DE1513147C - Elektrischer Drehzahl-Impulsgeber - Google Patents
Elektrischer Drehzahl-ImpulsgeberInfo
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Description
45 Näherungsdetektoren die Anzeigefunktion unabhängig von der Näherungsgeschwindigkeit des ferromagnetischen
Objekts.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe
Drehzahl-Impulsgeber, bestehend aus einem mit zugrunde, einen Impulsgeber der eingangs beschrie-
einer festen Hochfrequenz schwingenden Resonanz- 50 benen Art zu schaffen, der in Abhängigkeit von der
kreis mit einer Induktionsspule sowie einem peri- Drehzahl des bewegten ferromagnetischen Körpers
odisch relativ zu dieser Induktionsspule bewegten Ausgangsimpulse liefert, deren Impulsfolgefrequenz
ferromagnetischen Körper, welcher in der Induk- zwar der Drehzahl dieses Körpers entspricht, die
tionsspule sowohl seiner Geschwindigkeit proportio- jedoch darüber hinaus eine drehzahlabhängige zeit-
nale Induktionsspannungen erzeugt, als auch die 55 liehe Phasenverschiebung aufweisen, welche relativ
Amplitude der Resonanzspahnung als Funktion seiner zum Zeitpunkt der Durchgänge des bewegten Kör-
Lage relativ zur Induktionsspule verändert. pers durch den Wirkungsbereich der Induktionsspule
In einer älteren Anmeldung (deutsche Auslege- definiert ist. - ' .
schrift 1 221470) wird ein rotierender Impulsgeber Zur Lösung dieser Aufgabe ist der elektrische
dieser Art beschrieben, welcher zur Erzeugung einer 60 Drehzahl-Impulsgeber nach der Erfindung dadurch
seiner Drehzahl frequenzproportionalen Impulsfolge gekennzeichnet, daß in an sich bei Näherungsdetekdient
und bei welchem die Eisenzähne eines Rotors toren bekannter Weise der Resonanzkreis von einer
an der Induktionsspule vorbeilaufen, welche gleich- unabhängigen Hochfrequenz-Spannungsquelle gezeitig
die Schwingkreisspule eines Hochfrequenz- speist wird, die Induktionsspule eine sättigbare
Oszillators ist. Diese Spule ist so bemessen und 65 Induktivität und der ferromagnetische Körper durch
angeordnet, daß die Schwingung aussetzt, wenn ein einen, den Sättigungszustand dieser Induktivität ver-Zahn
an der Spule vorbeiläuft. Die dabei in der ändernden Dauermagneten gebildet wird, der in
Spule induzierten Spannungsstöße werden gleich- ebenfalls an sich bekannter Weise nur mit einem
3 4
Pol auf die Induktivität einwirkt, und daß zwei erreicht, daß sich die Scheibe im vollkommenen
Anzapfungen der Induktionsspule an den Steuerkreis dynamischen Gleichgewicht befindet, keine Unwucht
eines Transistors angeschlossen sind, dessen Aus- aufweist und daher mit sehr hohen Drehzahlen
gangskreis einen Signalkreis speist, betrieben werden kann.
Auf diese Weise wird erreicht, daß in der Induk- 5 Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an
tionsspule die nur von der momentanen Lage des einem ' Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
Magneten relativ. zur Spule abhängige Amplitude F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Impulsder
Resonanzspannung, d.h. der hochfrequenten gebers zusammen mit. einer den Dauermagneten
Spannung, und die nur von der Geschwindigkeit des tragenden, rotierenden Scheibe, im Schnitt,
Magneten relativ zur Spule abhängige Amplitude der io Fi g. 2 eine Draufsicht auf die Scheibe in Richtung Induktionsspannung überlagert werden und diese der Pfeile II-II nach F i g. 1 und
Summenspannung im Transistor gleichgerichtet wird, F i g. 3 bis 6 die elektrische Funktion des Impulsweicher wegen des stets vorhandenen inneren Span- gebers nach der Erfindung veranschaulichende Kurnungsabfalls als Schwellwertstufe dient. Im Unter- ven, welche den Verlauf der auftretenden Spannunschied zu dem eingangs erwähnten, älteren Impuls- 15 gen als Funktion des Drehwinkels ω t des Magneten geber trägt also zu dieser Summenspannung stets darstellen. "
Magneten relativ zur Spule abhängige Amplitude der io Fi g. 2 eine Draufsicht auf die Scheibe in Richtung Induktionsspannung überlagert werden und diese der Pfeile II-II nach F i g. 1 und
Summenspannung im Transistor gleichgerichtet wird, F i g. 3 bis 6 die elektrische Funktion des Impulsweicher wegen des stets vorhandenen inneren Span- gebers nach der Erfindung veranschaulichende Kurnungsabfalls als Schwellwertstufe dient. Im Unter- ven, welche den Verlauf der auftretenden Spannunschied zu dem eingangs erwähnten, älteren Impuls- 15 gen als Funktion des Drehwinkels ω t des Magneten geber trägt also zu dieser Summenspannung stets darstellen. "
die gesamte, sich stetig und periodisch als Funktion Nach F i g. 1 weist der Impulsgeber eine sättigbare
des Sättigungszustandes der Induktivität ändernde Induktivität auf, die aus einem Ferritkern 1 und einer
Resonanzspannung bei, und es werden die Maxima Spule 2 besteht, der. ein Kondensator 3 parallel geder
aus der Hüllkurve dieser Resonanzspannung und 20 schaltet ist. Eine mittlere Anzapfung der Spule 2
aus. der Induktionsspannung zusammengesetzten ist an die Basis und das eine Ende der Spule an.^
Summenspannung zeitlich relativ zu den Zeitpunkten den Emitter des Transistors 5 angeschlossen/Das
des Vorbeigangs des Magneten an der Spule in andere Spulenende ist über einen Widerstand 4 mit
Abhängigkeit von der Drehzahl des Magneten ver- dem einen Pol einer hochfrequenten Spannungsquelle
schoben, da die in bezug auf die Extremwerte der 25 verbunden, die den im Basis-Emitterkreis des Tran-Resonanzspannung
stets, vor- und nacheilenden sistors 5 liegenden und aus der sättigbaren Induk-Induktionsspannungsimpulse
je nach ihrer Größe die tivität 1, 2 und dem Kondensator 3 bestehenden
Lage des resultierenden Maximums der Summen- Resonanzkreis mit einem hochfrequenten Wechselspannung
bestimmen. : strom speist. Der Emitter des Transistors 5 liegt an
Eine derartige, mit dem Impulsgeber nach der 30 Masse, während sein ^Kollektor an die Leitung 6
Erfindung erzeugte Impulsfolge kann mit Vorteil eines nicht näher dargestellten Ausgangskreises ange-
zur elektronischen Kommutierung elektrischer Mo- schlossen ist und über den einstellbaren Wider-
toren verwendet werden, indem auf diese Weise stand 4 a eine vorgebbare Spannung erhält,
automatisch unerwünschte, drehzahlabhängige Pha- Die Schaltung ist derart dimensioniert, daß bei
senverschiebungen infolge der Selbstinduktivität der 35 einem bestimmten Sättigungszustand der veränder-
Motorwicklungen und des gesamten Steuerkreises baren Induktivität 1,/* ' Ukl??sonanzkreis durch den
kompensiert werden. Der Magnet ist dann beispiels- speisenden hochfreqi ^e Wechselstrom in Reso-
weise auf der Läuferwelle des Motors angeordnet nanz erregt wird, wäh. fenjei anderen Werten des
und löst beim Passieren der Induktivität Ausgangs- Sättigungszustands der' .«iSuktivität praktisch kein
impulse mit einer entsprechenden drehzahlabhän- 40 Stromfluß stattfindet. Wenn die Resonanzschwingung
gigen Impulsfolgefrequenz aus, wobei diese Impulse einsetzt, dann wird der Transistor 5 im Rhythmus
beispielsweise die den Motorstrom schaltenden der Resonanzfrequenz in den leitenden Zustand
Leistungstransistors steuern. · geschaltet, so daß ein entsprechend verstärktes Aus-
Eine andere interessante Anwendung des Impuls- gangssignal auf die Leitung 6 gegeben wird,
gebers nach der Erfindung besteht in der Steuerung 45 Die Schaltung ist beispielsweise derart getroffen, von Zündmaschinen für Verbrennungsmotoren, bei daß die, Resonanzbedingung für den Resonanzkreis denen bekanntlich der Rhythmus der Zündfolge als bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes erfüllt Funktion der Drehzahl geregelt werden muß, um ist. Wenn dagegen der Ferritkern in den Einflußeinen optimalen Wirkungsgrad zu erhalten; die Vor- bereich eines hinreichend starken äußeren Magnetverschiebung der Zeitpunkte der Zündung relativ 50 feldes. gelangt, dann wird durch den sich verändernzur Stellung des Motorkolbens als Funktion der den Sättigungszustand der Induktivität die Eigen-Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird durch einen frequenz des Resonanzkreises gegenüber der Fre-Impulsgeber nach der Erfindung auf rein elektri- quenz des speisenden Wechselstroms so weit verschem Wege mit Hilfe eines entsprechend mit der ändert, daß die Schwingungen aufhören, der Tran-Motordrehzahl umlaufenden Magneten verwirklicht. 55 sistor 5 gesperrt wird und demzufolge das Ausgangs-
gebers nach der Erfindung besteht in der Steuerung 45 Die Schaltung ist beispielsweise derart getroffen, von Zündmaschinen für Verbrennungsmotoren, bei daß die, Resonanzbedingung für den Resonanzkreis denen bekanntlich der Rhythmus der Zündfolge als bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes erfüllt Funktion der Drehzahl geregelt werden muß, um ist. Wenn dagegen der Ferritkern in den Einflußeinen optimalen Wirkungsgrad zu erhalten; die Vor- bereich eines hinreichend starken äußeren Magnetverschiebung der Zeitpunkte der Zündung relativ 50 feldes. gelangt, dann wird durch den sich verändernzur Stellung des Motorkolbens als Funktion der den Sättigungszustand der Induktivität die Eigen-Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird durch einen frequenz des Resonanzkreises gegenüber der Fre-Impulsgeber nach der Erfindung auf rein elektri- quenz des speisenden Wechselstroms so weit verschem Wege mit Hilfe eines entsprechend mit der ändert, daß die Schwingungen aufhören, der Tran-Motordrehzahl umlaufenden Magneten verwirklicht. 55 sistor 5 gesperrt wird und demzufolge das Ausgangs-
Zweckmäßigerweise weist der Resonanzkreis einen signal auf der Leitung 6 verschwindet,
der Induktionsspule parallelgeschalteten Konden- Im betrachteten Ausführungsbeispiel wird der
sator auf. Außerdem ist es vorteilhaft, die Schaltungs- Impulsgeber durch einen auf einer rotierenden
anordnung so zu wählen, daß die Resonanzbedin- Scheibe 9 angeordneten Dauermagneten 8 gesteuert,
gung für den Resonanzkreis bei Abwesenheit des 60 Dieser Dauermagnete hat die Form eines magneti-
bewegten Magneten von der Induktivität erfüllt ist. sierten Sektors und passiert bei Drehung der Scheibe 9
Ferner ist der Dauermagnet vorteilhafterweise der die Ansprechzone des Impulsgebers, d. h. den BeSektor
einer rotierbaren und vollständig symmetrisch reich vor der einen Stirnseite des Ferritkerns 1,
in bezug auf ihre Drehachse ausgebildeten Scheibe, wobei der Magnet nur mit einem Pol auf die Indukwelche
aus einem Träger aus ferromagnetischem 65 tivität einwirkt. Die Scheibe 9 weist einen aus ferro-Material.
und einem den Bereich des Magneten zu magnetischem Material bestehenden, topfförmigen
einem Kreisring ergänzenden Sektor aus einem nicht Träger auf, in den auf der der Induktivität 1, 2 zumagnetisierten
Material besteht. Dadurch wird gewandten Seite ein Kreisring eingesetzt ist, der nach
i 513 147
5 6
F i g. 2 aus einem kleinen Sektor 8 aus magnetischem In F i g. 4 ist, unter Fortlassung der erwähnten
Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft und einem diesen Resonanzspannung, die in der Spule 2 beim Vorbei-Sektor
8 zu einem Kreisring ergänzenden größeren gang des Magneten 8 induzierte Spannung angegeben,
Sektor 7 aus einem unmagnetischen Material besteht. und zwar gilt die Kurve/4 für eine kleine und die
Der Sektor 8 ist in Achsenrichtung der Scheibe 5 Kurve B für eine große Drehzahl. Ausgehend. von
magnetisiert. Der ferromagnetische Träger dient der oben definierten Winkelstellung »Null« wird
gleichzeitig als ein den magnetischen Fluß des Dauer- während der Entfernung des Magneten 8. von der
magneten 8 teilweise schließender Anker, der eine Spule 2 in dieser ein Induktionsspannungsstoß
Entmagnetisierung dieses magnetisierten Sektors erzeugt, der natürlich um so größer ist, je rascher
verhindert. Die Scheibe 9 mit ihrem Kreisringeinsatz io die Bewegung des Magneten ist. Während der folgen-7,
8 ist vollständig symmetrisch in bezug auf ihre den Halbdrehung des Magneten, bei welcher sich
Drehachse ausgebildet, so daß sie keine Unwucht der Magnet nunmehr der Spule 2 nähert, wird entaufweist.
Das wird zweckmäßigerweise dadurch sprechend ein induktiver Spannungsstoß entgegenerreicht,
daß das Kreisringmaterial, aus ein und dem- gesetzter Polarität erzeugt, der auf Null abgeklungen
selben magnetischen Werkstoff aus einem Teil her- 15 ist, wenn der Magnet die größte Nähe zur Spule
gestellt wird, wobei anschließend nur der Sektor 8 erreicht hat. Dann wiederholt sich das Spiel. Die
magnetisiert wird. Wegen der vollständigen Aus- Maxima und Minima der reinen Induktionsspannung
wuchtung der Scheibe 9 kann diese mit sehr großen fallen natürlich nicht mit den Maxima und Minima
Drehzahlen rotiert werden. Da außerdem der ge- der reinen Resonanzspannung nach Fig. 3 zusamsamte
Impulsgeber nur auf der einen Seite der 20 men; sondern sind gegenüber den Extremwerten
Scheibe 9 liegt, können der vorzugsweise eine in sich dieser Resonanzspannung um eine definierte Zeit- ~-
geschlossene Baueinheiten bildende Impulsgeber und spanne verschoben, da die Extrema der Induktions-ν
die Scheibe besonders einfach und zugänglich instal- spannung während der Annäherung und während '
liert werden. der Entfernung des Magneten von der. Spule auf-
Es ist auch möglich, die Scheibe 9 stationär zu 25 treten.
installieren und dafür den Impulsgeber relativ zur Beide in den Fig. 3 und 4 dargestellten Span-Scheibe
drehbar anzuordnen. nungskomponenten werden nun in der Schaltung ■■
Die Funktion des beschriebenen Impulsgebers soll nach der Erfindung überlagert, und die in Fig. 5
an Hand der F i g. 3 bis 6 näher erläutert werden. dargestellte resultierende Spannung mißt man bei-
Die Fig. 3 zeigt denjenigen Spannungsverlauf, 30 spielsweise am Ausgang des Transistors 5. Man
den man beispielsweise an der Spule 2 ,mißt, wenn erkennt, daß die gewünschte Phasenverschiebung der
man die Scheibe mit dem Magneten 8 sehr langsam Maxima der resultierenden Ausgangsspannung aus
zweimal dreht, derart, daß praktisch die vom beweg- der Addition der nur lageabhängigen Resonanzten
Magneten in "der Spule induzierte Spannung spannung nach Fig. 3 und der drehzahlabhängigen
Null ist. Die dargestellte Resonanzspannungskurve 35 Induktionsspannung nach F i g. 4 folgt. Eine Indukist
die Einhüllende der iP't HF bezeichneten Hoch- tionsspannung mit größerer Amplitude gemäß der
. frequenzspannung, mit j getter der Resonanzkreis Kurve B hat bei der Überlagerung mit der Kurve
gespeist wird. Es ist an! SeJmnien, daß der Dreh- nach F i g. 3 eine entsprechend größere Verschiebung
winkel »Null«, bei welchaeA ein Minimum der Reso- des Maximums der Summenkurve nach F i g. 5 nach
nanzspannung auftritt, dem Vorbeigang des Magne- 40 links zur Folge als eine Induktionsspannung mit
ten 8 an der Spule 2, also dem Zustand maximaler geringerer Amplitude gemäß der Kurvet. Es findet
Sättigung des Kerns 1 durch den Magneten 8, ent- also eine Verschiebung der Maxima der Summenspricht.
Die Resonanzbedingung für den Resonanz- kurve nach Fig. 5 relativ zu den Maxima der
kreis ist also derart gewählt, daß bei maximaler Resonanzspannungskurve nach Fig. 3 statt, d. h.
Sättigung des Kerns 1 die Spannung ein Minimum 45 also, relativ zu den Zeitpunkten der Vorbeigänge
hat, während bei der größten Entfernung des Magne- des Magneten an der Spule. In Fig. 5 ist auch noch
ten 8 von der Spule 2, also bei minimaler- Sättigung der Fall einer besonders kleinen Induktionsspannung
des Kerns 1, die Resonanzbedingung praktisch erfüllt durch die Kurve C dargestellt,
ist und daher die Resonanzspannung ein Maximum F i g. 6 zeigt diejenigen resultierenden Rechteckaufweist. 50 impulse, welche man aus den Kurven A, B bzw. C
ist und daher die Resonanzspannung ein Maximum F i g. 6 zeigt diejenigen resultierenden Rechteckaufweist. 50 impulse, welche man aus den Kurven A, B bzw. C
Wenn man also die von der Drehzahl des Magne- nach Fig. 5 erhält, wenn man diese Kurven nach
ten 8 abhängige reine Induktionsspannung außer Fig. 5 auf eine geeignete Schwellwertstufe gibt, wie
Betracht läßt, dann gilt die in Fig. 3 dargestellte sie im Prinzip bereits der Transistors nach Fig. 1
Resonanzspannungskurve unabhängig für alle mög- infolge des stets vorhandenen inneren Spannungslichen
Geschwindigkeiten des Magneten 8, denn sie 55 abfalls darstellt. Die Folge von so gewonnenen
hat immer beim Vorbeigang des Magneten an der Rechteckimpulsen weist die gewünschte, vorstehend
Spule 2 ein Minimum und in der um dazu 180° erläuterte, drehzahlproportionale Phasenverschiebung
versetzten Winkelstellung ein Maximum. auf.
- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Elektrischer Drehzahl-Impulsgeber, be- daß mit zunehmender Größe der induzierten Spanstehend aus einem mit einer festen Hochfrequenz . nungsstöße, also mit zunehmender Drehzahl, die
schwingenden Resonanzkreis mit einer Induk- 5 relativen Zeitabschnitte der Vorbeigänge eines Zahns,
tionsspule sowie einem periodisch relativ zu in denen die hochfrequente Schwingung wieder eindieser
Induktionsspule bewegten ferromagne- setzt, immer kleiner und schließlich zu Null werden,
tischen Körper, welcher in der Induktionsspule . Im Grenzfall sehr hoher Drehzahlen wird also die
sowohl seiner Geschwindigkeit proportionale Resonanzspannung, d. h. die hochfrequente Schwin-Induktionsspannungen
erzeugt als auch die io gung, vollständig zugunsten der dann starken Induk-Amplitude
der Resonanzspannung als Funktion tionsspannungen unterdrückt, während bei kleinen
seiner Lage relativ zur Induktionsspule verändert, Drehzahlen die Ausgangsimpulse praktisch nur durch
dadurch gekennzeichnet, daß in an' die hochfrequente Schwingung gebildet werden. Auf
sich bei Näherungsdetektoren bekannter Weise diese Weise lassen sich auch bei sehr kleinen Drehder
Resonanzkreis von einer unabhängigen 15 zahlen hinreichend starke, zur Auswertung geeignete
Hochfrequenz-Spannungsquelle gespeist wird, die drehzahlproportionale Ausgangsimpulse erhalten.
Induktionsspule eine sättigbare Induktivität (1, 2) Eine drehzahlabhängige Phasenverschiebung der
und der magnetische Körper durch einen den Ausgangsimpulse relativ zum Zeitpunkt des Vorbei-Sättigungszustand
dieser Induktivität verändern- gangs eines Zahns an der Spule tritt nicht auf, den Dauermagneten (8) gebildet wird, der in 20 sondern lediglich eine Verbreiterung der Induktionsebenfalls an sich bekannter Weise nur mit einem Spannungsimpulse bei steigender Induktionsspannung.""
Pol auf die Induktivität einwirkt, und daß zwei Es ist ferner ein induktiver Drehzahlmesser be-"
Anzapfungen der Induktionsspule (2) an den kannt (USA.-Patentschrift 2 559 849), bei welchem
Steuerkreis eines Transistors (5) angeschlossen der eine Induktivität beeinflussende Magnet mit
sind, dessen Ausgangskreis einen Signalkreis (6) 25 seinem einen Pol auf diese Induktivität einwirkt und
speist. an der Welle befestigt ist, deren Drehzahl gemessen
2. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch ge- werden soll. Die bei Vorbeigang des Magneten an
kennzeichnet, daß der Resonanzkreis einen der der Induktivität erzeugten Induktionsimpulse steuern
Induktionsspule (2) parallelgeschalteten Konden- ein Thyratron, und die von diesem ausgelösten
sator (3) aufweist. 30' Stromimpulse werden je Zeiteinheit in einem Strom-
3. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch ge- messer summiert.
kennzeichnet, daß die Resonanzbedingung für Außerdem sind induktive Näherungsdetektoren
den Resonanzkreis bei Abwesenheit des beweg- bekannt (britische Patentschrift 907189), welche mit
ten Magneten von der Induktivität erfüllt ist. einem aus einem Widerstand, einer sättigbaren
4. Impulsgeber nach einem der vorangehenden 35 Induktivität und einer Kapazität bestehenden, mit
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der - einer festen Wechselspannung gespeisten Kreis arbei-Dauermagnet
(8) der Sektor einer rotierbaren ten, wobei die Induktivität durch einen äußeren
und vollständig symmetrisch in bezug auf ihre Dauermagneten bei dessen Annäherung beeinflußt
Drehachse ausgebildeten Scheibe (9) ist und diese wird. Hierbei sowie bei anderen bekannten Nähe-Scheibe
aus einem Träger aus ferromagnetischem 40 rungsdetektoren ist die Schaltungsanordnung derart
Material und einem den Bereich des Magneten (8) getroffen, daß ein möglichst wohl definiertes Sprungzu
einem Kreisring ergänzenden Sektor aus einem signal erzeugt wird, wenn der Abstand eines ferronicht
magnetisierten Material besteht.· magnetischen Objekts vom Detektor einen vorgebbaren
Wert unterschreitet. Insbesondere ist bei diesen
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