DE10001676C1 - Elektronischer Umdrehungszähler - Google Patents

Abstract

Bei einem elektronischen Umdrehungszähler mit Schaltelementen (4, 4'; 5, 5'; 6, 6'), die durch ein sich änderndes Magnetfeld betätigt werden, sind mindestens drei Schaltelementpaare (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') über den Umfang der Geberwelle (1) des Umdrehungszählers verteilt. Die Schaltelemente der Schaltelementpaare (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') sind dabei jeweils in Reihe geschaltet und so angeordnet, daß ihre Kontaktzungen (7, 8) durch das auf sie einwirkende Magnetfeld in entgegengesetzte Richtung bewegbar sind und so ihr gleichzeitiges Schließen und die Auslösung fehlerhafter Zählimpulse durch äußere Schockeinwirkungen verhindert wird. Um eine kompakte Bauweise des Umdrehungszählers zu ermöglichen, ist er mit einem vergleichsweise kleinen Magneten ausgestattet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Umdrehungszähler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Anlagen- und Apparatebau müssen Bauteile häufig sich wie­ derholende Bewegungen ausführen und dabei bestimmte Positio­ nen anfahren. Die kostengünstigste Lösung zur Positionsbe­ stimmung besteht darin, die Umdrehungen des Antriebsmotors des jeweiligen Bauteiles zu zählen und mit einem Sollwert zu vergleichen.

Beim Zählen der Umdrehungen ist dafür Sorge zu tragen, daß die jeweilige Positionsangabe nicht flüchtig ist, d. h. auch nach Abschalten der Energieversorgung (Stillstand nach Ar­ beitsende oder während der Betriebsferien) nicht verloren geht.

Eine weitverbreitete Lösung besteht in einer mechanischen Speicherung der Information mit Hilfe eines vielstufigen Ge­ triebes, bei dem jeder Getriebestufe ein bestimmter Zählwert zugeordnet wird. Nach Einschalten der Energieversorgung läßt sich der aktuelle Zählerstand ablesen. Bei hochtourigen An­ trieben ist diese mechanische Lösung weniger vorteilhaft, da zumindest die erste Stufe der mechanischen Untersetzung einem hohen Verschleiß unterliegen kann. Entsprechende Verschleiß­ probleme lassen sich dadurch vermeiden, daß man die Umdrehun­ gen elektronisch erfaßt und speichert. Dies geschieht bei einem aus der DE 44 07 474 C1 bekannten Drehwinkelsensor da­ durch, daß mindestens zwei, zueinander versetzt auf einem Kreisumfang feststehend angeordnete Impulsdraht-Bewegungssen­ soren (Wiegand-Sensoren) von mindestens einem Dauermagneten betätigt werden. Wiegand-Sensoren haben sich, obwohl schon seit mehreren Jahrzehnten bekannt, in der Technik aufgrund der nicht einfachen magnetischen Ansteuerung nicht auf breiter Front durchgesetzt, so daß es sich heute aufgrund der geringen gefertigten Stückzahl um teure Bauelemente handelt. Mechanisch arbeitende Schalter sind wesentlich billiger und werden deshalb in der Patentschrift JP 61-138165 A zum Zählen der Umdrehungen eingesetzt. Bekannt ist auch der Einsatz von mechanischen Schaltern in Form von sogenannten Reed-Kontak­ ten, die zum Schutz vor Umwelteinflüssen in Glasampullen ein­ geschweißt sind und die aufgrund der geringen Masse ihrer Kontaktzungen über eine hohe Schaltfrequenz verfügen. Ein mit mindestens drei dieser Reed-Kontakte ausgestattetes elektro­ nisches Zählwerk für einen Wasserzähler ist in der DE 4442 193 A1 beschrieben. Ein mit von Reed-Kontakten gebildeten Schaltelementen ausgestatteter Umdrehungszähler ist außerdem aus der EP 0 550 794 B1 bekannt. Bei diesem Umdrehungszähler werden zwei unter einem Winkel von 90° zueinander versetzte Reed-Kontakte durch einen mit der Geberwelle umlaufenden halbkreisförmigen Magneten betätigt. Der Nachteil der bekann­ ten, mit mechanischen Schaltelementen, insbesondere Reed-Kon­ takten ausgestatteten Umdrehungszähler besteht darin, daß die Schaltzungen ihrer Schaltelemente aufgrund ihrer geringen Masse in Fällen schockartiger Krafteinwirkungen schließen oder öffnen und auf diese Weise fehlerhafte Zählimpulse aus­ lösen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stoßunemp­ findlichen elektronischen Umdrehungszähler zu schaffen, bei dem ein vergleichsweise kleiner Magnet ausreicht, um einwand­ freie Schaltimpulse zu liefern. Diese Aufgabe wird bei einem Umdrehungszähler der in Betracht gezogenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht im Hinblick darauf, daß der zur Erzeugung der Zählimpulse verwendete Magnet klein sein kann, eine kompakte Bauweise des Umdrehungszählers. Da die Schaltelemente eines jeden Schaltelementpaares so zuein­ ander orientiert sind, daß sich ihre Kontaktzungen jeweils in entgegengesetzter Position befinden, kommt ein gleichzeitiges Öffnen bzw. Schließen beider Kontakte eines Schaltelementpaa­ res durch äußere Schockeinwirkungen nicht in Betracht. Durch die Anordnung der Schaltelemente eines Schaltelementpaares zwischen Masse und Schaltungseingang in Reihe ist sicherge­ stellt, daß ein Schaltimpuls nur dann zum dem Schaltelement­ paar zugeordneten Eingang der in Form von Hard- oder Software realisierten Logikschaltung gelangt.

Auf der Basis der durch die erfindungsgemäße Anordnung gewon­ nenen Impulse werden nach bekannten Verfahren Signale zum Herauf- oder Herabsetzen eines elektronischen Zählers er­ zeugt. Der Zählerstand kann dann in üblicher Weise gelesen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach­ stehenden Beschreibung mehrerer in der beigefügten Zeichnung dargestellter Lösungen, weitere Merkmale aus den Unteransprü­ chen. Es zeigen:

Fig. 1 die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine geringfügig modifizierte Ausführungsform des Umdrehungszählers gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist 1 die Geberwelle eines elektronischen Umdre­ hungszählers. Mit der Geberwelle 1 ist eine Tragscheibe 2 für einen Magneten 3 verbunden, der sich über einen Drehwinkel α von weniger als 25° erstreckt. Über den Umfang der Geberwelle 1 sind drei Schaltelementpaare 4, 4'; 5, 5' und 6, 6', deren Schaltelemente vorzugsweise von Reedschaltern gebildet wer­ den, gleichmäßig verteilt, d. h. der Winkelabstand zwischen ihnen beträgt jeweils 120°. Wie aus der Zeichnung erkennbar, sind die Kontaktzungen 7 bzw. 8 der Schaltelemente eines je­ den Schaltelementpaares so angeordnet, daß sie unter dem Ein­ fluß des Feldes des sie passierenden Magneten 3 gegenläufige Schließbewegungen ausführen. Ein Kontakt 9 eines jeden Schal­ telementpaares ist mit der Masse 10 und ein Kontakt 11 mit jeweils einem von drei Eingängen 12, 13 und 14 einer von ei­ nem Mikroprozessor gebildeten Schaltung 15 verbunden. Eine Leitung 16 verbindet die Kontaktzungen 7, 8, so daß die Schaltelemente eines jeden Schaltelementpaares in Reihe ange­ ordnet sind. Die Eingänge 12, 13 und 14 stehen über sogenann­ te Pull-up-Widerstände 17, 18, 19 und Schalter 20, 21 und 22 mit einer Spannungsquelle 23 in Verbindung, die bei geschlos­ senen Schaltern 20, 21, 22 bewirkt, daß an den jeweiligen Eingängen 12, 13, 14 und den mit diesen verbundenen Kontakten 11 ein High-Potential anliegt.

Bewegt sich der Magnet 3 im Uhrzeigersinn, und passiert er die Schaltelemente 4, 4', so werden durch gegenläufige Bewe­ gungen der Kontaktzungen 7, 8 die Kontakte 9 und 11 des Schaltelementpaares 4, 4' während des Passiervorganges vor­ übergehend geschlossen. Dies bedeutet, daß am Eingang 12 Mas­ sepotential zur Anlage kommt und die Schaltung 15 mit einem Low-Signal beaufschlagt wird. Der Mikroprozessor wertet die­ ses Signal aus und öffnet den Schalter 20, so daß der Wider­ stand 17 von der Spannungsquelle 23 getrennt ist. Sollte der Magnet 3 im Bereich des Schaltelementpaares 4, 4' stehen blei­ ben und sollten die Schaltelemente 4, 4' geschlossen bleiben, so kann gleichwohl kein Strom nach Masse fließen.

Mit dem Öffnen des Schalters 20 werden die Schalter 21 und 22 geschlossen bzw. in der geschlossenen Position bestätigt. Dreht sich der Magnet 3 im Uhrzeigersinn weiter und erreicht er das Schaltelementpaar 5, 5', so wird das durch den Wider­ stand 19 und den geschlossenen Schalter 22 auf High angehobe­ ne Potential des Einganges 14 nach Masse abgesenkt, da die Schaltelemente 5, 5' schließen. Die Absenkung veranlaßt den Mikroprozessor zum Öffnen des Schalters 22 und zum Schließen des Schalters 20, während der Schalter 21 in seiner Stellung bestätigt wird.

Bei fortschreitender Drehung des Magneten 3 kommt es zur Schließung des Schaltelementpaares 6, 6' und das vom Schalter 21 über den Widerstand 18 auf den Eingang 13 gelegte High-Po­ tential wird nach Masse gezogen. Auch dies wertet der Mikro­ prozessor aus, wobei er aus der Schaltfolge der Eingänge 12, 13, 14 die Rechtsdrehung der Geberwelle 1 erkennt.

Die beschriebene Anordnung macht eine Entprellung der Schalt­ elemente 4, 4'; 5, 5' und 6, 6' überflüssig, da der Mikroprozes­ sor bereits auf das erste Schließen der Kontakte 9, 11 durch die Kontaktzungen 7, 8 reagiert. Ein Prellen der Kontaktzun­ gen 7, 8 oder eine Pendelbewegung des Magneten 3 löst keinen neuen Schaltvorgang aus, da letzterer das Wiederanschalten des durch den ersten Schaltvorgang jeweils von der Spannungs­ quelle 23 getrennten Widerstandes voraussetzt. Der jeweilige Widerstand wird aber - wie zuvor beschrieben - erst dann wie­ der mit der Spannungsquelle verbunden, wenn sich der Magnet 3 in die eine oder andere Richtung um 120° weiterbewegt hat.

Da die Kontaktzungen 7, 8 der jeweiligen Schaltelementpaare 4, 4'; 5, 5' und 6, 6' sich unter dem Einfluß des Magnetfeldes in entgegengesetzte Richtungen bewegen, sind Fehlimpulse durch Schockeinwirkungen ausgeschlossen. Denn unter dem Ein­ fluß eines Stoßes kann nur jeweils eine Kontaktzunge eines geöffneten Schaltelementes schließen, während die andere Kon­ taktzunge in ihrer offenen Schaltstellung gehalten wird. Ein Low-Signal erreicht den Mikroprozessor aber nur dann, wenn sein jeweiliger Eingang über den Kontakt 11, die Kontaktzunge 8, die Leitung 16, die Kontaktzunge 7 und den Kontakt 9 mit der Masse 10 verbunden wird.

Fig. 2, in der für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind, macht deutlich, daß es für die zuvor beschriebene Wirkungsweise des Umdrehungszählers nicht auf eine bestimmte Art der Verbindung der Schaltelemente 4, 4'; 5, 5' und 6, 6' mit der Masse 10 und den Eingängen 12, 13, 14 der von einem Mikroprozessor gebildeten Schaltung 15 ankommt. Wichtig ist nur, daß die Schaltelemente eines jeden Schaltelementpaares jeweils elektrisch in Reihe liegen.

Claims (4)

1. Elektronischer Umdrehungszähler für Antriebsmotore von Arbeitsgeräten mit einer Schaltung zum Erfassen der Umdrehun­ gen und der Drehrichtung einer Geberwelle sowie mit einer drehrichtungsabhängigen Zähleinheit, die die Umdrehungen zwecks Anzeige eines jeweils aktuellen Summenwertes addiert bzw. subtrahiert, wobei zur Erzeugung von den Umdrehungszah­ len entsprechenden Impulsen in Drehrichtung der Geberwelle zueinander versetzt angeordnete, durch ein mit der Drehung der Geberwelle sich änderndes Magnetfeld betätigte Schaltele­ mente dienen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Schaltelementpaare (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') mit jeweils zwei in Reihe liegenden Schaltelementen (4, 4' bzw. 5, 5' bzw. 6, 6') über den Umfang der Geberwelle (1) verteilt sind, daß die Kontaktzungen (7, 8) der Schaltelemente (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') des jeweiligen Schaltelementpaares (4, 4' bzw. 5, 5' bzw. 6, 6') durch das auf sie einwirkende Magnetfeld in entgegengesetzte Richtung bewegbar sind, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein mit der Geberwelle (1) umlaufender Magnet (3) dient, der sich über einen Drehwinkel der Geberwelle (1) erstreckt, der kleiner ist als die Hälfte des Drehwinkels, den die Geberwel­ le zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Schaltelement­ paaren (4, 4'-5, 5' bzw. 5,5'-6, 6' bzw. 6, 6'-4, 4') zurücklegt, und daß jeweils ein Schaltelement (4, 5, 6) eines jeden Schaltelementpaares (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') an Masse (10) liegt und jeweils ein Schaltelement (4', 5', 6') eines jeden Schaltelementpaares (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') mit jeweils einem Ein­ gang (12, 13, 14) der Schaltung (15) verbunden ist.

2. Umdrehungszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelementpaare (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') gleichmäßig über den Umfang der Geberwelle (1) verteilt sind.

3. Umdrehungszähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltung (15) von einem Mikroprozessor gebildet wird, dessen Eingänge (12, 13, 14) jeweils über ei­ nen Pull-up-Widerstand (17, 18, 19) und einen Schalter (20, 21, 22) mit einer Spannungsquelle (23) verbindbar sind.

4. Umdrehungszähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (3) sich über einen Drehwinkel (α) der Geberwelle (1) von höchstens 30° erstreckt.