LIEBERMANN, Frieder (Balgheimerstrasse 27, Spaichingen, 78549, DE)
EFIMOV, George (Händelstrasse 16/1, Trossingen, 78647, DE)
LUTTMER, Jörg (Wilerstrasse 31, Amlikon, CH-8514, CH)
DEICHMEYER, Herbert (Süderstrasse 52A, Krempe, 25361, DE)
LIEBERMANN, Frieder (Balgheimerstrasse 27, Spaichingen, 78549, DE)
EFIMOV, George (Händelstrasse 16/1, Trossingen, 78647, DE)
LUTTMER, Jörg (Wilerstrasse 31, Amlikon, CH-8514, CH)
| Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Abtastung der Teilstriche eines mechanischen Rollenzählwerkes (1 ) bei Zählern aller Art, mit einer Anzahl von drehend angetriebenen Zahlenrollen (2), wobei jede Zahlenrolle am Umfang verteilt eine Anzahl von Ziffern (3) oder Symbolen gleichmäßig am Umfang verteilt trägt, die mit einer gegenüberliegend angeordneten, ortsfesten Auslesevorrichtung erfassbar und auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Zahlenrolle (2) des Zählwerkes (1 ) einer oder mehreren Ziffern (3) oder Symbolen mindestens ein Transponder (6) zugeordnet ist, dem gegenüberliegend ein RFI D-Antennenfeld (15) angeordnet ist, welches die Ziffern (3) oder Symbole der Zahlenrolle (2) des Zählwerkes (1 ) ausliest. 2. Vorrichtung nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass allen Zahlenrollen (2) des Zählwerks eine einzige Antenne (15) zugeordnet ist. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausleseeinheit (9) eine logische Überprüfung der ausgelesenen Werte und zusätzlich eine Plausibilitätsprüfung stattfindet. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Zahlenrolle zugeordneten Transponder mit einem anderen Identitätssignal oder charakteristischen Funksignal auf einen Sende- Empfangsimpuls (8) antworten als vergleichsweise die in einer benachbarten Zahlenrolle angeordneten Transponder. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer Plausibilitätsprüfung alle möglichen und gültigen Zahlenkombinationen in einem EEPROM abgelegt sind, und bei der Auswertung der einzelnen Empfangsimpulse (8, 8a, 8b) ausgelesen und auf Gültigkeit überprüfbar sind. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Ausleseeinheit außen am Zählergehäuse angeordnet ist. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Ausleseeinheit innen am Zählergehäuse angeordnet ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Transponder (6) aller Zahlenrollen (2) parallel und zum gleichen Zeitpunkt abgefragt werden. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Antriebswelle (28) und/oder mindestens einer Zahlenrolle (2) mit einem Wirbelstromsensor (41 ) erfassbar ist. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zahlenrolle (2) weniger Transponder (6, 31-35) als auszulesende Ziffern oder Symbole angeordnet sind. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantenne (15) aus zwei Teilspulen (15A, 15B) besteht, die in Serie zueinander geschaltet sind und die im Winkel von 90 Grad zueinander versetzt ortsfest am Außenumfang einer Zahlenrolle (20a, 20b, 20c) angeordnet sind. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mindestens zwei diametral aneinander gegenüberliegenden Transpondern (31 , 32) auf einer Zahlenrolle (20a, 20b, 20c), die Sende- und Empfangsantenne (48, 49, 50) aus mehreren Sende- und Empfangsspulen (15a-15d) besteht, die auf einer U-förmig den Außenumfang der Zahlenrolle übergreifenden Leiterplatte angeordnet sind. |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtastung der Teilstriche eines mechanischen Rollenzählwerkes bei Zählern aller Art nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Stand der Technik ist beispielsweise mit dem Gegenstand der DE 197 19 459 A1 bekannt geworden, bei der zur Auslesung der Teilstriche eines mechanischen Rollenzählwerkes ein lichtempfindlicher Matrix-Sensor verwendet wird, der insbesondere als CCD-Array ausgebildet ist und der als Vorsatz auf einen herkömmlichen Zähler aufgesetzt wird. Hierbei wird vorausgesetzt, dass ein lichtdurchlässiges Fenster von außen her zugänglich ist, um das CCD-Array von außen auf dieses Fenster aufsetzen zu können.
Durch entsprechende Belichtung der sich drehenden Zahlenrollen kann von dem aufgesetzten CCD-Feld ein entsprechendes Signal empfangen und verarbeitet werden. Nachteil dieser bekannten Auslesetechnik ist, dass sie außerordentlich schmutz- und feuchtigkeitsanfällig ist und im Übrigen nicht genau arbeitet. Es ist relativ schwierig, aufgrund einer Mustererkennung die in dem CCD anfallenden Signale in der Weise auszuwerten, dass man erkennen kann, welche Zahl auf welcher Zahlenrolle gerade vorbeigelaufen ist. Dies hat den weiteren Nachteil, dass relativ lange Verarbeitungszeiten vorhanden sind, so dass eine derartige Technik nicht für schnell laufende Zähler eingesetzt werden kann. Soll diese Technik auch für schnell laufende Zähler verwendet werden, ergibt sich auf der Verarbeitungsseite ein unverhältnismäßiger Aufwand.
Mit dem Gegentand der DE 295 10 643 U1 wird eine Fernkontrolle von Wasserverbräuchen von Zählern vorgeschlagen, bei der ein optoelektronischer Sender und ein optoelektronischer Empfänger verwendet werden. Hier besteht
BESTÄTIGUNGSKOPIE wiederum der Nachteil der Verschmutzungsgefahr durch eindringenden Schmutz und Feuchtigkeit.
Mit der DE 195 22 722 C2 wird eine mechanische Kontaktgabe mit einer umlaufenden Schaltnocke und am Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Schaltern vorgeschlagen, was mit hohem Aufwand, mit einer großen Reparaturanfälligkeit und mit einer Drehmoment beeinflussenden Auslesung verbunden ist. Mit dem Gegenstand der DE 101 13 378 C2 wird eine berührungslose Abtastung von Rollen eines Rollenzählwerkes über eine kapazitive Auslesung vorgeschlagen. Eine codierte Beschichtung auf der Umfangsfläche der jeweiligen Rolle liegt gegenüberliegend zu einem Gegenbeschichtungsstreifen auf einer festen Gegenplatte, um so einen Kondensator mit je nach Winkelstellung der Rolle unterschiedlichen Kapazitäten zu bilden. Die anfallenden Kapazitäten werden messtechnisch ausgewertet.
Bei einer derartigen Vorrichtung besteht der Nachteil, dass eine externe Stromquelle verwendet werden muss, um den entstehenden Kondensator auslesen zu können. Weiterer Nachteil ist, dass die Auslesung gegen Feuchtigkeit und Schmutz außerordentlich empfindlich ist und im Übrigen ungenau, denn die Kapazitätserfassung erfolgt im Pico-Farad-Bereich, was zu relativ ungenauen Auswertergebnissen führt. Die Kapazitäten sind im Übrigen von den mechanischen Dimensionen der Zahlenrollen und deren Abstand zu der Gegenplatte abhängig, was dazu führt, dass beispielsweise eine Winkelstellung der Zahlenrollenachse im Vergleich zu der ortsfesten Gegenplatte zu einer ungenauen und fehlerbehafteten Auslesung der Kondensatoren führt.
Mit dem Gegenstand der EP 0 024 647 A1 ist eine induktive Auslesung eines Rollenzählwerkes bekannt geworden, dass allerdings unter dem Nachteil leidet, dass es gegen magnetische Einflüsse empfindlich ist. Bei derartigen Zählern kommt es oft vor, dass sie im Bereich von Starkstromleitungen verlegt sind und die magnetische Einkopplung von Feldern auf das hier beschriebene Rollenzählwerk führt zu einer fehlerhaften Auslesung der Zahlenrollen.
Weil das induktiv auslesbare Rollenzählwerk direkt mechanisch mit der Drehachse der einzelnen Zahlenrollen gekoppelt ist, ist damit auch die innere Drehreibung in nachteiliger Weise erhöht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abtastung der Teilstriche eines mechanischen Rollenzählwerks bei Zählern aller Art so weiterzubilden, dass die Auslesevorrichtung jederzeit unter geringem Aufwand nachträglich an einen vorhandenen Zähler angebaut werden kann und dass die Vorrichtung insgesamt magnetisch unempfindlich und auch gegen Schmutz und Feuchtigkeit resistent ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wesentlich ist, dass in der jeweiligen Zahlenrolle des Zählwerkes einer oder mehreren Ziffern oder Symbolen mindestens ein Transponder zugeordnet ist, dem gegenüberliegend ein RFI D-Antennenfeld angeordnet ist, mit dessen Hilfe die Ziffern oder Symbole der Zahlenrolle des Zählwerkes ausgelesen oder der aktuelle Zählstand des Zählers bestimmt werden kann.
Beim Gegenstand der älteren Patentanmeldung DE 10 2008 039 377 ist lediglich vorgesehen, dass pro Ziffer auf der Zahlenrolle jeweils ein Transponder (Tag) vorgesehen war. Dies bedeutet, dass pro Zahlenrolle eine Antenne vorhanden ist und dass dieser einen Antenne, die über einen Multiplexer einer Auswertung zugeführt wird, eine Anzahl von Zahlenrollen zugeordnet ist, wobei auf der Zahlenrolle dann am Umfang verteilt 10 Transponder angeordnet sind und jeder Ziffer auf der Zahlenrolle ein derartiger Transponder zugeordnet ist.
Die Erfindung geht von diesem technologischen Hintergrund aus und sieht stattdessen vor, dass eine Antenne über mehrere Zahlenrollen geht, z. B. bevorzugt, dass allen Zahlenrollen eine einzige Antenne zugeordnet ist, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist.
In einer anderen Ausgestaltung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Antenne 3 Zahlenrollen und einer weiteren Antenne weitere 3 Zahienrollen zugeordnet sind oder dergleichen.
Es wird jedoch die Zuordnung einer einzigen Antenne über alle Zahlenrollen bevorzugt.
Mit dieser Ausführung besteht nämlich der Vorteil, dass ein wesentlich geringerer Platzbedarf benötigt wird, dass Übersprechprobleme nicht mehr entstehen und dass sich die Antennen nicht gegenseitig beeinflussen. Damit wird die Anordnung kostengünstiger, weil der vorher notwendige Multiplexer entfallen kann.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Ausführung mit mehreren Antennen zwischen den Zahlenrollen bzw. über den Zahlenrollen entsprechend weniger Transponder auf den Zahlenrollen benötigt werden, um die Stellung der Zahlenrolle zu bestimmen.
Hierbei werden dann Zwischenwerte erfassbar, die bisher nicht erfasst werden konnten. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass in der jeweiligen Zahlenrolle des Zählwerkes mehreren Ziffern mindestens ein (aktiver oder passiver) Transponder angeordnet ist, dem gegenüberliegend in geringem Abstand ein RFID-Antennenfeld gegenüberliegt, welches von einer entsprechenden Schaltung dergestalt angesteuert ist, dass jeweils mit einer Antenne des RFID- Antennenfeldes eine Zahlenrolle des Zählwerkes auslesbar ist.
Damit ist der Vorteil verbunden, dass man mit einer einzigen Antenne nun mehrere Transponder nebeneinander liegend auslesen kann und damit auch Zwischenwerte zwischen den Transpondern und den zugeordneten Zahlenwerten bestimmen kann.
Damit kann man die Position der im Antennenfeld liegenden mehreren Transponder sehr genau bestimmen, weil hier eine bestimmte Auslesetechnik verwendet wird, bei der RSSI genutzt wird. Hiermit ist der englische Begriff „Received Signal strength indicator" gemeint, was bedeutet, dass eine Unterscheidung nicht nur bezüglich der Transpondersignale stattfindet, sondern auch bezüglich deren Feldstärke.
Damit kann eine entfernungsabhängige Unterscheidung der Transponder stattfinden. Damit kann eine genaue Lokalisierung der Transponder im Empfangsfeld der Antenne festgestellt werden. Aufgrund dessen ist es möglich, die Anzahl der Transponder pro Zahlenrolle entscheidend zu reduzieren, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 10 Ziffern auf einer Zahlenrolle nur noch zum Beispiel 2 oder 5 Transponder angeordnet sind, so dass für 10 Ziffern nur noch 2 oder 5 Transponder verwendet werden.
Es ist selbstverständlich auch jedes andere Verhältnis möglich, so dass man z. B. angeben kann, dass für 0 Ziffern nur noch 4 oder 3 Transponder verwendet werden. Hier werden dann unter Umständen mehrere Antennen pro Zahlenrolle benötigt.
Es sind auch große geometrische Toleranzen zulässig, weil selbst ein mechanischer Versatz der Drehachse der Zahlenrolle im Vergleich zum gegenüberliegenden RFI D-Antennenfeld nicht zu einer Beeinträchtigung der Auslesung führt.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass im Bereich der Ausleseeinheit eine logische Überprüfung der ausgelesenen Werte und zusätzlich eine Plausibilitätsprüfung statt findet. Dies bedeutet, dass Fehlereinflüsse weitgehend ausgeschlossen werden. Hier ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeweils einer Antenne im ortsfesten RFI D-Antennenfeld genau einer Zahlenrolle zugeordnet ist. Es könnte nun passieren, dass auch die Transponder in der benachbarten Zahlenrolle durch einen Sendeimpuls der, der anderen Zahlenrolle zugeordneten RFID-Antenne angesprochen werden.
Die dort in der benachbarten Zahlenrolle angeordneten Transponder senden jedoch mit einem anderen Identitätssignal oder charakteristischen Funksignal, welches von der Empfangsschaltung auf der Empfängerseite erkannt wird, so dass die Empfängerseite nur an der einen Zahlenrolle zugeordnete Empfangsimpulse auswertet, die auch genau von der fluchtend gegenüberliegend angeordneten Zahlenrolle empfangen wurden.
Empfangssignale von der Reihe der Transponder auf der benachbarten Zahlenrolle werden erkannt und nicht zur Auswertung herangezogen.
Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, wie eingangs dargestellt, ist es mit der Erfindung möglich, dass allen Zahlenrollen eine einzige Antenne zugeordnet ist, so dass auch die Transponder von benachbarten Zahlenrollen ausgewertet werden.
Damit erfolgt eine Diskriminierung in der Weise, dass man nun unterscheiden kann, dass der Tag zu einer ersten Zahlenrolle und ein anderer Tag zu einer zweiten Zahlenrolle gehören.
Voraussetzung hierfür ist, dass bei der Programmierung der Einrichtung ein entsprechender Einlernvorgang stattfindet, um dem Auswertesystem die Art und Anordnung der einzelnen Transponder pro Zahlenrolle mitzuteilen.
Die Transponder senden im Übrigen eine Information, die angibt, zu welcher Zahlenrolle der Transponder gehört. Es handelt sich dabei entweder um vorprogrammierte Transponder, oder diese Transponder werden später beim Einlernen so programmiert, dass deren Art und Anordnung zu der jeweiligen Zahlenrolle durch das Transpondersignal eindeutig unterscheidbar ist.
Damit ist es einerseits möglich, die Transponder entsprechend zu programmieren, und andererseits ist es auch möglich, das Auswertesystem bei unprogrammierten Transponder (nur UID) auf die Transponderanordnung auf den einzelnen Zahlenrollen einzulernen.
Mit dem Einlernvorgang kann man einen entsprechenden Speicher sparen, indem die eingelernten Werte der Transponder abgelegt werden, weil ja die Logik des Auswertesystems einen Einlernvorgang ausführt und dann später nicht mehr geändert werden muss.
Gemeint ist also, dass der Speicher des Transponder eingespart werden kann, wenn der Einlernvorgang auf der Softwareseite stattfindet und im System und der Transponder nicht in spezieller Weise programmiert wird und lediglich mit UID identifiziert werden kann.
Man geht hierbei davon aus, dass jedem Transponder eine universelle Nummer (UID) zugeordnet ist, die einmalig für den Transponder ist.
Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, denn beim Stand der Technik war eine derartige logische Überprüfung der eingehenden Empfangsimpulse nicht gegeben und ebenso wenig eine Plausibilitätsprüfung.
Bei der Plausibilitätsprüfung werden alle möglichen Zahlenkombinationen in einem EEPROM abgelegt, und bei der Auswertung der einzelnen Empfangsimpulse aus dem RFI D-Antennenfeld findet die besagte Plausibilitätsprüfung statt. Wurde eine Zahlenkombination erfasst, die nicht vorkommen kann oder als ungültig erkannt wurde, wird sie verworfen. Mit der gegebenen technischen Lehre ist eine einfache Umrüstung vorhandener Zähler möglich, denn es reicht aus, lediglich die vorhandenen Zahlenrollen gegen die erfindungsgemäßen Zahlenrollen (mit eingesetzten Transpondern) auszutauschen.
Ferner reicht es bei einer Nachrüstung aus, die Ausleseeinheit auf das Sichtfenster des Zählers aufzusetzen und mit dem Gehäuse mechanisch zu verbinden, um das RFI D-Antennenfeld in möglichst dichter und fluchtender Übereinstimmung mit den Zahlenrollen im Innenraum des Zählers zu positionieren.
Weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass bereits im Herstellerwerk Zähler mit den erfindungsgemäßen Zahlenrollen ausgerüstet werden können, ohne die RFID-Ausleseeinheit selbst zu montieren.
Diese so vorgerüsteten Zähler können nach wie vor in herkömmlicher Weise verwendet werden, und erst wenn der Gesetzgeber vorschreibt, dass eine Fernauslesung gefordert wird, reicht es aus, die RFID-Ausleseeinheit außen an den Zähler anzubringen.
Selbstverständlich sieht die vorliegende Erfindung auch vor, dass solche Zähler sofort mit einer gehäuseseitig innenliegenden RFI D-Auslesevorrichtung versehen werden können. Wichtig bei allen Ausführungsformen ist, dass ein Abstand von bis zu 10 mm zwischen den Antennen des RFID-Antennenfeldes der Auslesevorrichtung und den zugeordneten Transpondern in den Zahlenrollen möglich ist. Dies ermöglicht eine große Gestaltungsfreiheit der Vorrichtung, und es ist sogar ein geringer seitlicher Versatz von z. B. 1 mm möglich, ohne dass es zu fehlerhaften Auslesungen kommt.
Selbst wenn die Drehachse des Zählwerkes verkantet zu dem RFID- Antennenfeld in der Auslesevorrichtung montiert wird, führt dies nicht zu fehlerhaften Ergebnissen. Auch spielt ein Achsspiel des Zählwerkes, bedingt durch einen fortlaufenden Verschleiß, keine Rolle bei der Auslesung. Im Übrigen wird ein weitgehender Eingriff an den Zahlenrollen vermieden, weil herkömmliche Zahlenrollen verwendet werden können, die lediglich am Innen- oder Außenumfang oder an einem sonstigen Teil der Zahlenrolle mit einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Transpondern versehen werden.
Es bedarf deshalb z. B. nicht der Anordnung von Leiterplatten zwischen den Zahlenrollen oder Lichtleitern, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, denn die Transponder sind in den Zahlenrollen am Umfang verteilt verdeckt angeordnet und mit diesen drehfest verbunden, während das RFID- Antennenfeld vor den Zahlenrollen angeordnet ist und sich mit seiner Längserstreckung parallel zur Drehachse der Zahlenrollen erstreckt.
Nachfolgend werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung kurzgefasst nochmals wiedergegeben:
Ausleseprinzip: RFID, kontaktlos bestehend aus: RFID-Transponder aktiv oder passiv
Readerbaustein
Mikroprozessor
Geeignete Schnittstelle zur Signalübertragung Stabilisierung Betriebsspannung
Zahlenrolle(n)
Ausführung/Funktion:
- Die Zahlenrollenausleseeinheit (Blockschaltung) ist ohne Verbindung einer externen Schnittstelle stromlos.
- Ein internes Netzteil oder Batteriebetrieb ist möglich. - Grundsätzlich erfolgt die Bestromung durch einen angeschlossenen Verbraucher beim optischen Betrieb oder bei einem Wirelessbetrieb erfolgt die Bestromung durch Batterie oder Netzteile Ausleseverfahren:
- Pro Zählwerk wird ein RFID-Lesegerät (aktiv) in einer Aufnahmeeinrichtung positioniert.
- In den Zahlenrollen befinden sich eingelegt und/oder eingespritzt oder anders befestigte RFID-Transponder (passiv) pro Ziffer oder für eine Anzahl aufeinanderfolgender Ziffern
- Jeder Ziffer oder einer Gruppe von Ziffern (z.B. jeder zweiten oder dritten Ziffer) wird ein unterschiedlich beschriebener Transponder zugeordnet.
- Als möglicher Ausleseport ist jeder bedrahtete, optische oder WirelessPort geeignet.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, wenn die einzelnen RFID-Transponder in einer sogenannten Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe zusammengefasst sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist es deshalb nicht mehr notwendig, im Innenraum der Zahlenrollen getrennt voneinander angeordnete RFID-Transponder als separate Bauteile anzubringen, was mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden ist.
Stattdessen schlägt die Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, nun eine Sende- und eine Empfangsantennen-Baugruppe dergestalt auszubilden, dass lediglich eine Zahlenrolle jeweils nur noch einen Transponder trägt und nicht mehr eine Vielzahl von Transpondern, wie es in den vorherigen Ausführungsbeispielen der Fall war.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Zuordnung von lediglich einem Transponder zu einer Zahlenrolle beschränkt. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass einer Zahlenrolle mit beispielsweise 10 Ziffern 5 Transponder zugeordnet sind.
Im allgemeinen Beschreibungsteil wurde bereits schon darauf hingewiesen, dass noch jede andere Zuordnung gegeben ist.
Der Einfachheit halber wird jedoch im Folgenden nur noch ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem einer einzigen Zahlenrolle ein einziger Transponder zugeordnet ist.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn ein einziger Transponder vorhanden ist und die Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe besteht bevorzugt aus einer Leiterplatte, die entweder nur vorderseitig oder nur rückseitig oder auch beidseitig mit zugeordneten Antennenspulen versehen ist.
Die Antennenspulen sind bevorzugt als Leiterbahnen auf einer geätzten Leiterplatte angeordnet und sind gleichmäßig am Umfang verteilt.
Jede Antennenspule ist getrennt ansteuerbar, so dass entsprechend der Anzahl der Antennenspulen auch eine Anzahl von Ansteuerleitungen auf der Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe vorhanden ist.
Bei Drehung einer Zahlenrolle bewegt sich der Transponder zentrisch zu den am Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Antennenspule auf der Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe. Die Antennenspule, die auf der Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe dem sich vorbeibewegenden Transponder am nächsten liegt, bekommt ein entsprechendes Signal und dieses Signal wird in eine der Drehlage entsprechende Zahlenpositionen umgesetzt, weil ja die Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe ortsfest angeordnet ist und demzufolge eine genaue Zuordnung jeder einzelnen Antennenspule zu den einzelnen, beweglich gegenüberliegenden Ziffern auf der Zahlenrolle zuordenbar ist. Es wird bevorzugt, so viele Antennen auf der ortsfesten Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe anzuordnen, wie Ziffern auf der Zahlenrolle zugeordnet werden sollen. Damit ist eine eindeutige Zuordnung möglich. Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass ein sehr geringer Raumbedarf besteht und ferner werden die kostenintensiven Transponder, die in einer Vielzahl auf der Zahlenrollen angeordnet werden mussten, deutlich verringert, weil nur noch ein einziger Transponder notwendig ist. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Wie mehrfach im allgemeinen Beschreibungsteil hingewiesen wurde, kann es auch vorgesehen sein, dass mehreren Ziffern auf der Zahlenrolle einer einzige Antennenspule oder allgemeiner gesagt, eine Antenne, zugeordnet ist. Ferner ist es möglich, die Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe sehr schmal auszubilden, weil es sich um eine dünne Leiterplatte mit einer Dicke von z. B. kleiner als 1 Millimeter handelt, und die Sende- und Empfangsantennen- Baugruppe im Zwischenraum ortsfest zwischen den sich aneinander vorbeibewegenden Zahlenrollen angeordnet ist.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Sende- und Empfangantennen-Baugruppe sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite getrennt voneinander ansteuerbare Antennenspulen aufweist, wobei beispielsweise die Vorderseite der Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe der linken Zahlenrolle und die Rückseite dieser Baugruppe der rechten Zahlenrolle und dem oder den dort angeordneten Transponder(n) zugeordnet ist.
Es gibt jedoch auch die Möglichkeit, dass man lediglich mit einer einseitig bestückten Baugruppe und den dort beispielsweise an der Vorderseite angeordneten Antennenspulen sowohl die Stellungsabfrage der linken als auch der rechten Zahlenrolle vornehmen kann, weil die Antennenspulen durch das Material der Kunststoff-Leiterplatte hindurchstrahlen und demzufolge auch den Transponder auf der an der unbestückten Rückseite vorbeilaufenden Zahlenrolle mit Signalen beschicken.
Durch die beidseitige Bestückung (vorder- und rückseitige Bestückung) der Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe ergibt sich der Vorteil, dass auf kleinstem Raum eine Vielzahl von Antennenspulen angeordnet werden können.
Dies ist jedoch nicht unbedingt lösungsnotwendig, denn wie vorhin ausgeführt, reicht es aus, lediglich die Vorderseite bzw. die Rückseite der Baugruppe mit Antennenspulen zu bestücken, wobei dergestalt codierte Signale ausgegeben werden, dass der Transponder auf der linken Zahlenrolle beispielsweise die Codierung A und der Transponder auf der (benachbarten) rechten Zahlenrolle die Codierung B aufweist und die beiden Codierungen sich dergestalt unterscheiden, dass es einfach ist, bei der Auslesung der Antennenspulen festzustellen, ob nun die linke Zahlenrolle mit dem A-codierten Transponder oder die rechte Zahlenrolle mit dem B-codierten Transponder vorbeigelaufen und in der Stellung erfasst wurde.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere bei fluid- durchströmten Zählern, bei denen der Drehantrieb der Zahlenrollen durch das strömende Fluid erfolgt, erfindungsgemäß vorgesehen, dass entweder auf der ersten Zahlenrolle oder direkt auf der Antriebsachse eines Turbinenrades eine fest angebrachte Metallplatte angeordnet ist, die mit der Zahlenrolle und demzufolge auch mit der Antriebsachse für die niederwertigste Zahlenrolle mitrotiert.
Dieser fest angebrachten Metallplatte, die drehfest mit der rotierenden Antriebsachse verbunden ist, ist ein ortsfest angeordneter Wirbelstromsensor zugeordnet, der die Rotationsgeschwindigkeit und die Drehrichtung dieser Metallplatte erfasst. Damit ist es nun erstmals möglich, den Vor- und Rücklauf des Mediums durch Erfassung der Drehrichtung der ersten, niederwertigsten Zahlenrolle bzw. durch Erfassung der Drehrichtung der Antriebsachse zu erfassen. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass statt einer fest angebrachten Metallplatte, die drehfest mit der rotierenden Antriebsachse verbunden ist, ein mitrotierender Transponder verwendet wird, dessen Signal von einer ortsfesten Antenne erkannt und erfasst wird.
Statt einer fest angebrachten Metallplatte kann auch eine mitrotierende Spule verwendet werden.
Das Signal des Wirbelstromsensors wird über eine Signalleitung an den Mikrokontroller gegeben, der ohnedies für die Signalverarbeitung der Signale von den Zahlenrollen zuständig ist und der Controller gibt sein Ausgangssignal auf ein Display, auf dem entsprechend der Softwareeinstellung der Vor- oder Rücklauf des Mediums angezeigt wird. Nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen war es vorgesehen, jeder Zahlenrolle 5 Transponder (Transponder) zuzuordnen, die drehfest mit der Zahlenrolle verbunden waren, wobei alle mit der Zahlenrolle verbundenen Transponder von einer oder mehreren Antennen beaufschlagt wurden. Es hat sich nun herausgestellt, dass die Anzahl der Transponder, die jeweils mit der Zahlenrolle verbunden sind, wesentlich reduziert werden kann, wenn vorgesehen ist, dass die Antenne nicht nur als planarer Strahler (linear sich in X- und Y-Richtung erstreckende Empfangseinheit) ausgebildet ist, sondern wenn diese Antenne in zwei im Winkel von 90° zueinander stehenden Antennenspulen aufgeteilt wird und diese beiden Antennenspulen, die im Winkel von 90° zueinander stehen, in Serie zueinander geschaltet sind. Diese Ausführung sieht demgemäß eine räumliche Empfangs- und Sendeeinheit mit in X-, Y- und Z-Richtung verformten Antennenspulen. Nach dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel„sieht" die einzige, vorhandene planare Antenne jeweils nur einen oder wahlweise 2 Transponder, die in deren Sendebereich gelangen. Nach der hier beschriebenen Weiterbildung, ist jedoch diese planare Antenne in zwei zueinander senkrecht stehende Antennenspulen aufgeteilt und damit besteht der Vorteil, dass eine höhere Auflösung besteht, wenn man ebenfalls von 5 Transponder pro Zahlenrolle ausgeht.
Die Auflösung bei der Anordnung von 5 Transpondern pro Zahlenrolle und einer abgewinkelten Antenne, die aus zwei senkrecht zueinander stehenden Antennenspulen besteht, verdoppelt die Auflösung. Wesentlich hierbei ist, dass die beiden im Winkel von 90° zueinander angeordneten Antennenspulen der so gebildeten, einzigen Winkelantenne nicht genau symmetrisch zur Drehachse des Zählwerkes bzw. jeder einzelnen Zählrolle angeordnet sind, sondern dass die eine Empfangsspule genau in der Symmetrieachse des Zählwerkes liegt, während die andere im Winkel von 90° hierzu angeordnete Antennenspule um einen Versatz von der Symmetrielinie des Zählwerkes nach außen versetzt ist.
Hierbei ist wesentlich, dass der Empfangsbereich jeder Antenne nur so gewählt ist, dass die jeweilige Teilantenne nur jeweils einen Sektor der Zahlenrolle „sieht", wobei angenommen wird, dass die Zahlenrolle in insgesamt zehn Sektoren unterteilt ist und jeder zweite Sektor mit einem Transponder belegt ist.
Auf diese Weise wird unabhängig von der Drehlage der jeweiligen Zahlenrolle dafür gesorgt, dass wenn die eine Teilantenne mit ihrem Empfangsbereich im Sendebereich eines nächst daran anliegenden Transponders liegt, aufgrund des Versatzes der anderen Teilspule außerhalb der Symmetrielinie des Zählwerkes - z. B. nach links - diese nicht ebenfalls (dort) einen Transponder sieht, sondern einen neutralen Bereich der Zahlenrolle. Im Ergebnis ist also eine einzige Antenne in zwei Teile aufgespaltet, wobei diese Teile im rechten Winkel zueinander stehen und der eine Teil noch außermittig von dem Erfassungszentrum der Zählrolle nach außen versetzt ist. Man hat damit eine Auflösung, die auf Halbschritte der Zahlenrolle erweitert ist, weil bei jedem Halbschritt (der insgesamt 10 Sektoren der Zahlenrolle) jeweils beim Weiterdrehen um einen halben Sektor bereits schon ein Auswertesignal spezifisch für den aktuellen Drehwinkel der Zahlenrolle erzielt wird, während dies bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel nicht der Fall war.
Es wird darauf hingewiesen, dass es nicht nur auf 5 Transponder an einer in insgesamt 10 Sektoren unterteilten Zahlenrolle ankommt, die im Empfangsbereich von zwei Teilantennen liegt.
Die Unterteilung einer Zahlenrolle in zehn Sektoren mit 5 dazugehörenden Transpondern ist beispielhaft als bevorzugt zu verstehen. Es können selbstverständlich auch andere Kombinationen von Anzahl der Transponder im Vergleich zur Anzahl der Sektoren einer Zahlenrolle verwendet werden.
Wenn es jedoch möglich ist, nach dem vorherigen Ausführungsbeispiel eine zehnteilige Zahlenrolle mit 5 Transponder auszurüsten und mit zwei Teilantennen zu versehen, dann ist es in einer Weiterbildung der Erfindung auch möglich, nun ganze Antennenarrays zu gestalten, so dass man auf einer Leiterplatte, z. B. fünf von solchen Teilantennen anordnen kann und insgesamt aus zwei derartigen Leiterplatten, wobei jede Leiterplatte fünf Antennen enthält, eine Gesamtleiterplatte gestalten kann, die dann demzufolge zehn unterschiedlich wirkende Antennen verwendet. Die Antennenarrays werden jedoch nicht mehr in Serie geschaltet, wie dies bei den zwei Teilantennen nach dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist, sondern diese Antennenarrays nach der jetzt beschriebenen Ausführungsform werden sequentiell abgearbeitet, so dass von den insgesamt zehn vorhandenen Antennen immer nur eine in Betrieb ist.
Von besonderem Vorteil ist, wenn man diese Antennenarrays auf flexiblen Leiterplatten anordnet und zu einer Doppel-Leiterplatte verbindet, wobei diese Doppel-Leiterplatte dann etwa u-förmig den Außenumfang der Zahlenrollen parallel zur deren Drehachse umgibt. Ein solches Antennenarray, von dem insgesamt z. B. zwei vorhanden sind, versorgt beispielsweise die ersten vier Zahlenrollen eines Zählwerkes, während das andere, fluchtend dazu angeordnete zweite Antennenarray mit den dort angeordneten fünf Antennenspulen die weiteren vier Zahlenrollen des Zählwerkes versorgt, wobei das Zählwerk dann aus acht Zahlenrollen besteht.
Alle vorgenannten Zahlenangaben sind nur beispielhaft und sollen nur der Erläuterung der Erfindung dienen. Es kommen selbstverständlich alle anderen Zahlen ebenfalls in Betracht, und die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Zahlenwerte beschränkt.
Wichtig bei diesem Ausführungsbeispiel ist demzufolge, dass die Antennenarrays jeweils z. B. fünf sequentiell abzufragende Empfangsspulen aufweist und die beiden Antennenarrays fluchtend hintereinander angeordnet sind und u-förmig am Außenumfang der Zahlenrollen die Zahlenrollen um einen Umfassungswinkel von z. B. 180° umgreifen, so dass damit eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Dies liegt daran, dass, wenn man z. B. bei den vorher notwendigen fünf Transponder pro Zahlenrolle nunmehr, anstatt fünf Transponder, nur noch zwei Transponder verwendet, man ein Antennenarray benötigt, welches dann nicht mehr aus zwei Teilspulen besteht, sondern z. B. aus fünf sequentiell angesteuerten Sende- und Empfangsantennen, die auf einem solchen Haibarray angeordnet sind.
Daher ist es bei dieser Ausführung möglich, dass jede Zahlenrolle nur noch zwei Transponder aufweist und nicht mehr fünf, wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Damit kann die Anzahl der Transponder pro Zahlenrolle entscheidend verringert werden.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Figur 1 : schematisiert eine Auslesevorrichtung nach der RFID-Technik
Figur 2: vergrößert eine Zahlenrolle nach Figur 1
Figur 3: schematisiert das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung Figur 4: perspektivische Ansicht von zwei auseinandergezogenen
Zahlenrollen mit einer dazwischen angeordneten Baugruppe
Figur 5: ein Zusammenbau der Anordnung nach Figur 4, wobei die
Antennen beidseitig auf der Baugruppe angeordnet sind
Figur 6: ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem die
Antennenspulen lediglich an einer Seite der Baugruppe angeordnet sind Figur 7: die Vorderansicht der Baugruppe
Figur 8: die auseinander geklappte Darstellung der Baugruppe nach Figur
7, um darzustellen, dass sowohl die Vorder- als auch die Rückseite mit Antennenspulen bestückt ist Figur 9: eine gegenüber Figur 8 abgewandelte Ausführungsform, bei nur die Vorderseite der Baugruppe bestückt ist. Figur 10: schematisiert dargestellte Anordnung zur Erfassung der
Drehrichtung der Antriebswelle der Zahlenrollen bei einem strömenden Medium.
Figur 11 : eine schematisierte Darstellung der Auswertung von Zahlenrollen in 10 verschiedenen Drehlagen, wobei jeder zweiten Ziffer auf der
Zahlenrolle ein Transponder zugeordnet ist
Figur 12: Schnitt durch eine Zahlenrolle in einer bestimmten Drehlage mit der Anordnung von zwei winklig zueinander angeordneten Teilspulen einer einzigen Empfangsantenne
Figur 13A: die Auswertung der Zahlenrolle nach der Drehlage A
Figur 13B: die Auswertung der Zahlenrolle nach der Drehlage B
Figur 13C: die Auswertung der Zahlenrolle nach der Drehlage C
Figur 14: die Darstellung in Draufsicht auf ein erstes Antennen-Teil-Array Figur 15: das identische, zweite Antennen-Teil-Array nach Figur 14 mit
Angabe weiterer Einzelheiten
Figur 16: das aus den beiden gemäß Figur 14 und 15 dargestellten Teil- Arrays kombinierte Gesamt-Antennen-Array
Figur 17: Schnitt durch eine Auswerte-Anordnung einer Zahlenrolle mit lediglich zwei Transpondern und einem Teil-Antennen-Array nach Figur 14 oder 15 In der Figur 1 und 3 ist allgemein ein mechanisches Rollenzählwerk 1 dargestellt, welche aus einer Vielzahl von Zahlenrollen 2 besteht, die auf einer gemeinsamen Drehachse 4 drehend von einem nicht näher dargestellten Schrittschaltwerk angetrieben sind.
Gemäß Figur 2 weist jede Zahlenrolle 2 am Umfang verteilt angeordnete Ziffern 3 auf, die eine optische Auslesung des Zählwerkes 1 ermöglichen.
Für eine rein elektronische Auslesung des Zählwerkes ist das Vorhandensein der Ziffern 3 oder Symbole jedoch nicht erforderlich. Sie können in diesem Fall auch entfallen.
Die Erfindung ist nicht auf die Zuordnung eines Transponders 6 pro Ziffer der Zahlenrolle beschränkt, wie insbesondere unter Hinweis auf die Figur 11 noch später erläutert wird. Es muss also nicht hinter jeder Zahl ein Transponder angeordnet sein.
Das nachfolgend genannte Ausführungsbeispiel ist also nur eines unter mehreren.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 einer einzigen RFID-Antenne 15 alle Zahlenrollen 2 und die dort angeordneten Transponder 6 des Zählwerkes 1 zugeordnet sind. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, weil die Herstellungskosten wesentlich geringer sind und auch der Raumbedarf geringer ausfällt. Außerdem ist die Fertigung einfacher.
Selbstverständlich ist es auch möglich, statt einer einzigen Antenne 15 auch mehrere voneinander elektrisch getrennte Antennen vorzusehen.
Wenn in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen wird, dass jeder Zahlenrolle und jeder dort angeordneten Ziffer ein passiver (oder aktiver) Transponder 6 zugeordnet ist, so ist dies nur beispielhaft zu verstehen. Anhand der Figur 11 wird später noch erläutert, dass dies auch in einem anderen Ausführungsbeispiel anders geschehen kann. Jede Zahlenrolle 2 ist im Wesentlichen als zylindrischer Höhlkörper gebildet und bildet einen zur einen Seite offenen Innenraum 5 aus, so dass von dem Innenraum 5 ausgehend eine innere Mantelfläche 7 vorhanden ist.
Erfindungsgemäß sind nun eine Anzahl von Transponder 6 im gegenseitigen Abstand gemäß Figur 2 auf der Innenseite der Mantelfläche 7 aufgebracht. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Ein solcher Transponder 6 kann auch in das Kunststoffmaterial der Zahlenrolle eingegossen oder eingespritzt sein. In einer anderen Ausführung können die Transponder 6 auch auf dem Außenumfang der Zahlenrolle 2 anstelle oder zusammen mit den Ziffern 3 angebracht werden.
Wichtig ist nun, dass auf oder in jeder Zahlenrolle 2 eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten Transponder 6 befestigt sind, wobei jeweils ein Transponder einer Ziffer zugeordnet sein kann. Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen jedoch auch, dass z.B. zwei oder drei aufeinanderfolgenden Ziffern oder Symbolen lediglich ein einziger Transponder (Transponder) zugeordnet sein kann.
Statt der Ziffern 3 können selbstverständlich auch andere Merkmale für den Drehzustand der jeweiligen Zahlenrolle 2 verwendet werden, wie z. B. Symbole oder Buchstaben.
Den sich drehenden Zahlenrollen 2, die von dem nicht näher dargestellten Schrittschaltwerk angetrieben sind, liegt ortsfest eine Antenne 15 gegenüber, die Teil einer Transponder-Auslesevorrichtung 9 ist.
Diese Transponder-Auslesevorrichtung ist in Figur 3 näher dargestellt; sie besteht im Wesentlichen aus einer RFID-Antenne 15. Teil der Auslesevorrichtung 9 ist ein Reader 10, der von einem Mikrokontroller 11 angesteuert wird, der seinerseits mit einem Schnittstellen-Baustein 12 verbunden ist, der beispielsweise eine parallele oder serielle Auslesung vornimmt. Die erfassten Signale werden über eine Auslesung 14 weitergeleitet, wobei eine Spannungsstabilisierung 13 vorhanden ist.
Die Vorrichtung wird beispielsweise nur noch dann mit Strom versorgt, wenn eine Auslesung über die Ausleseleitung 14 stattfindet. In diesem Fall wird über die Ausleseleitung 14 die erforderliche Spannungsversorgung für die ortsfeste Auslesevorrichtung eingeleitet.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die sequentielle Abfrage aller Transponder nur als ein mögliches Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. In einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass alle Transponder des gesamten Zahlenwerkes parallel abgefragt werden, so dass alle Transponder- (Transponder-) Signale im Wesentlichen im gleichen Zeitpunkt ankommen und von der Auswerteschaltung 9 unterschieden werden.
Bei der sequentiellen Abfrage der Zahlenrollen nacheinander wird ein Multiplexer verwendet, der bei der parallelen Abfrage an der Zahlenrolle entfallen kann.
Es werden dann aktuell die Zählerstände nach dem oben genannten Verfahren ausgelesen, ohne dass es einer Zwischenspeicherung der Daten bedarf. Es erfolgt damit ein sehr geringer elektronischer Schaltungsaufwand mit höchster Sicherheit bei der Auslesung. Die Auslesung der Antennensignale der Antenne 15 erfolgt über einen Reader 10, dem ein Transceiver 19 zur Pegelanpassung nachgeschaltet ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine Versorgungsspannung über die Spannungsstabilisierung 13 kurzzeitig über einen Sendeimpuls auf die Ausleseleitung 14 zu koppeln, um nur für diesen Fall die gesamte Vorrichtung auszulesen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die gesamte Schaltung mit einer Batterie zu betreiben.
Im Übrigen handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um einen Absolut- Encoder, weil die Auslesung absolut erfolgt, d. h. jeder Ziffer ist genau ein Wert zugeordnet.
Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, weil gemäß der späteren Zeichnungsfigur auch Zwischenwerte ausgelesen und erfasst werden können.
In der Ausführung nach Figur 3 ist dargestellt, dass jede Zahlenrolle 2 10 Transponder 6 (entsprechend den dezimalen Ziffern 0 bis 9) trägt, und der Transponder 6 sich bei Bewegen (Drehung) der Zahlenrolle an der ortsfesten Sende- und Empfangsantennen-Baugruppe 20 (siehe Figur 4) vorbeibewegt.
Diese Baugruppe besteht bevorzugt aus einer Leiterplatte 22, die mit einer Vielzahl von Leiterbahnen 23 bestückt ist. Dort ist die RFID-Antenne 15 durch eine Antennenspule 6 dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 bis 9 sind auf der Leiterplatte 22 eine Anzahl von Antennenspulen (21a-21j) angeordnet, wobei bevorzugt jede Antennenspule jeder Ziffer auf der Zahlenrolle zugeordnet ist. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Anstatt jeder Ziffer oder jedem Symbol eine Antennenspule zuzuordnen, reicht es nach dem Ausführungsbeispiel 1 und 3 aus, allen Ziffern oder Symbolen aller Zahlenrollen 2 eine einzige Antenne 15 zuzuordnen. In diesem Fall wären alle in den Figuren 4, 7 und 8 gezeigten einzelnen Antennenspulen 21a-21j durch eine einzelne Antennenspule 15 ersetzt. Der grundsätzliche Aufbau des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 4 bis 9 bleibt jedoch gleich.
Der Begriff einer„Ziffer" auf der Zahlenrolle ist nur beispielhaft zu verstehen. Es kann sich auch um beliebige Symbole handeln, wobei nur vorausgesetzt wird, dass die Anzahl der von der Zahlenrolle auszulesenden Symbole mit der Anzahl der Antennenspulen 21a— 21j übereinstimmt. Jede Antennenspule 21a— 21j ist getrennt auslesbar, so dass eine Vielzahl von Anschlussleitungen 26 von der Leiterplatte 22 wegführt und dort mit einer entsprechenden Ausleseeinheit verbunden ist.
Die Figur 5 zeigt, dass die Antennenspulen 21 beidseitig auf der Leiterplatte 22 angeordnet sind, so dass die Vorderseite 24 mit den dort angeordneten Antennenspulen 21 beispielsweise der linken Zahlenrolle 2 und die Rückseite 25 der Leiterplatte 22 mit den dort angeordneten weiteren Antennenspulen 21 der rechten Zahlenrolle zugeordnet ist.
Die Figur 6 zeigt als Unterschiedsmerkmal, dass es auch ausreicht, die Antennenspulen 21 lediglich beispielsweise nur auf der Vorderseite 24 anzuordnen.
Entsprechend dem allgemeinen Beschreibungsteil senden dann die auf der Vorderseite angeordneten Antennenspulen 21 durch das elektrisch isolierende Material der Leiterplatte 22 hindurch zu der gegenüberliegend auf der Rückseite angeordneten Zahlenrolle und dem dort angeordneten Transponder 6 in der Zahlenrolle 2.
Die Figur 7 zeigt die Draufsicht auf eine solche Leiterplatte 22 mit der Anordnung der Antennenspulen 21 a— 21j. Die Figur 8 zeigt die Leiterplatte im aufgeklappten Zustand, was jedoch nur der zeichnerischen Verdeutlichung dient. In Wirklichkeit gibt es keinen Klappzustand, sondern es wird nur dargestellt, dass die Vorderseite 24 und die Rückseite 25 mit unterschiedlichen Antennenspulen 21 bestückt ist. In der Abweichung von diesem Ausführungsbeispiel nach Figur 8 zeigt die Figur 9, dass es ausreicht, nur die Vorderseite 24 mit den Antennenspulen 21 zu bestücken. Mit der Verwirklichung der Erfindung ist es erstmals möglich, folgende Zusatzfunktionen eines Zählwerkes zu realisieren:
• absoluter Zählwert
· absoluter Zählwert zum Stichtag
• Differenz zwischen zwei Zählwerten pro Zeiteinheit (Geschwindigkeit)
• Vor-/ Rücklauf des Mediums
• Leckage
• Anzeigewechsel zwischen aktuellem und Gesamtverbrauch
· Zählernummer wird bei Auslesung mit übertragen
• Alarmfunktion bei Überschreitung von Grenzwerten
• Batteriestandsanzeige
• Interpreter für verschiedene Schnittstellen geeignet, z.B. M-BUS, LAN, W- · Berücksichtung Gallone, Liter und andere.
Aus der obenstehenden Liste der Zusatzfunktionen ergibt sich, dass es mit der Ausführung nach Figur 10 erstmals möglich ist, auch die Drehrichtung der Drehachse 4 festzustellen. In der allgemeinen Beschreibung wurde angegeben, dass es sich um einen fluid-durchströmten Zähler handelt. Dies ist jedoch nicht lösungsnotwendig, denn die Darstellung nach Figur 10 lässt sich auf jeden beliebigen Zähler anwenden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 10 ist zwar angegeben, dass eine fest angebrachte Metallplatte 40 oder Spule drehfest mit der Antriebsachse 28 des Zählwerkes 2 verbunden ist. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 10 stellt nicht dar, dass diese fest angebrachte Metallplatte 40 auch auf der niederwertigsten Zahlenrolle 2 angeordnet sein kann, weil diese sich ebenfalls vorwärts und rückwärts drehen kann.
Der Metallplatte 40 oder Spule gegenüberliegend ist ein Wirbelstromsensor 41 angeordnet, der die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit der Metallplatte 40 erfasst. Die Signale des Wirbelstromsensors 41 werden über eine Signalleitung 42 dem Mikrokontroller 11 zugeführt, an dessen Ausgang über eine Leitung 43 ein Display 45 angesteuert wird, auf dem die Drehrichtung der Antriebswelle oder einer Zahlenrolle 2 anzeigbar ist. Selbstverständlich werden auf dem Display 45 auch die anderen Zusatzfunktionen, die in der oben genannten Aufzählung enthalten sind, angezeigt.
Aus Figur 11 ergibt sich, dass im Antennenfeld 30 der Antenne 15 sich eine Zahlenrolle 2 um ihre Drehachse dreht, wobei den beispielsweise zehn Ziffern auf der Zahlenrolle 2 jedoch nur fünf Transponder 31-35 zugeordnet sind.
Am Beispiel„0" der linken Darstellung in Figur 11 ist gezeigt, dass sich nur der Transponder 35 allein im Antennenfeld 30 befindet und dass die benachbarten Transponder 31 und 34 sich außerhalb des Antennenfeldes 30 befinden.
Dies bedeutet, dass das Antennenfeld der Antenne 15 sich nur soweit erstrecken darf, dass es maximal zwei Transponder überstreicht oder im Zwischenraum zwischen den Transponder hindurchgeht, wie es in Figur 11 auf der linken Seite dargestellt ist.
In der auf die linke Darstellung folgenden weiteren Darstellung„1 " ist erkennbar, dass sich beim Weiterdrehen der Zahlenrolle 20 nun insgesamt zwei Transponder 35, 34 im Antennenfeld 30 befinden. Hierdurch kann ein Zwischenwert der Zahlenrolle abgelesen werden, denn wenn beispielsweise dem Transponder 35 bei vollem Eintauchen in das Antennenfeld 30 der Wert 0 zugeordnet wird, kann nun beim Eintauchen zweier benachbarter Transponder dieser neuen Empfangssituation der Wert 1 zugeordnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Zwischenwerte zwischen Transponder zu erfassen und ebenfalls die Werte 0 bis 9 zu diskriminieren, obwohl insgesamt nur 5 Transponder 31-35 vorhanden sind. Dies wird in analoger Weise bei den anderen Darstellungen „2 bis 9" angegeben. Man erhält Auflösungen feiner als ein Drehwinkel von 36 Grad.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Nähe des Transponders zur Antenne 15 (nämlich deren Empfangsfeldstärke) als Unterscheidungsmerkmal für den Drehwinkel der Zahlenrolle 2 verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, auch Zwischenwerte zwischen den Werten 0 und 1 oder 1 und 2 oder 3 und 3 usw. zu bilden, weil eine entfernungsabhängige Diskriminierung des Eintauchens der Transponder 31-35 im Antennenfeld 30 der Antenne 15 möglich ist.
Es können auch noch weniger als die hier angegebenen Transponder verwendet werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Anordnung von fünf Transpondern bei zehn Ziffern beschränkt. Es kann auch jede beliebige andere Anzahl verwendet werden, und zwar zwischen fünf und zehn. Ebenso können mehr als zehn Transponder verwendet werden, auch wenn es nur darum geht, nur zehn Ziffern zu unterscheiden.
Die Erfindung ist nicht auf die Anordnung einer einzigen Antenne 15 mit einem einzigen Antennenfeld 30 beschränkt. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die Zahlenrolle 20 durch zwei z. B. einander gegenüberliegenden Antennenfeldern von zwei einander gegenüberliegenden Antennen hindurch läuft. Damit kann man weitere Transponder entfernen und trotzdem die Position der Zahlenrolle (deren Drehwinkel zum Gehäuse) einwandfrei erkennen.
Ebenso ist es möglich, mit der Anordnung von zwei oder mehr Antennen, die alle bestimmte Transponder der Zahlenrolle 20 schneiden, eine höhere Auflösung zu erreichen. Die Antennen müssen allerdings dann nacheinander angeschaltet werden und dürfen sich nicht bezüglich ihrer Feldstärke überlappen. Die Antennenfelder 30 von zwei einander gegenüberliegenden oder benachbarten Antennen dürfen sich jedoch überlappen, weil sie nacheinander angeschaltet werden und sich nicht gegenseitig stören. In Figur 12 ist gemäß der allgemeinen Beschreibung eine Zahlenrolle schematisiert dargestellt, die in der Drehachse 37 drehbar gelagert ist und beispielsweise in den Pfeilrichtungen 36 nach links oder rechts drehbar ist.
Sie besteht aus insgesamt zehn Sektoren, wobei nur der besseren Beschreibung wegen angegeben ist, dass es sich um eine Zahlenrolle der Art nach den vorher beschriebenen Zahlenrollen 20A oder 20B oder 20C handeln kann.
Kennzeichnend für diese Zahlenrolle ist, dass sie aus 10 Sektoren besteht, von denen 5 Sektoren als sektorförmig aufgeteilte Transponder 31 , 32, 33, 34, 35 ausgebildet sind, wobei jeder dieser Transponder 31-35 von neutralen sektorförmigen Bereichen abgewechselt werden.
Wichtig ist nun, dass die Empfangsantenne 15 aus zwei Teilspulen 15A, 15B besteht, die in Serie zueinander geschaltet sind.
Ferner ist wesentlich, dass die eine Teilspule 15A mit ihrer Mittellinie fluchtend mit der Drehachse 37 der Zahlenrolle auf gleicher Ebene angeordnet ist, während dessen die andere Teilspule 15B mit ihrer Mittellinie 39 versetzt zur Symmetrielinie 38 des Zählwerkes nach links versetzt ist, und zwar um den Versatz 44.
Dies sorgt je nach Drehlage dafür, dass bei einer bestimmten definierten Drehlage, wenn die Antennenspule 15A mit ihrem Empfangsbereich 46 voll einem Transponder 32 gegenüberliegt, dass dann die im Winkel dazu angeordnete Empfangsantenne 15B gerade einem neutralen Bereich gegenüberliegt, wie dies mit der Zahl 6 in Figur 12 dargestellt ist. Der Empfangsbereich 47 der Teilspule 15B liegt also gerade einem neutralen Bereich gegenüber und wird nicht von einem Transponder versorgt. Dies führt bei der Auswertung zu einer verdoppelten Auflösung im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 11 , wie anhand der Figuren 3A, 13B und 13C erläutert wird. Bei der Drehlage des Falles A nach Figur 13 ist erkennbar, dass im Empfangsbereich 46 der Teilspule 15A der Transponder 32 nur halb zu lesen ist, während gleichfalls ein neutraler Bereich im Empfangsbereich liegt, während die gleiche Situation auch für die untere Teilspule 15B gilt, die sowohl im Empfangsbereich des Transponder 34 liegt, aber auch einen neutralen Bereich erfasst.
Damit werden der Transponder 3 und gleichzeitig auch der Transponder 7 erfasst, wie dies in Figur 13 dargestellt ist, und dies bedeutet die Erfassung der Zahl 1.
In dem Fall B gemäß Figur 13b hat sich die Zahlenrolle um einen halben Schritt gegen den Uhrzeigersinn gedreht, und damit ist erkennbar, dass im Empfangsbereich 46 der Teilspule 15A ein neutraler Bereich liegt, weil kein Transponder mehr zu „sehen" ist, während im Empfangsbereich 47 der Teilspule 15B ein Transponder 7 zu erfassen ist. Daher kann aus dieser Drehlage die Folgerung gezogen werden, dass die Zahlenrolle sich im Wertebereich zwischen der Zahl 1 und 2 befindet.
Dreht sich nach dem Fall C gemäß Figur 13c die Zahlenrolle wiederum um einen Halbschritt weiter, dann ist wiederum im Empfangsbereich 46 der Teilspule 15A der Transponder 5 zu sehen, während im Empfangsbereich 47 der Teilspule 15B der Transponder 7 zu sehen ist. Dies bedeutet, dass die Zahl 2 erfasst ist. Daraus wird deutlich, dass eine verdoppelte Auflösung gegenüber der Anordnung nach Figur 11 erzielt wird, wenn man statt einer planaren Antenne eine gleiche Antenne nimmt, jedoch diese in zwei Teilspulen 15A, 15B aufteilt, die beiden Teilspulen im rechten Winkel zueinander anordnet und mindestens der einen Teilspule einen Versatz 44 zur Symmetrielinie 38 des Zählwerkes zuteilt.
Die Figuren 14 bis 17 beschäftigen sich in Weiterbildung des Problems der verbesserten Auflösung damit, dass man die Auflösung gemäß den Figuren 12 bis 13 zwar beibehalten will, dass man aber die Anzahl der Transponder pro Zahlenrolle wesentlich vermindern will.
Zu diesem Zweck zeigt die Figur 17, dass eine Zahlenrolle ausreicht, die nur noch zwei Transponder 31 , 32 hat, die einander genau diametral bezüglich der Drehachse 37 gegenüber liegen.
Außerhalb dieser beiden Transponder 31 , 32 sind inaktive, neutrale Bereiche angeordnet, die keine Induktion im Empfangsbereich der Antenne auslösen.
Wichtig ist nun, dass die Idee der abgewinkelten Antennen gemäß Figuren 12 bis 13 weiter fortgeführt wird, indem nun eine Vielzahl von Antennen in einem U-förmig profilierten Bogen um die abzutastende Zahlenrolle herumgeführt werden, wie dies die Figur 17 zeigt.
Zu diesem Zweck werden bei einer größeren Anzahl von Zahlenrollen Teilantennen-Arrays 48, 49 geschaffen.
Die Teilantennen-Arrays 48, 49 nach den Figuren 14 und 15 sind genau identisch ausgebildet, so dass es ausreicht, das Teilantennen-Array nach Figur 15 zu beschreiben.
Wichtig ist dort, dass auf einer flexiblen Leiterplatte eine Vielzahl von Einzelspulen als Antennenspulen angeordnet sind, die im gezeigten Ausführungsbeispiel mit 15A, B, C, D, E bezeichnet sind. Es sind also insgesamt fünf Einzel-Antennenspulen vorhanden, die jedoch nicht gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 12 und 13 in Serie geschaltet sind, sondern die sequentiell abgefragt werden. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass immer nur eine Antenne ein Signal empfangen oder aussenden kann, während die anderen Antennen von dem Empfang oder der Aussendung ausgeschaltet sind.
Jedem Antennen-Array sind z. B. vier getrennt abzufragende Zahlenrollen angeordnet, so dass bei insgesamt acht abzufragenden Zahlenrollen die beiden Teilantennen-Arrays 48, 49 zu einem Gesamt-Antennen-Array 50 zusammengefügt werden, und die beiden Teilantennen-Arrays 48, 49 direkt nebeneinander liegend und fluchtend in der gleichen Ebene angeordnet sind. Dies bedeutet für die Darstellung in Figur 17, dass man von der dort gezeigten Stirnseite her nur beispielsweise das eine Teil-Array 48 sieht, während das zweite Antennenteil-Array 49 fluchtend in der Zeichenebene der Figur 17 genau dahinter angeordnet ist. Die beiden Teilantennen-Arrays sind zu dem Gesamtantennen-Array 50 gemäß Figur 16 zusammengefügt, und dieses Gesamtantennen-Array 50 umgreift die abzutastenden Zahlenrollen, die in der Zeichenebene der Figur 17 fluchtend hintereinander liegend in einer Anzahl von z. B. acht Zahlenrollen vorhanden sind, mindestens um einen Umfangswinkel von etwa 180° als U-förmige Bogenkurve.
Jede Teilspule 15A, 15B, 15C, 15D, 15E ist so angeordnet, dass jeder Teilspule genau ein Sektor der abzufragenden Zahlenrolle zugeordnet ist. Es gibt also keinen Versatz von in Serie geschalteten Antennenspulen, wie dies anhand der Figuren 12 und 13 erläutert wurde.
Bei der Ausführung nach Figur 17 werden die Antennenspulen jeweils nur einzeln sequentiell abgefragt.
Bei der beispielhaft dargestellten Drehlage einer einzigen Zahlenrolle nach Figur 17 ist erkennbar, dass lediglich im Empfangsbereich der Antenne 5D der aktive Transponder 32 ist und nur diese Antenne allein bei einer Abfrage ein Empfangssignal bildet, während die anderen Teilantennen-Spulen 15A, 15B, 15C, 15E neutralen Bereichen der dortigen aktuellen Zahlenrolle gegenüberliegen und kein Empfangssignal erzeugen können.
Damit ist wesentlich, dass bei einer in zehn Sektoren aufgeteilten Zahlenrollenkombination insgesamt fünf Antennenspulen vorhanden sein müssen, wobei jede Antennenspule genau fluchtend einem Sektor gegenüberliegt, wobei vorausgesetzt wird, dass die Antennenspulen die Hälfte der jeweils abzufragenden Zahlenrolle überstreichen. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Antennen-Array vorgesehen ist, welches beispielsweise die abzufragenden Zahlenrollen um einen Winkel von 270° überspannt und dabei noch eine höhere Auflösung gegeben ist. Bei diesem höheren Umfangs- oder Umspannungswinkel von 270° wären dann entsprechend mehr Empfangsspulen vorhanden. Wichtig ist, dass der Empfangsbereich 46, 47 jeder Antennenspule genau einen Sektor überstreicht, so dass es bei einer Weiterdrehung der Zahlenrolle um einen halben Sektorwinkel möglich ist, dass nun beispielsweise der Antennenspulen 15D, 15E den Transponder Nr. 5 gleichzeitig beide zusammen sehen und damit eine bessere Auflösung gegeben ist.
Damit ist eine Auflösung über halbe Drehwinkel der Zahlenrolle gegeben, und weil die Antennen-Arrays in Form eines U-Profils hintereinander liegend angeordnet sind, können insgesamt mit einer Anordnung nach Figur 17 acht Zahlenrollen mit einer Auflösung von jeweils 18 Winkelgrad aufgelöst werden.
Wesentlich bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 12 bis 17 ist, dass die Signalstärke im Empfangsbereich der jeweiligen Antennenspulen keine Rolle für die Auswertung spielt. Es kommt nur darauf an, ob ein Signal vorhanden ist oder nicht.
Würde man jedoch ebenfalls auch die Feldstärke im Empfangsbereich der Antennenspulen noch zusätzlich auswerten, kann auch eine weitere Verbesserung der Auflösung erreicht werden. Dies sieht die Erfindung ausdrücklich vor.
Zeichnungslegende Zählwerk
Zahlenrolle
Ziffer
Drehachse
Innenraum
Transponder
Mantelfläche
Sende-Empfangsimpuls 8a, 8b
Transponder-Auslesevorrichtung
Reader
Mikrokontroller
Schnittstellen-Baustein
Spannungsstabilisierung
Ausleseleitung
RFID-Antenne
Antennenspule
Transceiver
Sende- Empfangsbaugruppe a, b, c Zahlenrolle Antennenspule 21 a-21j
Leiterplatte
Leiterbahn
Vorderseite
Rückseite
Anschlussleitung
Zählergehäuse
Antriebsachse Antennenfeld (Antenne 15)
Transponder Transponder
Transponder
Transponder
Transponder
Pfeilrichtung
Drehachse
Symmetrielinie (vom Zählwerk)
Mittellinie der Antenne
Metallplatte
Wirbelstromsensor
Signalleitung
Leitung
Versatz
Display
Empfangsbereich von 15a
Empfangsbereich von 15b
Teilantennen-Array
Teilantennen-Array
Gesamtantennen-Array