DE10329978B4

DE10329978B4 - Elektronischer Umdrehungszähler

Info

Publication number: DE10329978B4
Application number: DE2003129978
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Wilhelmy; Christian Steuer
Original assignee: Baumer Huebner GmbH; Huebner Elektromaschinen GmbH
Current assignee: Baumer Huebner GmbH
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: DE10329978A1

Abstract

Elektronischer Umdrehungszähler mit einer elektronischen Zählschaltung zum Erfassen der Umdrehungen einer Geberwelle sowie mit einer drehrichtungsabhängigen Zähleinheit, die die Umdrehungen zwecks Ermittlung eines jeweils aktuellen Summenwertes addiert bzw. subtrahiert, sowie mit einem in einer Spule angeordneten, magnetisch leitenden, zwischen zwei Positionen hin- und herbewegbaren Induktionsmodulationsglied, das unter dem Einfluss eines sich mit der Drehung der Geberwelle ändernden Magnetfeldes schlagartig aus der ersten der beiden Positionen in die zweite Position überführbar ist, aus der es nach Wegfall des Magnetfeldes automatisch in die erste Position zurückkehrt und durch dessen Bewegungen in der Spule entgegengesetzt gerichtete Spannungsimpulse induziert werden, die sowohl als Zählimpulse als auch zur Energieversorgung der elektronischen Zählschaltung nutzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Drehrichtung der Geberwelle (11) die Windungen der Spule (4) elektrisch in Reihe mit einem als Schließer ausgebildeten Schalter (3) liegen, der in Drehrichtung der Geberwelle (11) versetzt zur Spule (4) angeordnet ist und der in...

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Umdrehungszähler mit einer elektronischen Zählschaltung zum Erfassen der Umdrehungen einer Geberwelle sowie mit einer drehrichtungsabhängigen Zähleinheit, die die Umdrehungen zwecks Ermittlung eines jeweils aktuellen Summenwertes addiert bzw. subtrahiert, sowie mit einem in einer Spule angeordneten, magnetisch leitenden, zwischen zwei Positionen hin- und herbewegbaren Induktionsmodulationsglied, das unter dem Einfluss eines sich mit der Drehung der Geberwelle ändernden Magnetfeldes schlagartig aus der ersten der beiden Positionen in die zweite Position überführbar ist, aus der es nach Wegfall des Magnetfeldes automatisch in die erste Position zurückkehrt und durch dessen Bewegungen in der Spule entgegengesetzt gerichtete Spannungsimpulse induziert werden, die sowohl als Zählimpulse als auch zur Energieversorgung der elektronischen Zählschaltung nutzbar sind.

Ein Umdrehungszähler der vorstehenden Art ist aus der US 2003/0094945 A1 bekannt. Der bekannte Umdrehungszähler weist einen mit der Geberwelle verbundenen und zusammen mit dieser rotierenden Magneten auf, der bei jeder Umdrehung drei von Spulen umgebene, als Schließer ausgebildete Induktionsmodulationsglieder in Form von Reedkontakten passiert und bei dem die Reihenfolge, in der die einzelnen Spulen durch das Feld des Magneten beaufschlagt werden, zur Bestimmung der Drehrichtung genutzt wird.

Zwei als Schließer ausgebildete Reedkontakte werden auch bei einem aus der DE 26 08 953 A1 bekannten Volumenmessgerät verwendet. Auch in diesem Fall werden die Reedkontakte mit Magnetfeldern umlaufender Magnete beaufschlagt. Die Reedkontakte werden jedoch weder zur Generierung von Spannungen in Spulen genutzt noch dienen sie zur Erzeugung drehrichtungsabhängiger Signale.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umdrehungszähler der in Betracht gezogenen Gattung zu schaffen, der mit nur einem in einer Spule angeordneten Induktionsmodulationsglied auskommt und bei dem sich die Drehrichtung mit geringerem Aufwand als bei der bekannten Konstruktion ermitteln lässt. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Umdrehungszähler der eingangs beschriebenen Art dadurch, dass zur Ermittlung der Drehrichtung der Geberwelle die Windungen der Spule elektrisch in Reihe mit einem als Schließer ausgebildeten Schalter liegen, der in Drehrichtung der Geberwelle versetzt zur Spule angeordnet ist und der in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Geberwelle unter dem Einfluss eines sich mit der Drehrichtung der Geberwelle ändernden Magnetfeldes nur jeweils einen der entgegengerichteten Spannungsimpulse zur Zählschaltung durchlässt.

Die in der einzigen Spule durch das Induktionsmodulationsglied neben dem Zählsignal erzeugte Energie reicht aus, um eine Information aus einem nichtflüchtigen Speicher in einen (flüchtigen) Zähler zu überführen, dort die Auf- oder Abzählung durchzuführen und das Ergebnis in den nichtflüchtigen Speicher zurückzuführen. Die gewählte Anordnung von Schalter, Spule, Induktionsmodulationsglied und Magneten erlaubt es, mit einfachen Mitteln Signale zu generieren, die von der Drehrichtung abhängig sind.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung einer in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung.
Es zeigen:
1 teilweise im Schnitt die Vorderansicht der wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Umdrehungszählers in einer ersten Stellung seiner Geberwelle,
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1,
3 eine der 1 entsprechende Vorderansicht des Umdrehungszählers in einer zweiten Stellung der Geberwelle,
4 eine der 1 entsprechende Vorderansicht des Umdrehungszählers in einer dritten Position,
5 einen Schnitt längs der Linie V-V in 4 und
6 die bei dem Umdrehungszähler gemäß den 1 bis 5 verwendete Schaltung.
In den Figuren ist 1 das Gehäuse eines Umdrehungszählers. Auf einer mit dem Gehäuse 1 verbundenen Leiterplatte 2 (vgl. 2) sind ein als Schließer ausgebildeter Schalter 3 und eine Spule 4 angeordnet, in deren zentralem Hohlraum sich ein Reed-Umschalter 5 befindet, dessen aus einer Feder bestehender Kontaktarm ein Induktionsmodulationsglied 6 bildet. Der Reed-Umschalter weist zwei Kontakte 7 und 8 auf, gegen die sich das Induktionsmodulationsglied 6 mit seinem freien Ende abstützen kann.
In radialem Abstand vom Schalter 3 und der Spule 4 sind zwei Permanentmagnete 9 und 10 angeordnet, deren Südpole einander zugewandt sind.
Mit der Geberwelle 11 des Umdrehungszählers ist eine als Ringsteg ausgebildete, magnetisch leitende, ein Fenster 12 aufweisende Blende 13 verbunden, die bei einer Drehung der Geberwelle 11 den Zwischenraum passiert, der auf der einen Seite von dem Schalter 3 und der Spule 4 und auf der anderen Seite von den Permanentmagneten 9 und 10 begrenzt wird.
Schirmt die Blende 13 den Schalter und die Spule gegenüber den Magnetfeldern der Permanentmagnete 9 und 10 ab (1), so ist der Schalter 3 geöffnet und der das Induktionsmodulationsglied 6 bildende Kontaktarm des Reed-Umschalters liegt am Kontakt 7 an.
Bewegt die Blende 13 sich aus der in 1 gezeigten Position im Uhrzeigersinn in die Position gemäß 3, so kann als erstes das Feld des Magneten 9 auf den Schalter 3 einwirken, um diesen zu schließen. Hält die Drehbewegung der Blende 13 an und wird die in 4 dargestellte Lage erreicht, so wirkt das Feld des Magneten 10 auf das Induktionsmodulationsglied 6 ein und schwenkt dieses bei Erreichen einer bestimmten Feldstärke schlagartig gegen den Kontakt 8. Das „Umschnappen" des Induktionsmodulationsgliedes 6 vom Kontakt 7 zum Kontakt 8 führt zu einer spontanen Erhöhung der Dichte des Magnetflusses durch die Spule 4 und aufgrund des aus der Gleichung u = –dϕ/dtresultierenden Zusammenhangs zwischen dem Magnetfluss und der Zeit zu einem kräftigen Spannungsimpuls, der nicht nur als Zählimpuls, sondern auch zur Energieversorgung des Umdrehungszählers nutzbar ist.
Der erzeugte Spannungsimpuls möge in 6 die Richtung des Pfeiles 14 haben. Er gelangt über die Diode D1 und die Rückflussdiode D2 und den Schalter 3 auf eine Versorgungsleitung U_B und zusätzlich über die Diode D₃ auf die Aufwärts-Zählleitung „+".
15–18 sind Leitelemente, die den magnetischen Fluss der Permanentmagnete 9, 10 zum Schalter 3 und zum Induktionsmodulationsglied 6 führen
Dreht sich die Blende 13 weiter, so kommt es zunächst zur Abschirmung des Magneten 9 und dem hieraus resultierenden Öffnen des Schalters 3 und danach zur Abschirmung des Magneten 10 mit der Folge, dass das auf die Spule 4 und das Induktionsmodulationsglied 6 einwirkende Magnetfeld zusammenbricht und das Induktionsmodulationsglied 6 aufgrund seiner Ausbildung als Feder in die in 1 dargestellte Position zurückbewegt wird, d. h. gegen den Kontakt 7 zur Anlage kommt. Der Kontakt 7 erfüllt lediglich die Funktion eines die Rückfederbewegung des Induktionsmodulationsgliedes 6 begrenzenden Anschlages und könnte folglich aus nichtleitendem Material bestehen. Das Zurückfedern des Induktionsmodulationsgliedes 6 in seine Ausgangslage erzeugt erneut einen Spannungsimpuls, der indes entgegengesetzt zum zuvor beschriebenen Spannungsimpuls gerichtet ist. Dieser entgegengesetzt gerichtete Spannungsimpuls bleibt jedoch aufgrund des Umstandes, dass der Schalter 3 inzwischen geöffnet ist, ohne Wirkung auf die Zählschaltung 19, wie leicht anhand des Schaltbildes gemäß 6 nachvollziehbar ist.
Kommt es zu einem Wechsel der Drehrichtung, d. h. zu einer Drehung der Blende entgegen dem Uhrzeigersinn, so gibt das Fenster 12 zunächst den Magneten 10 frei. Das Induktionsmodulationsglied 6 bewegt sich mithin erneut vom Kontakt bzw. Anschlag 7 zum Kontakt 8 und generiert einen kräftigen Spannungsimpuls in Richtung des Pfeiles 20. Dieser Spannungsimpuls bleibt jedoch ohne Folgen, da sich der Schalter 3 im geöffneten Zustand befindet.
Dreht sich die Blende weiter im Gegenuhrzeigersinn, so schließt der Schalter 3. Anschließend, d. h. mit weiter fortschreitender Drehung der Blende 13 schirmt letztere den Magneten 10 mit der Folge ab, dass das Induktionsmodulationsglied 6 in seine Ausgangslage zurückfedert und erneut einen Spannungsimpuls erzeugt, der über den nunmehr geschlossenen Schalter 3, die Diode D4 sowie die Rückflussdiode D5 auf die Versorgungsleitung U_B und gleichfalls über den Schalter 3 sowie die Diode D₆ auf die Abwärts-Zählleitung „–" gegeben wird. Auch dieser Vorgang wiederholt sich mit jeder weiteren Umdrehung.
Das beschriebene Zusammenspiel zwischen dem Schalter 3 und dem Induktionsmodulationsglied 6 bestimmt mit anderen Worten entsprechend der jeweiligen Drehrichtung, ob die Aufwärts-Zählleitung oder die Abwärts-Zählleitung mit einem Signal, d. h. mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt wird. Es setzt voraus, dass der Öffnungswinkel α des Fensters 12 der Blende 13 größer ist als der Umfangswinkel β innerhalb dessen die Permanentmagnete 9, 10 angeordnet sind.
Der lediglich einen Anschlag bildende Kontakt 7 des in den Zeichnungen dargestellten Reed-Umschalters könnte im Prinzip entfallen. Er erweist sich jedoch insofern als vorteilhaft, als er ein freies Schwingen des Induktionsmodulationsgliedes 6 beim Wegfall des Magnetfeldes verhindert und es nicht zu einer Folge positiver und negativer Spannungsimpulse kommt, die die Auswertung erschweren würden.

Claims

Elektronischer Umdrehungszähler mit einer elektronischen Zählschaltung zum Erfassen der Umdrehungen einer Geberwelle sowie mit einer drehrichtungsabhängigen Zähleinheit, die die Umdrehungen zwecks Ermittlung eines jeweils aktuellen Summenwertes addiert bzw. subtrahiert, sowie mit einem in einer Spule angeordneten, magnetisch leitenden, zwischen zwei Positionen hin- und herbewegbaren Induktionsmodulationsglied, das unter dem Einfluss eines sich mit der Drehung der Geberwelle ändernden Magnetfeldes schlagartig aus der ersten der beiden Positionen in die zweite Position überführbar ist, aus der es nach Wegfall des Magnetfeldes automatisch in die erste Position zurückkehrt und durch dessen Bewegungen in der Spule entgegengesetzt gerichtete Spannungsimpulse induziert werden, die sowohl als Zählimpulse als auch zur Energieversorgung der elektronischen Zählschaltung nutzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Drehrichtung der Geberwelle (11) die Windungen der Spule (4) elektrisch in Reihe mit einem als Schließer ausgebildeten Schalter (3) liegen, der in Drehrichtung der Geberwelle (11) versetzt zur Spule (4) angeordnet ist und der in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Geberwelle (11) unter dem Einfluss eines sich mit der Drehrichtung der Geberwelle (11) ändernden Magnetfeldes nur jeweils einen der entgegengerichteten Spannungsimpulse zur Zählschaltung durchlässt.
Umdrehungszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionsmodulationsglied (6) von einem weiteren Schalter gebildet wird.
Umdrehungszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schalter als Umschalter ausgebildet ist.
Umdrehungszähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter als Reed-Umschalter ausgebildet ist.
Umdrehungszähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Schließer ausgebildeten Schalter (3) und der Spule (4) jeweils ein Permanentmagnet (9 bzw. 10) zugeordnet ist und dass mit der Geberwelle (11) eine magnetisch leitende, ein Fenster (12) aufweisende Blende (13) verbunden ist, die in einem Zwischenraum zwischen dem als Schließer ausgebildeten Schalter (3) und der Spule (4) einerseits und den Permanentmagneten (9, 10) andererseits rotiert und deren Abblendbereich die Einwirkung der Felder der Permanentmagnete (9, 10) auf den als Schließer ausgebildeten Schalter (3) und das Induktionsmodulationsglied (6) unterbricht.
Umdrehungszähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (12) hinreichend groß ist, um in einer Position der Blende (13) sowohl den als Schließer ausgebildeten Schalter (3) als auch die Spule (4) mit den Feldern der Permanentmagnete (9, 10) zu beaufschlagen.
Umdrehungszähler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (13) als umlaufender, mit einer das Fenster (12) bildenden Unterbrechung versehener Ringsteg ausgebildet ist.
Umdrehungszähler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nord-Südachse der Permanentmagnete (9, 10) im Wesentlichen tangential zum Umfang des die Blende (13) bildenden Ringsteges verläuft.
Umdrehungszähler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (9, 10) gegenläufig gepolt sind.
Umdrehungszähler nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der als Schließer ausgebildete Schalter (3) und das Induktionsmodulationsglied (6) mit Leitelementen (15–18) für den Magnetfluss der Permanentmagnete (9, 10) verbunden sind.
Umdrehungszähler nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fenster (12) der Blende (13) über einen Öffnungswinkel (α) erstreckt und die Permanentmagnete (9, 10) innerhalb eines Umfangswinkels (β) angeordnet sind, der kleiner als der Öffnungswinkel (α) des Fensters (12) der Blende (13) ist.