einem permanentmagnetischen Rotor MR und einem gewickelten Stator ST besteht. Die ganze Generatorenanordnung ist vorzugsweise vielpolig. Von der Wicklung wird das Wechselspannungssignal als Mengenzählsignal MZ abgenommen und außerdem über einen Gleichrichter G als Versorgungsspannung UV der Elektronik und einem Stromspeicherelemente SP zugeführt, das z. B. ein hochkapazitiver Goldkondensator ist. Zur Begrenzung der Versorgungsspannung UV am Kondensator SP ist eine Zenerdiode ZD vorgesehen, und die Spannung UV ist einem Mikroprozessor MP zugeführt, der die gesamte Steuerung übernimmt.

Die Eingänge des Mikroprozessors MP sind mit dem Mengenzählsignal MZ, einer Kontakteinheit KO eines Kreditkartenlese- und -abbuchungsgerätes, ggf. einem Münzprüf- und -kassiergerät MV, sowie mit einer Tastatur TA verbunden. Die Ausgänge des Mikroprozessors MP steuern eine Anzeigevorrichtung AV an, auf der die vorbezahlten Mengen, der Verbrauch etc. angezeigt werden, die Abbuchungsvorgänge auf der Kreditkarte, die Kassiervorgänge des Münzprüfers MV und die Freigabe eines Münzspeichers MS sowie die jeweiligen Sperrmittel SG, LR, BI; SG, LR, K; SV, die den Durchfluß freigeben oder drosseln.

Im dargestellten Beispiel ist zur Durchflußdrosselung der Ringkolben-Wassermengenzähler DZ ausgenutzt, indem der Ringkolben RK durch eine elektromagnetische Bremswirkung am Signalgenerator SG in seiner Drehung behindert wird. Hierzu ist der Signalgenerator SG mit einer Serienschaltung aus einem sehr niederohmigen Lastwiderstand LR und einem elektronischen Zweirichtungsschalter BI beschaltet, der durch eine Ansteuerbeschaltung RE gewöhnlich durchgeschaltet ist. Nur dann, wenn die Steuerschaltung MP den Durchfluß entsperrt, steuert sie mit einem Entsperrsignal ES die Ansteuerbeschaltung RE wirkungslos und den Zweirichtungsschalter BI hochohmig.

Fig. 2 zeigt eine alternative Schaltung zur Dämpfung der Drehung des Signalgenerators SG. Hierbei ist der niederohmige Lastwiderstand LR in Reihe mit einem Relaiskontakt K geschaltet, so daß bei geschlossenen Relaiskontakt K der Signalgenerator SG durch den annähernden Kurzschluß stark gehemmt ist.

Das Relais RL ist bevorzugt ein polarisiertes Relais, dessen Permantenmagnet den Relaiskontakt K jeweils ohne Stromzufuhr in dem Schaltzustand hält, in dem es durch einen elektrischen Stromimpuls verbracht wurde. Je nach der Polarität des Stromimpulses ES, SS schaltet der Kontakt in die eine oder andere Stellung, also den annähernden Kurzschluß ein oder aus.

Die Zuführung der beiden Polaritäten zur Relaiswicklung geschieht vorteilhaft indem diese in den Diagonalzweig einer Brückenschaltung gelegt wird, wobei je ein Vorwiderstand BR1, BR2 zur Versorgungsspannung UV gelegt ist und je eine Schaltstrecke eines Schalttransistor TS, TE nach Masse zu schalten ist, von denen entweder der eine mit dem Sperrsignal SS oder der andere mit dem Entsperrsignal ES jeweils kurzzeitig zu beaufschlagen ist, wenn umgeschaltet werden soll.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Versorgungsschaltung, bei der der Wassermengenzähler DZ mit einem Ventil SV in Reihe geschaltet ist. Ein solches Ventil ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Mengenzähler im festgehaltenen Zustand keine ausreichende Sperrwirkung ausübt, was insbesondere bei einem Flügelrad-Mengenzähler, wie skizziert, der Fall ist.

Vorzugsweise wird ein Ventil SV vorgesehen, das durch je eine Steuerwicklung SMS, SME elektromagnetisch in die Sperrstellung bzw. Durchlaßstellung zuverbringen ist, so daß nur impulsweise ein Schaltstrombedarf besteht. Die Wicklung SMS zum Sperren wird mit dem Sperrsignal SS des Prozessors MP und die Entsperrwicklung SME wird mit dem Entsperrsignal ES des Prozessors MP angesteuert. Der Sperrschieber des Ventils hat in der Sperrstellung einen kleinen Kanal für den Restdurchlaß DR, so daß die Notmengenversorgung gesichert ist und ein noch ausreichender Antrieb des Signalgenerators SG verbleibt.


Anspruch[de]
  1. 1. Wasserversorgungsvorrichtung mit einer Wassermengenzählvorrichtung, deren Mengenangaben in eine Abrechnungsvorrichtung geleitet werden, in der sie mit bereitgestellten Geldwerten verrechnet werden und bei deren Aufbrauch ein Sperrsignal ein Sperrmittel in der Wasserversorgungsleitung sperrend beaufschlagt bis ein neuer Geldwert bereitgestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenangaben als elektrische Mengenzählsignale (MZ) in einem Signalgeber (SG) erzeugt werden, der von einem rotatorischen Mengenzähler (DZ) angetrieben ist, und die elektronischen Mengenzählsignale (MZ) sowohl zur Verbrauchszählung dienen als auch über einen Gleichrichter (G) und ein Speicherelement (SP) zur Erzeugung einer Versorgungsspannung (UV) einer Steuerelektronik (MP) dienen, die mit mindestens einer Eingabevorrichtung (CLS; MV) für geldwerte Einheiten eingangsseitig verbunden ist und ausgangsseitig Sperrsteuersignale (ES, SS) an eine elektromechanisch betätigte Durchfluß-Sperrvorrichtung (SV; SG, LR, BI; SG, LR, K) abgibt.
  2. 2. Wasserversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (MP) eingangsseitig mit einer Geld- oder Geldersatz-Münzprüf- und Kassiervorrichtung (MV) und/oder mit einer Lese-Entwertungsvorrichtung (CLS) einer geldwerten Kreditkarte verbunden ist.
  3. 3. Wassermengenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der rotatorische Mengenzähler (DZ) ein Ringkolbenzähler (DZ) ist.
  4. 4. Wassermengenzähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetisch betätigbare Sperrvorrichtung (SV) ein elektromagnetisch stellbares Ventil (SV) ist.
  5. 5. Wassermengenzähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (SG) eine von mit dem Ringkolben (RK) antriebsmäßig verbundene Permanentmagnet-Induktionsspulenanordnung (MR, ST) ist.
  6. 6. Wassermengenzähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (SG) ein Dynamo (ST) mit einem permanentmagnetischen Rotor (MR) ist.
  7. 7. Wassermengenzähler nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (SG) von dem Sperrsignal (SS) zu beaufschlagen ist und so beaufschlagt als elektromagnetisch betätigte Sperrvorrichtung (SG, LR, BI; SG, LR, K) wirkt.
  8. 8. Wassermengenzähler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (RK) als das Ventilglied dient, das gesperrt ist, wenn der damit verbundene elektromagnetische Geber (SG) mit dem Sperrsignal (SS) unmittelbar oder mittelbar beaufschlagt ist.
  9. 9. Wassermengenzähler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Geber (SG) mittels des Sperrsignals (SS) jeweils weitgehend kurzgeschlossen wird und dadurch der Ringkolben (RK) bis auf eine Restdrehbarkeit gebremst ist, so daß eine Notmengen-Wasserversorgung stets sichergestellt ist, wodurch auch permanent die Signalerzeugung und Stromversorgung erhalten bleiben.
  10. 10. Wassermengenzähler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsperr- bzw. Sperrsignal (ES, SS) einen elektronischen Zweiwegeschalter (BI) oder ein Relais (RL) beaufschlagt, dessen Schaltstrecke bzw. Kontakt (K) den Signalgenerator (SG) über einen niederohmigen Lastwiderstand (LR) annähernd kurzschließt.
  11. 11. Wassermengenzähler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (RL) ein polarisiertes Relais ist, dem das Sperrsignal (SS) impulsartig zugeführt wird und dem zum Entsperren jeweils in umgekehrter Polarität ein Entsperrsignal (ES) zugeführt wird.
  12. 12. Wassermengenzähler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (RL) in der Diagonale einer Brückenschaltung (BR1, BR2; TS, TE) liegt.
  13. 13. Wassermengenzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch steuerbare Ventil (SV) eine Sperrstellwicklung (SMS), die mit dem Sperrsignal (SS) impulsartig zu beaufschlagen ist, und eine Entsperrwicklung (SME), die impulsartig zum Entsperren zu beaufschlagen ist, aufweist.
  14. 14. Wassermengenzähler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (SV) in der Sperrstellung einen vorgegebenen Restdurchlauf (DR) aufweist, der ausreicht, daß der Signalgeber (SG) Mengenzählsignale (MZ) und damit auch die Versorgungsspannung (UV) bereitstellt.
  15. 15. Wassermengenzähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Steuervorrichtung (MP) mehrere Signalgeber (SG) und Sperrmittel (SV; SG, BI, LR; SV, LR, K) für jeweils zugehörige Versorgungsspannungen (UV) bereitstehen.






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