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Die Erfindung betrifft einen Umdrehungszähler mit
einer magnetisch leitenden, zur Aufnahme einer hinsichtlich ihrer
Drehzahl zu überwachenden Welle
dienenden Nabe, an der ein an seinem freien Ende mit einem Magneten
versehener Schwenkarm gelagert ist, mit mehreren im Abstand voneinander und
von der Nabe um diese herum angeordneten, Kerne aufweisenden Spulen,
in deren Wicklungen durch den mit der Nabe umlaufenden Magneten Spannungen
induziert werden, sowie mit mehreren die Nabe umgebenden, durch
Spalte voneinander getrennten, magnetisch leitenden Ringsegmenten.
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Ein Umdrehungszähler der vorstehenden Art ist
aus der
DE 201 17
022 U1 bekannt. Bei dem bekannten Gerät ist der den Magneten tragende
Arm an der Stirnseite einer von einer Hohlwelle des Gerätes gebildeten
Nabe befestigt, die von einem Ring umgeben ist, mit dem über radial
nach außen
gerichtete Stege Ringsegmente aus mag netisch leitendem Material
verbunden sind. Mindestens ein Teil der Stege bildet Kerne von Spulen,
in denen durch den umlaufenden Magneten Spannungen induziert werden.
Die Ringsegmente stehen bei dieser Konstruktion ebenso wie der Schwenkarm über die
Stirnseite der Hohlwelle vor. Die beschriebene Anordnung beansprucht nicht
nur vergleichsweise viel Raum, sondern sie ist insbesondere bei
der Messung der Drehzahl von Antrieben, die mit einer elektromagnetischen
Bremse ausgestattet sind, vergleichsweise störempfindlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Umdrehungszähler
der in Betracht gezogenen Art zu schaffen, der besonders einfach
und kompakt aufgebaut ist und bei dem auf einen besonderen Tragring
für die
die Ringsegmente haltenden Stege verzichtet werden kann. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Achsen der Spulen im wesentlichen in Umlaufrichtung der
Nabe angeordnet sind und ihre Kerne jeweils einen Spalt zwischen
aufeinander folgenden Ringsegmenten überbrücken.
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Der erfindungsgemäße Umdrehungszähler ermöglicht nicht
nur eine schmale Bauweise, sondern die bei ihm gewählte Anordnung
der Spulen und Spulenkerne bietet einen entscheidenden funktionsmäßigen Vorteil,
der darin besteht, dass beim Passieren des Spulenbereiches durch
die Schwenkbewegung des Schwenkarmes der die jeweilige Spule durchsetzende
magnetische Fluss schlagartig seine Richtung wechselt und der Richtungswechsel
sich positiv auf die Höhe
der in der Spule induzierten Spannung auswirkt.
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Als besonders vorteilhaft erweist
es sich, wenn die Spulen im wesentlichen tangential zu den Ringsegmenten
angeordnet sind. In diesem Fall kann der Abstand zwischen der Nabe
und den Ringsegmenten klein gehalten werden.
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Als kostengünstig erweist es sich, wenn sämtliche über den
Umfang der Nabe verteilten Ringsegmente jeweils die gleiche Länge haben
und die Zahl der über
den Umfang der Nabe verteilten Ringsegmente doppelt so groß ist wie
die Zahl der über den
Umfang der Nabe verteilten Spulen.
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Um die Masse des Schwenkarmes klein
zu halten, empfiehlt es sich, den Schwenkarm nach Art eines im wesentlichen
U-förmigen
Bügels
mit einem im Bereich des Bügeljoches
angeordneten Magneten auszubilden. Die U-Form vermittelt dem Schwenkarm
gegenüber
einer ebenfalls möglichen
T-Form eine größere Steifigkeit.
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Die Bahn des Magnetflusses lässt sich
dadurch positiv beeinflussen, dass man die Nabe an ihrem Umfang
mit einer Mulde versieht, die sich über einen größeren Teil
ihres Umfangs erstreckt als ein einzelnes Ringsegment und in deren
Zentrum der den Magneten tragende Schwenkarm und mindestens ein
radialer Vorsprung angeordnet sind, wobei die Kuppe des Vorsprungs
in der Nähe
des Magneten endet.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden
Beschreibung einer in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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Es zeigen:
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1:
eine Stirnansicht der wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Umdrehungszählers
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2:
einen Schnitt längs
der Linie II-II in 1
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3:
eine der 1 entsprechende
Stirnansicht, in der der Magnetfluss bei Annäherung des Schwenkarmes an
einen von einer Spule überbrückten Spalt
zwischen zwei Ringsegmenten dargestellt ist,
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4:
eine der 2 entsprechende
Stirnansicht, nachdem der Schwenkarm den Spalt passiert hat,
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5:
eine der 4 entsprechende
Stirnansicht bei weiter voranbewegtem Schwenkarm
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6:
ein Schaltbild zur Auswertung der von den Wicklungen der Spulen
generierten Spannungen.
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In den 1 bis 5 ist 1 eine von einer Hohlwelle
gebildete Nabe, die in an sich bekannter Weise mit einer nicht dargestellten
Welle verbunden werden kann, deren Drehzahl gemessen werden soll.
Die Nabe 1 weist an ihrer einen Seite eine Mulde 2 auf,
in deren Zentrum ein Schwenkarm 3 gelagert ist, der einen
in radialer Richtung magnetisierten Magneten 4 trägt. Der
Schwenkarm 3 hat – wie
aus 2 erkennbar die Form
eines U-förmigen
Bügels,
dessen Schenkel 5, 6 einen Vorsprung 7 umschließen, dessen
kreissegmentförmige
Kuppe bis in die Nähe
des den Magneten 4 tragenden Joches 8 des Bügels ragt. Zur
Aufnahme der Schenkel 5, 6 des Bügels dienen seitliche
Aussparungen, von denen einer in 1 die Bezugsziffer 9 zugeordnet
ist. Gelagert ist der Schwenkarm 3 auf einer Achse 10 in
der Nähe
des Grundes der Aussparung 9. Im der Mulde 2 gegenüberliegenden
Bereich der Nabe 1 ist die Nabe 1 mit einer Nut 11 versehen,
die dem Gewichtsausgleich und der Vermeidung von Unwuchtserscheinungen dient.
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Um die Nabe 1 herum sind
im dargestellten Fall sechs identisch ausgebildete Ringsegmente 12 bis 17 angeordnet,
wobei der Abstand zwischen der Nabe 1 und den Ringsegmenten 12
17 klein
und gleich dem Abstand ist, den der Magnet 4 bei gestreckter
Lage des Schwenkarms 3 von den Ringsegmenten 12
17 einnimmt.
Die jeweils aufeinanderfolgenden Ringsegmente sind durch ungleich
breite Spalte 18 bis 23 voneinander getrennt.
Die jeweils breiteren Spalte 19, 21 und 23,
deren Breite ge ringfügig
kleiner als die Breite des Magneten 4 ist, sind durch die
Kerne 24, 25 und 26 von Spulen 27, 28 und 29 überbrückt, wobei
die Kerne 24–26 Verlängerungen 30, 31; 32, 33 und 34, 35 aufweisen,
deren Enden vorzugsweise durch Kleben mit jeweils zwei aufeinander
folgenden Ringsegmenten 12, 13 bzw. 14, 15 bzw. 16, 17 verbunden
sind.
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Mit 36 ist ein Gehäuse bezeichnet,
das die Ringsegmente 12–17 sowie die Nabe 1 umgibt
und eine Abschirmung gegen Störfelder
bildet.
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Zur Wirkungsweise des Umdrehungszählers wird
auf die Folge der 3 bis 5 verwiesen. 3 zeigt einen sich bei Annäherung des
Schwenkarmes 3 an den Bereich der Spule 28 ausbildenden
Magnetfluss 37 im Uhrzeigersinn. Bei niedrigen Drehzahlen einer
mit der Nabe 1 verbundenen, nicht dargestellten Welle kommt
es zu einem vorgenannten "Klebeeffekt". Dieser Effekt wirkt
sich so aus, dass der Schwenkarm 3 mit dem Magneten 4 bei
Annäherung z.
B. an den Spalt 21 bestrebt ist, am Ringsegment 14 "kleben" zu bleiben, d. h.
aus seiner Radiallage in die in 4 bei 38 angedeutete "Linkslage" überzugehen. Mit zunehmenden
Abstand zwischen dem Magneten 4 des Schwenkarms 3 vom
rechten Ende des Ringsegmentes 14 wächst der Streufluss des Magneten 4 zum
Ringsegment 15 soweit an, dass die Anziehungskräfte des
Ringsegmentes 15 die Haltekräfte des Ringsegmentes 14 überwiegen.
Unter dem Einfluss dieser Kräfteverschiebung
wird der Schwenkarm 3 schlagartig wieder in seine gestreckte,
radial nach außen
gerichtete Lage zurückgeschwenkt,
wobei es gleichzeitig zur Umkehr der Richtung des Magnetflusses 37 und
zur Bildung eines Magnetflusses 41 kommt. Der spontane
Lagewechsel aus der abgewinkelten "Schrägstellung" des Schwenkarmes 3 in
seine gestreckte "Radialstellung" und die Umkehr der
Richtung des Magnetflusses bieten die Gewähr dafür, dass auch bei langsamen Drehzahlen
der Nabe 1 eine hinreichend große Spannung in der Spule 28 induziert
wird, wobei sich insbesondere der Richtungswechsel des magnetischen
Flusses positiv auf die Höhe
der induzierten Spannung auswirkt.
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Bei einer Drehbewegung der Nabe 1 aus
der in 4 dargestellten
Position in die in 5 dargestellte
Position, d. h. bei einer Drehbewegung um α = 60°, gelangt der Schwenkarm 3 vom
Spalt 21 zum Spalt 22, während die linke Ecke 39 der
Mulde 2 sich von Spalt 20 zum Spalt 21 und die
rechte Ecke 40 der Mulde 2 sich zum Spalt 23 bewegt.
Im Laufe der vorgenannten Bewegung vergrößert sich der Bereich der Überdeckung
des muldenfreien, zylindrischen Bereiches der Nabe 1 mit
dem Ringsegment 14. Da der Abstand zwischen dem zylindrischen
Teil der Nabe 1 und den Ringsegmenten 12 bis 17 kleiner
ist als der Abstand zwischen dem Grund der Mulde 2 und
den Ringsegmenten 12 bis 17, sinkt der magnetische
Widerstand mit zunehmender Überdeckung zwischen
dem zylindrischen Teil der Nabe 1 und dem Ringsegment 14,
d. h. die Größe des magnetischen Flusses 41 nimmt
zu. Dies bedeutet, dass bei hö heren
Drehzahlen nach dem eigentlichen, durch den den Spalt 21 passierenden
Magneten 4 in der Spule 28 ausgelösten Spannungsimpuls
weiterhin eine Spannung in der Spule 28 induziert wird,
die zwar deutlich niedriger als der eigentliche Spannungsimpuls
ist, die jedoch ausreicht, um die den Spulen 27 bis 29 nachgeschaltete
Elektronik durchgehend mit Spannung zu versorgen. Dies ist für den Betrieb
des Umdrehungszählers
bei hohen Drehzahlen von Vorteil, da sich nicht nur der Wirbelstromeffekt
in den Ringsegmenten 12 bis 17 verlängernd auf
die Spannungsdauer auswirkt, sondern sich der Wirkung des Wirbelstroms
ein weiterer positiver Effekt hinzugesellt.
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Der Winkel von 2 α = 120, über den sich die Mulde 2 erstreckt,
kann in der Praxis auch kleiner sein und beispielsweise nur 90° betragen.
Aus spannungstechnischer Sicht erweist sich ein Winkel von 2 α = 120° aber als
besonders vorteilhaft, zumal der Winkel α = 60° mit den Längen bzw. Öffnungswinkeln der Ringsegmente 12 bis 17 harmoniert.
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6 zeigt
das Blockschaubild einer Schaltung zur Auswertung der von den Spulen 27 bis 29 generierten
Spannungen. Die Wicklungen der Spulen 27 bis 29 liegen
jeweils in einer aus vier Dioden bestehenden Brückenschaltung. Die Brückenschaltungen
versorgen die Leitung 42 mit gleichgerichteten Spannungsimpulsen,
deren Höhe
von der Drehzahl der Nabe 1 abhängt. Die gelieferten Spannungsimpulse
durchlaufen eine Begrenzerschaltung 43, von der sie in
eine elektronische Zählerschaltung 44 mit
einem nicht-flüchtigen
Speicher übertragen
werden. Außerdem
gelangen die von den Spulen 27 bis 29 generierten
Spannungsimpulse nach ihrer Gleichrichtung über dreieckförmig angeordnete
Dioden auf Impulsleitungen 45, 46 und 47 und
werden, nachdem sie in der Begrenzerschaltung 43 ebenfalls
auf eine geeignete Höhe
begrenzt worden sind, ebenfalls als Zählimpulse auf die Zählerschaltung 44 gegeben,
deren Zählerstand über eine
Leitung 48 ausgelesen wird.