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Schaltungsanordnung für ein Drehzahlwarngerät bei Ober- bzw. Unterschreiten
einer vorgewählten Drehzahlgrenze Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
für ein Drehzahlwarngerät bei Über- bzw. Unterschreiten einer oberen und/oder unteren
vorgewählten Drehzahlgrenze von rotierenden Einrichtungen in Maschinen beliebiger
Art. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung bei einem Drehzahlwarngerät in
Kraftfahrzeugen zur akustischen oder optischen Anzeige der Üb er- bzw. Unterschreitung
einer vorgewählten Drehzahl des Motors.
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Bekanntlich hängt die Lebensdauer eines Motors wesentlich von der
Einhaltung der vom Werk vorgeschriebenen Drehzahlgrenze in den verschiedenen Gängen
ab. Dabei wirkt sich vor allem ein obere schreiten dieser Drehzahlgrenze in den
unteren Gängen für die Lebensdauer des Motors nachteilig aus.
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Aber auch ein Unterschreiten einer bestimmten unteren Drehzahlgrenze
ist nachteilig. Überdies ist es bekannt, daß der Motor seine größte Leistung innerhalb
eines gewissen Drehzahlbereiches entwickelt. Man hat aus diesem Grunde bereits mehrere
mechanische, elektrische und elektronische Einrichtungen zur Anzeige der jeweiligen
Drehzahl des Motors entwickelt.
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Diese Geräte basieren im allgemeinen auf einem absoluten Meßverfahren,
d. h. sie zeigen an einem Meßgerät die jeweils vorhandene Drehzahl in Umdrehungen
pro Minute an.
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Um nun den günstigsten Drehzahlbereich einzuhalten bzw. eine vorgeschriebene
obere oder untere Drehzahlgrenze zu über- bzw. unterschreiten, muß der Kraftfahrer
sein Augenmerk ständig oder häufig auf das Meßgerät richten. Dies ist jedoch beim
Fahren im Straßenverkehr, vor allem innerhalb von Stadtbezirken, äußerst nachteilig,
da der Kraftfahrer in diesen Gebieten besonders auf die Verkehrssituationen achten
muß und daher Drehzahlmessungen im allgemeinen nicht durchführen kann. Im übrigen
ist es für die Kenntnis der wichtigen Drehzahlgrenze nicht erforderlich, eine Absolutmessung
durchzufiihren; mit anderen Worten, der Kraftfahrer braucht nur bei Erreichen dieser
Grenze durch eine geeignete Warn- oder Alarmvorrichtung gewarnt zu werden.
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Aus diesem Grunde sind auch bereits Einrichtungen zur Warnung bei
Auftreten einer bestimmten Drehzahl vorgeschlagen worden, bei welchen mittels eines
Fliehkraftreglers oder einer Dauermagnetvorrichtung ein Kontakt zur Anzeige der
Drehzahl vorgesehen ist.
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Bei einer anderen Warneinrichtung ist ein lichtleitender Zeiger vorgesehen,
der mit einer prismenförmigen Abschrägung versehen ist, welche beim Vorbeigang an
einem Beleuchtungsschlitz durch Lichtbrecliung aufleuchtet.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Überwachung oder Regelung der
Drehzahl von Elektromotoren mit Hilfe von kontaktlosen logischen Elementen bekanntgeworden,
die aus einer fremdgesteuerten Kippstufe zur Erzeugung einer rechteckförmigen Signalspannung
mit drehzahlabhängiger Frequenz, einer monostabilen Kippstufe mit einstellbarer
Kipplänge, die von jeder Periode der Signalspannung angestoßen wird, und aus Mitteln
zur Erzeugung eines nach Größe und Richtung von der Differenz zwischen der Halbperiodendauer
der Signalspannung und der Kipplänge abhängigen Stelleinflusses besteht. Die Überwachung
der Drehzahl wird dabei durch einen Impulsvergleich betätigt, der über ein Gatter
ein Stellglied betätigt.
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Es ist schließlich ein elektrischer Drehzahlmesser bekanntgeworden,
bei welchem ein Multivibrator verwendet wird, dessen Eingangstransistor an einem
mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschinen kuppelbaren ,Impulsgeber angeschlossen
ist und mit einem Multivibrator-Ausgangstransistor zusammenarbeitet, der mit seinem
Kollektor auf die Basis des .Eingangstransistors über einem zu einem Zeitglied gehörenden
Kondensator zusammenwirkt.
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Dieser vorbekannte Drehzahlmesser besteht darin, daß zum Ausgleich
der infolge der Spannungsschwankungen der Stromquelle entstehenden Unterschiede
im zeitlichen Mittelwert der Kollektorstromstärke des Ausgangstransistors die Kippdauer
des Multivibrators mit Hilfe einer Zenerdiode verkürzt ist, die mit einer ihrer
beiden Elektroden an die Basis des Eingangstransistors und mit ihrer anderen Elektrode
an eine von der Betriebsspannung abgeleitete Vorspannung angeschlossen ist. Die
Drehzahlmessung erfolgt also über den monostabilen Multivibrator, der immer als
solcher arbeitet und eine Integration der Impulse zur Messung vornimmt.
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Demgegenüber besteht die vorliegende Erfindung in einer Schaltungsanordnung
fürem Drehzahlwarngerät der eingangs genannten Art, welches nur die Aufgabe hat,
bei Über- bzw. Unterschreiten einer vorgewählten Drehzahlgrenze eine Alarmeinrichtung
in Tätigkeit zu setzen. Demgemäß besteht die Erfindung in einer Schaltungsanordnung
für ein Drehzahlwarngerät bei Über- bzw. Unterschreiten einer oberen und/oder einer
unteren vorgewählten Drehzahlgrenze von rotierenden Einrichtungen in Maschinen,
wie Motoren, Wellen, Räder od. dgl., insbesondere bei Kraftfahrzeugrnotoren unter
Verwendung von der jeweiligen Drehzahl entsprechenden, durch geeignete Gebereinrichtungen
erzeugten elektrischen Impulsen, unter Verwendung eines aus zwei Transistoren bestehenden
monostabilen Multivibrators, der zur Erzeugung von Rechteckimpulsen von der Impulsfolge
des Gebers angesteuert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der zeitkonstante
Vierpol des Multivibrators bezüglich seiner Grenzfrequenz so bemessen ist, daß der
Multivibrator nur bei einer Impulsfolge, die unterhalb eines einstellbaren Schwellwertes
liegt, arbeitet und daß an den Multivibrator über einen Kondensator ein Transistorschaltkreis
angeschlossen ist, der bei Erreichen oder Überschreiten des genannten Schwellwertes
außer Betrieb gesetzt wird, wodurch der Relaiskontakt des Relais zur Betätigung
der Signaleinrichtung geschlossen wird.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung weicht von den bekannten
elektronischen Drehzahlmessungen insofern ab, als dort die Impulse integriert, d.
h. ihrer Anzahl nach verarbeitet und einem Anzeigeinstrument zugeführt werden. Bei
diesen bekannten Drehzahlmessern ist jedoch von Nachteil, daß sie Absolutwerte anzeigen
und daher abgelesen werden müssen.
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Mit dem Gerät gemäß der Erfindung, dessen Funktion weiter unten noch
näher beschrieben wird, werden mehrere Vorteile erreicht. Ein wesentlicher Vorteil
besteht darin3 daß die vorbestimmte Drehzahl exakt durch ein akustisches oder optisches
Warnsignal angezeigt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch
einfaches empirisch zu ermittelndes Einstellen eines veränderbaren Widerstandes
die Drehzahlgrenze, bei der die Warnung erfolgen soll, vorgewählt werden kann. Die
Schaltung des Gerätes zeigt ferner einen sehr einfachen und funktionssicheren Aufbau.
Weiterhin kann durch einen veränderbaren Widerstand, der im Kollektorkreis des Schalttransistors
in Reihe mit dem Relais geschaltet ist, auch eine untere Drehzahlgrenze vorgewählt
bzw. eingestellt werden.
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Als Alarm- bzw. Warneinrichtung kann ein akustischer Summer oder
eine optische Lichtquelle Anwendung finden. Für den Geber können an sich bekannte
mechanische Unterbrecher, photoelektrische oder induktive Geber verwendet werden,
die in Abhängigkeit des sich umdrehenden Teiles in der Maschine elektrische Impulse
liefern.
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An Hand der Abbildungen soll am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform
ein Drehzahlwarngerät gemäß der Erfindung näher beschrieben sowie seine Funktion
erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt ein BlockschaltbiId und F i g. 2 eine Schaltung eines
Drehzahlwarngerätes gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 werden die vom Geber oder Induktor erzeugten Impulse einer
Impulsformerstufe 1 zuge-
führt. Diese Impulsformerstufe bildet aus Impulsen beliebiger
Form saubere, negative Ansteuerimpulse.
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Diese werden einem monostabilen Multivibrator 2 zugeführt, der als
Schwellwertgeber dient. Die Schwelle für die am monostabilen Multivibrator einstellbaren
Impulsbreiten befindet sich bei 3 und stellt einen KondensatorC2 dar. Dieser Kondensator
ist mit einem Verstärker 4 verbunden, der gleichzeitig als Schalter für das Anzeigegerät
5 dient, welches das Alarmsignal abgibt.
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Unter Bezugnahme auf F i g. 2 wird die Funktionsweise dieser Schaltung
am Beispiel einer besonderen Ausführungsform näher erläutert.
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Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung besteht im wesentlichen aus einem
an sich bekannten monostabilen Multivibrator, der aus den Transistoren T, und T2.,
den Widerständen R2 bis R5 sowie dem Kondensator Cl gebildet wird. Dieser monostabile
Multivibrator wird mit den Impulsen am Anschluß Al, der mit dem Geber, im vorliegenden
Fall mit dem Unterbrecherkontakt des Verbrennungsmotors in Verbindung steht, über
den Widerstand R1 und die Diode D1 angesteuert, wobei am Kollektor von 2 Rechteckimpulse
auftreten. Die Dauer dieser Rechteckimpulse hängt von der Zeitkonstanten T = K C1
(R7 + R6) ab. Die Zeitkonstante ist dabei unabhängig von der Form und der Dauer
der Ansteuerimpulse. Wie sich aus der vorgenannten Formel ferner ergibt, kann durch
Verändern von R6 die Breite der Rechteckimpulse verändert werden.
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In der Praxis ist nun die Schaltung so dimensioniert, daß von einer
bestimmten Puisfolge der Ansteuerimpuls an der Transistor T2 nicht mehr gesperrt
wird, d. h. am Kollektor von T, entstehen keine Rechteckimpulse mehr, sondern ein
konstanter Gleichspannungspegel. Dies wird dann auftreten, wenn die durch R6 eingestellte
Breite der Rechteckimpulse breiter ist als das zeitliche Auseinanderliegen der Ansteuerimpulse.
In diesem Fall können sich also keine Rechteckimpulse mehr ausbilden, da der Transistor
T2 nicht mehr gesperrt wird. Es ist nun klar, daß sich diese Schwelle umgerechnet
auf Umdrehungen pro Minute in ein sehr schmales Drehzahlband unterbringen läßt.
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Der Kondensator C2 spricht nun auf diese Schwelle an, indem er einerseits
die Rechteckimpulse über die Diode D3 an die Basis des Transistors T3 bringt, diesen
Transistor öffnet und das im Kollektorkreis vorgesehene Relais 3 anzieht, andererseits
den Gleichspannungspegel vom Transistor T3 abhält, ihn sperrt und somit das Relais
R stromlos macht. Ist das Relais Rs stromlos, so schließt sich der Relaiskontakt
RK, wodurch der Summer Su das Warnsignal abgibt.
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Der dem Relais parallelgeschaltete Kondensator C3 dient zur Glättung
des Relaisstromes. Die Schwelle, bei der das Relais Rs anspricht, läßt sich also
am veränderbaren Widerstand R6 in sehr weiten Grenzen beliebig einstellen.
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Unabhängig von einer vorgewählten oberen Drehzahlgrenze kann auch
eine untere Drehzahlgrenze angezeigt werden. Im mittleren Drehzahlbereich wird das
Relais auf Grund der Ansteuerung des Transistors T3 mit zerhacktem Gleichstrom niederer
Frequenz erregt. Reicht diese Erregung im Mittel nicht aus, das Relais konstant
anzuziehen, so wird dieses
im Rhythmus der Ansteuerfrequenz angezogen.
Das bedeutet, daß der Summer ein unterbrochenes Warnsignal im Rhythmus dieser Frequenz
abgibt und dadurch die untere Drehzahlgrenze anzeigt. Um auch diese Grenze vorwählen
zu können, ist im Kollektorstromkreis des Transistors T3 ein veränderbarer Widerstand
R10 eingeschaltet, an dem die untere Drehzahlgrenze beliebig eingestellt werden
kann.
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Die Stromversorgung des Gerätes erfolgt über die Anschlüsse A2 und
A3 an das Netz, beispielsweise einer 6 Volt Autobatterie. Selbstverständlich kann
durch andere Dimensionierung der Schaltungselemente die Schaltung auch so ausgelegt
werden, daß eine andere Batteriespannung verwendet werden kann.
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Das Gerät gemäß der Erfindung ist selbstverständlich nicht abhängig
von Impulsen, die ein mechanischer Kontakt liefert, der z. B. von einem Exzenter
betätigt wird. Es kann ebenso von Impulsen, die ein photoelektrischer oder induktiver
Geber liefert, angesteuert werden. Diese Geber können beispielsweise an beliebigen
rotierenden Teilen von Maschinen wie an Motoren, Wellen, Rädern od. dgl. angebracht
werden, wobei es nur darauf ankommt, daß der Geber elektrische Impulse liefert,
deren Form geeignet ist, den monostabilen Multivibrator anzusteuern.
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Als Warn- bzw. Alarmeinrichtung kann jede akustische oder optische
Einrichtung Anwendung finden.