Einrichtung zur Verrechnung der verbrauchten Menge von elektrischer Energie, Gas oder
Flüssigkeit nach einem Blocktarif
Die Verrechnung der von einem Verbraucher aus einem Versorgungsnetz entnommenen Menge an elektrischer Energie, Gas, Wasser oder sonstigen fliessfähigen Verbrauchsmedien erfolgt im Interesse einer kostennahen Preisstellung vielfach nach einem sogenannten Blocktarif. In seiner Grundform weist ein solcher Blocktarif eine oder mehrere fest vorgegebene Grenzen für die in einem bestimmten Zeitraum, der Messperiode, verbrauchte Menge auf, bei deren Überschreitung die darüber hinaus verbrauchte Menge zu einem anderen, im allgemeinen niedrigeren, Preis je Mengeneinheit berechnet wird als die unterhalb der betreffenden Grenze liegende Verbrauchsmenge.
Der mögliche Verbrauch innerhalb der Messperiode wird, mit anderen Worten, in zwei oder mehr aufeinanderfolgende Verbrauchsmengenblöcke aufgeteilt, innerhalb deren unterschiedliche Preise für die Mengeneinheit gelten. Auf diese Weise wird im allgemeinen derjenige Verbraucher, der während der Messperiode eine grössere Menge verbraucht hat, gegenüber dem Verbraucher einer geringeren Menge preislich bevorzugt.
Zur näheren Erläuterung sei nachstehend als Beispiel der Aufbau eines Blocktarifes für elektrische Energie mit vier Blöcken und einer Messperiode von 1 Monat angegeben. Nach diesem Tarif werden die in die einzelnen Blöcke fallenden Teilmengen der während der Messperiode insgesamt entnommenen elektrischen Energie wie folgt verrechnet:
Block 1: die ersten 10 kWh zu 25 Rp/kWh
Block II: die nächsten 40 kWh zu 18 Rp/kWh
Block III: weitere 100 kWh zu 11 RpF;Wh
Block IV: alle weiteren kWh zu 8 Rp/kWh
Wenn die Verrechnung der entnommenen Menge jeweils am Ende einer Messperiode auf Grund der Ablesung eines der Anlage des Abnehmers vorgeschalteten Mengenzählers erfolgt, dessen Zählwerk, wie üblich, nur die insgesamt entnommene Menge als solche, z.
B. in kWh oder in ms, anzeigt, so macht sich der Umstand lästig bemerkbar, dass der zu zahlende Preis der von dem Zählwerk angezeigten Menge nicht mehr proportional ist, sondern auf Grund des Blocktarifes in einzelnen Abschnitten errechnet werden muss. Für die mit der Ablesung beauftragten Bediensteten des Versorgungsunternehmens wird diese Schwierigkeit meist dadurch vermindert, dass man ihnen eine Tabelle in die Hand gibt, in der die Verbrauchsmengen und die zugehörigen Preise direkt nebeneinandergestellt sind. Die Benutzung einer solchen Tabelle ist aber auch nur dann nicht allzu umständlich, wenn die Abrechnung bei allen Abnehmern nach ein und demselben Blocktarif erfolgt.
Für den Abnehmer selbst macht es jedoch meist erhebliche Schwierigkeiten, wenn er auf Grund des jeweiligen Zählerstandes feststellen will, wieviel er dem Versorgungsunternehmen im Augenblick schuldet.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verrechnung der verbrauchten Menge an elektrischer Energie, Gas oder Flüssigkeit nach einem Blocktarif, durch welche die geschilderten Schwierigkeiten behoben werden. Gemäss der Erfindung ist in einem Verbrauchszähler, dessen Messwerk einen der Verbrauchsmenge proportionalen Verstellweg zurücklegt, eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die, von dem Messwerk gesteuert, jeweils dann, wenn die verbrauchte Menge eine Blockgrenze überschreitet, das Ubersetzungsverhältnis zwischen dem Messwerk und einem von diesem angetriebenen Zählwerk entsprechend der für die betreffende Blockgrenze festgelegten Änderung des Preises je Mengeneinheit derart ändert, dass der Verstellweg des unmittelbar Geldbeträge anzeigenden Zählwerks dem Gesamtpreis für die verbrauchte Menge proportional ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist dabei angenommen, dass es sich um die Verrechnung von elektrischer Energie nach einem 4-Block-Tarif mit von Block zu Block abnehmenden Preis je Kilowattstunde handelt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verrechnungseinrichtung gemäss der Erfindung, und
Fig. 2 eine Seitenansicht einer in der Fig. 1 gezeigten Sperrhebeleinrichtung.
In der Fig. 1 ist mit I die Triebwerkscheibe eines sonst nicht weiter dargestellten Messsystems für elektriche Arbeit bezeichnet. Diese Triebwerkscheibe 1 treibt über eine Schnecke 2 und ein Schneckenrad 3 eine Welle 4 und weiterhin über ein Zahnräderpaar 5, 6 eine Welle 7 an, deren Drehwinkel somit der von dem Messwerk gemessenen, verbrauchten elektrischen Energie proportional ist. Auf der Welle 7 sitzt ein Zahnrad 8 fest, das die Drehbewegung der Welle 7 über miteinander verbundene Zahnräder 9, 10 und die ebenfalls miteinander verbundenen Zahnräder 11, 12 auf ein Zahnrad 13 überträgt. Die Zahnräder 9, 10 sind auf einer Achse 14, die Zahnräder 11, 12 auf einer Achse 15 drehbeweglich gelagert.
Das Zahnrad 13 ist mit dem rechten Sonnenrad eines Differentialgetriebes 16 fest verbunden. Ebenso ist mit dem linken Sonnenrad des Differentialgetriebes 16 ein Zahnrad 17 verbunden. Auf der zugehörigen Planetenradwelle 18 sitzt das rechte Sonnenrad 19 eines weiteren Differentialgetriebes 20, dessen linkes Sonnenrad 21 auf der Planetenradwelle 22 eines dritten Differentialgetriebes 23 sitzt.
Die Sonnenräder des Differentialgetriebes 23 sind mit den Zahnrädern 24 bzw. 25 fest verbunden. Da die Drehzahl der Planetenradwelle eines Differentialgetriebes gleich der halben Summe der Drehzahlen seiner Sonnenräder ist, ist die Drehzahl des Zahnkranzes 26, in dem die Planetenräder 27 des mittleren Differentialgetriebes 20 drehbar gelagert sind, der Summe der Drehzahlen der Zahnräder 13, 17, 24, 25 proportional, genauer gesagt, gleich einem Viertel dieser Summe.
Der Zahnkranz 26 des mittleren Differentialgetriebes 20 befindet sich nun mit einem Zahnrad 28 auf der Antriebswelle eines Trommelzählwerkes 29 in Eingriff. Denkt man sich zunächst die Zahnräder 24, 25 und 17 bei laufender Triebwerkscheibe 1 stillstehend, so wird auf das Zählwerk 29 ausschliesslich die Drehbewegung des Zahnrades 13 übertragen.
Da letzteres, wie oben beschrieben, mit der Triebwerkscheibe 1 ständig umläuft, ändert sich in diesem Fall die Anzeige des Zählwerks 29 proportional mit der von dem Messwerk gemessenen elektrischen Arbeit.
Die Gesamtübersetzung zwischen der Triebwerkscheibe 1 und der Antriebswelle des Zählwerks 29 auf dem über das Zahnrad 13 führenden Übertragungsweg möge dabei so gewählt sein, dass die Anzeige des Zählwerks gleich der mit dem Kilowattstundenpreis für den Block IV multiplizierten Kilowattstundenzahl ist, die das Mengenmesswerk, dargestellt durch eine entsprechende Anzahl von Umdrehungen der Triebwerkscheibe 1, gemessen hat. In dem oben angegebenen Tarifbeispiel gäbe also das Zählwerk 29 bei stillstehenden Rädern 17, 24, 25 den Preis für die verbrauchte elektrische Energie unter Zugrundelegung eines Mengeneinheitspreises von 8 Rappen je Kilowattstunde an.
Das Zählwerk 29 zeigt somit bei wachsender Verbrauchsmenge die Zunahme des Gesamtrechnungsbetrages unter den bisher gemachten Voraussetzungen richtig an sofern sich die seit Beginn der Messperiode insgesamt entnommene elektrische Energie bereits oberhalb der unteren Grenze von Block IV befindet, in dem angegebenen Tarifbeispiel also mehr als 150 kWh beträgt.
Liegt die seit Beginn der Messperiode insgesamt entnommene elektrische Arbeit jedoch noch unterhalb des Blocks IV in Block III, das heisst in dem Beispiel zwischen 50 und 150 kWh, so muss in diesem Blockbereich angesichts des dort geltenden, höheren Kilowattstundenpreises bei gegebenem Drehwinkel der Triebwerkscheibe 1 der Drehwinkel der Zählerwelle grösser sein als bei einer bereits in Block IV liegenden Gesamtentnahme. Um das zu erreichen, wird auf das Zählwerk 29 eine zusätzliche Drehbewegung übertragen, die der Differenz zwischen den für 1 kWh geltenden Preisen von Block III und Block IV entspricht.
Diese Differenz beträgt in dem Zahlenbeispiel 11-8 = 3 Rp/kWh, wenn sich der Gesamtverbrauch statt in Block IV erst in Block III befindet, es muss also zusätzlich zu der über das Zahnrad 13 auf das Zählwerk übertragenen Drehbewegung bei gegebener Drehzahl der Triebwerkscheibe 1 auf das Zählwerk 29 noch eine Drehbewegung übertragen werden, die der mit der Preisdifferenz von 3 Rp multiplizierten Zunahme der verbrauchten Arbeit entspricht.
Diese zusätzliche Drehbewegung wird dem Zählwerk 29 über das Zahnrad 17 erteilt, dessen Drehwinkel in dem Differentialgetriebe 16 zu dem Drehwinkel des Zahnrades 13 addiert wird. Das Zahnrad 17 wird über Zwischenzahnräder 30, die drehbeweglich auf den Achsen 14 und 15 sitzen, von einem Zahnrad 31 angetrieben, das über eine Rutschkupplung 32 mit der von der Triebwerkscheibe 1 ständig angetriebenen Welle 7 gekuppelt ist.
Solange der Verbrauch in dem Verbrauchsmen- genblock III liegt, läuft das Zahnrad 31, über die Rutschkupplung 32 von der Welle 7 mitgenommen, genau so schnell um wie das mit der Welle 7 fest verbundene Zahnrad 8. Durch entsprechende Zwi sehen räder sind die Drehzahlübersetzungen zwischen der Welle 7 und dem Rad 17 bzw. dem Rad 13 so gewählt, dass sich die Drehzahl des Rades 17 zu der des Rades 13 bei gleicher Drehrichtung ver hält wie die Differenz zwischen den Kilowattstundenpreisen der Blöcke III und IV zu dem Kilowattstundenpreis des Blocks IV.
Sobald die verbrauchte Energie die Grenze zwischen den Blöcken III und IV überschreitet, muss das dem Block III zugeordnete Zahnrad 17 stillgesetzt werden. Das geschieht dadurch, dass ein in der Fig. 2 dargestellter Sperrhebel 33 freigegeben wird, so dass er mit seiner Sperrnase 34 in das Zahnrad 31 einfällt und dieses Zahnrad sowie die ihm nachgeschalteten Zahnräder blockiert. Infolge der Rutschkupplung 32 kann sich aber die Welle 7 trotzdem weiterdrehen.
Gesteuert wird das Einfallen des Sperrhebels 33, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, durch eine Nockenscheibe 35, die sich in dem angegebenen Pfeilsinn dreht und über deren hintere Kante der Sperrhebel 33 herabfällt. sobald der Verbrauch die obere Grenze des Blocks III überschreitet. Die Nockenscheibe 35 sitzt fest auf einer Nockenwelle 36, die über die Zahnräder 37 bis 40 von der Welle 4 angetrieben wird, die ihrerseits über das Schneckenradgetriebe 2, 3 mit der Triebwerkscheibe 1 gekuppelt ist.
In analoger Weise, wie die über Zwischenräder miteinander gekuppelten Zahnräder 31 und 17 dem Verbrauchsmengenblock III zugeordnet sind, sind die Räder 41 und 25 dem Block II und die Räder 42 und 24 dem Block I zugeordnet. Die Zahnräder 16 und 17 sind mit der Welle 7 ebenfalls durch Reibungskupplungen 43 bzw. 47 gekuppelt. Drehbewegungen der Räder 24 und 25 werden in dem Differentialgetriebe 23 addiert; ihre Summe wird über die Planetenradwelle 22 dem Differentialgetriebe 20 zugeführt, und an dem das Zählwerk 29 antreibenden Zahnkranz 26 des letztgenannten Differentialgetriebes erscheint diese Summe, mit der Summe der Drehbewegungen der Räder 17 und 13 addiert.
Die Übersetzungsverhältnisse der einmal zwischen den Zahnrädern 42 und 24 und zum anderen zwischen den Zahnrädern 41 und 25 liegenden Getriebe sind nach derselben Regel, wie sie oben für die Übersetzung zwischen den Rädern 31 und 17 beschrieben wurden, so bemessen, dass jedes der Räder 24 und 25, sofern es nicht blockiert ist, in analoger Weise wie Rad 17 mit einer Drehzahl umläuft, die sich zu der Drehzahl des Rades 13 verhält wie die Differenz zwischen den Kilowattstundenpreisen des dem betreffenden Rad zugeordneten und des in der Block reihenfolge nächstfolgenden Blocks zu dem Kilowattstundenpreis des Blocks IV, der ja für den Block III den nächstfolgenden Block darstellt.
Ebenso wie für das dem Block III zugeordnete Zahnrad 31 ist auch für die den Blöcken I und II zugeordneten Zahnräder 42 bzw. 41 je ein, in der Zeichnung nicht dargestellter, Sperrhebel 33 vorgesehen, der von einer zugehörigen Nockenscheibe 45 bzw. 46 der Nockenwelle 36 zum Sperren freigegeben wird, sobald die gemessene Verbrauchsmenge die Grenze zwischen Block I und II bzw. zwischen Block II und III übersteigt.
Jeweils zu Beginn der Messperiode wird die Nokkenwelle 36 auf eine weiter unten beschriebene Weise in ihre Ausgangsstellung gebracht, in der alle drei Sperrhebel 33 angehoben sind, so dass zunächst alle drei Zahnräder 42, 41 und 31 an der Drehung der Welle 7 teilnehmen und ihre Drehungen mit entsprechenden Übersetzungsverhältnissen auf die Räder 24, 25 und 17 übertragen. Deren Drehungen werden zu der des Rades 13 durch die Differentialgetriebe 23, 20 und 16 addiert und auf das Zählwerk 29 übertragen. Die Drehwinkel aller vier Räder 24, 25, 17, 13 sind dem Drehwinkel der Triebwerkscheibe 1 und damit dem gemessenen Verbrauch proportional, aber mit unterschiedlichen Proportionalitätsfaktoren.
Während der Proportionalitätsfaktor für Rad 13 dem Mengeneinheitspreis des Blocks IV entspricht, entspricht der für Rad 17 dem Unterschied des Einheitspreis es von Block II gegenüber dem von Block IV. Der Proportionalitätsfaktor für Rad 25 entspricht der Einheitspreisdifferenz zwischen Block II und III und der für Rad 24 der Einheitspreisdifferenz zwischen Block I und II. Addiert man diese drei Einheitspreisdifferenzen zu dem Enheitspreis von Block IV, so ergibt sich der Einheitspreis für Block I. Die Anzeige des Zählwerkes 29 ändert sich also proportional der mit dem Einheitspreis für Block I multiplizierten Verbrauchsmenge.
Überschreitet nach Beginn der Messperiode der gemessene Verbrauch den Block I, so wird Rad 42 und mit ihm Rad 24 gesperrt. Die Preiskomponente, um die sich der Kilowattstundenpreis des Blocks I von dem des Blocks II unterscheidet, kommt also auf die Zählwerkanzeige nicht mehr zur Wirkung, und das Zählwerk 29 verrechnet von da an den weiteren Verbrauch zum Einheitspreis des Blocks II, bis bei Überschreitung von Block II auch das Rad 25 stillgesetzt wird und der Zählwerkanzeige nunmehr der Einheitspreis von Block III zugrundegelegt wird. Bei Sperrung auch des Rades 17 erfolgt schliesslich die weitere Verbrauchsberechnung nach dem Einheitspreis von Block IV.
Wenn die Messperiode abgelaufen ist, schliesst ein nicht dargestelltes Zeitmesswerk, z. B. ein Synchronmotor, mittels eines Nockens 47 vorübergehend den Kontakt 48, wodurch ein Elektromagnet 49 durch Anziehen seines Ankers 50 einen Umschalthebel 51 entgegen einer Rückholfeder 52 schwenkt und dabei die Räder 39 und 40 ausser Eingriff bringt.
Die Nockenwelle 36 ist damit von der Triebwerkscheibe 1 abgekuppelt. Zugleich wird aber Rad 40 mit einem Ritzel 53 zum Eingriff gebracht, das über ein Zahnradgetriebe 54, 55 und eine Rutschkupplung 56 von einem gleichfalls über den Kontakt 48 eingeschalteten Rückstellmotor 57 so angetrieben wird, dass die Nockenwelle 36 wieder bis in die durch Anschläge 58, 59 festgelegte Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Nach Wiederöffnen des Kontaktes 48 holt die Feder 52 den Umschalthebel 51 zurück, Rad 40 trennt sich von dem Ritzel 53 und kommt wieder mit dem Ritzel 39 in Eingriff.
Die Einrichtung ist damit für die neue Messperiode vorbereitet.
Da das Zählwerk 29 kummulativ wirkt, ist es nicht nötig, dass es am Ende der Messperiode ebenfalls auf Null zurückgestellt wird. Legt man jedoch Wert darauf, den bis zum Ende einer Messperiode aufgelaufenen Preis auch nachträglich noch feststellen zu können, so kann man zwei Zählwerke vorsehen, die in aufeinanderfolgenden Messperioden abwechselnd eingeschaltet werden, wobei die Stellung, die das eingeschaltete Zählwerk am Ende einer Messperiode erreicht hat, bis zum Ende der darauffolgenden Messperiode, wo dieses Zählwerk erneut eingeschaltet wird, erhalten bleibt.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann, ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken, gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in mannigfacher Weise abgewandelt werden. So kann man z. B. die Rutschkupplungen 44, 43 und 32, um die durch sie bedingte mechanische Belastung des Mengenmesswerks zu vermeiden, durch Ausrückkupplungen ersetzen, welche den von der Welle 7 zu dem entsprechenden Rad der Gruppe 24, 25, 17, 13 führenden Verbindungsweg beim Überschreiten der zugeordneten Blockgruppe auftrennen.
Auch von der dem Ausführungsbeispiel zugrundeliegenden Rechenmethode, den Einheitspreis eines Blockes durch Addition von Einheitspreisdifferenzen zu dem niedrigsten vorkommenden Einheitspreis zu bilden, kann abgegangen werden, indem man z. B. statt von dem niedrigsten von dem höchsten Einheitspreis ausgeht und die Addition von Preisdifferenzen durch eine Subtraktion ersetzt. Schliesslich können die Differentialgetriebe zur Summen- oder Differenzbildung ganz entfallen, wenn man das Zählwerk durch Ein- und Ausdrücken von Kupplungen oder durch Umschalteinrichtungen jeweils mit dem Mengenmesswerk über ein Getriebe verbindet, dessen Übersetzungsverhältnis dem Mengeneinheitspreis desjenigen Blocks entspricht, in welchem sich die verbrauchte Menge gerade befindet.