DE1523206A1

DE1523206A1 - Anordnung zur elektronischen Drehzahlmessung und -registrierung

Info

Publication number: DE1523206A1
Application number: DE19661523206
Authority: DE
Inventors: Manfred Fichter
Original assignee: Kienzle Apparate GmbH
Current assignee: Digital Kienzle Computersysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1966-12-15
Filing date: 1966-12-15
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3480859A; CH485223A; FR1548014A; GB1162128A

Description

070 Dö/fa

Aktes 1038

Kienzle Apparate GmbH, Villingen/Schwarzwald

Anordnung zur elektronischen Drehzahlmessung und-regi s tri βrung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektronischen Drehzahlmessung und -registrierung insbesondere für Fahrtschreiber und ähnliche Registriergeräte, bei der die vom Drehzahlgeber direkt erzeugte oder nach erfolgter Fernübertragung aus einer geberseitig erzeugten Wechselspannung oder Impulsfolge geformte meßwertproportionale Gleichspannung (Sollwert) einem Kompensator, im allgemeinen bestehend aus einer die Differenz zwischen dem Sollwert und dem angezeigten Istwert bildenden Vergleichesteile mit nachgeschaltetem Differenzverstärker einem die Anzeige- und Registriermittel einstellenden Stellmotor und einem dessen Stellung (Istwert) zur Vergleichsstelle rückübertragenden Nachlaufwerk zugeführt wird.

Für das Hessen von Drehzahlen und demnach, wenn diese Drehzahlen von einem Fahrzeugrad oder vom Getriebeausgang eines Fahrzeuges abgenommen werden und in Beziehung zu bestimmten zurückgelegten Strecken gesetzt werden können, auch für das Messen von Geschwindigkeiten, hat eich, zumal wenn die gemessenen Geechwindigkeitswerte nicht nur angezeigt, sondern

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auch aufgezeichnet werden sollen» im Laufe der Entwicklung das Kompensationsprinzip ale die brauchbarste elektrische Lösung durchgesetzt.

Sie besonderen Eigenschaften der Kompensationsmessung, bei der der angezeigte Istwert fortlaufend mit dem vom Geber gelieferten Sollwert verglichen und bei Ungleichheit solange nachgestellt wird, bis die Vergelichsdifferenz Null erreicht ist, nämlich die geringe Abhängigkeit von SpannungsSchwankungen und die erzielbaren großen Verstellkräfte lassen sich insbesondere in Betriebsgeräten, die rauhen Bedingungen ausgesetzt sind, wie z.B. in Fahrtschreibern vorteilhaft ausnützen. Der Fahrtschreiber, der bekanntlich zum Messen und Aufzeichnen der Betriebsbedingungen in Fahrzeugen eingesetzt wird, ist außer dem Einfluß der Fahrzeugbatterie, deren Spannung in einem relativ großen Bereich schwanken kann, den betriebsbedingten Erschütterungen und Stößen, die andererseits in einfacher und sicherer Weise als Kennzeichen für die Benutzung des Fahrzeuges herangezogen werden, während des Fahrens ausgesetzt. Dabeiist es aber, da die Aufzeichnungen auf der Diagrammscheibe des Fahrtschreibers heute mehr und mehr als Beweismittel für die Rechtsfindüng bei Verkehrsunfällen herangezogen wird, erforderlich, den Einfluß dieser Erschütterungen auf die Anzeige- und Registriermittel, wobei letzttre im allgemeinen auf einem mit einer gewissen Trägheit behafteten Schlitten angeordnet sind und demnach zum

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Mitschwingen neigen, beispielsweise durch ein relativ großes Einstelldrehmoment zu unterdrücken. Diese JErderung läßt sich jedoch in einfacher Weise nur durch Anwendung einer Kompensationsmessung erfüllen.

Die Anforderungen, die an ein in einem Fahrzeug eingesetzten Meßgerät gestellt werden, sind jedoch nicht nur allein Unempfindlichkeit gegenüber SpannungBSchwankungen und Erschütterungen, sondern auch weitgehende Wartungsfreiheit und große Lebensdauer. Ferner ist bei derartigen Geräten, die in relativ großen Stückzahlen hergestellt werden, die Kostenfrage schon bei den einzelnen Bauelementen von entscheidender und mit der Stückzahl wachsender Bedeutung.

Bei einer bekannten Anordnung zur elektronischen Drehzahlmessung bzw.- Registrierung nach dem Kompensationsverfahren (K 38 557 IXb/42o) findet mit Rücksicht auf die geforderte Wartungsfreiheit und in Ermangelung eines wartungsfreien Gleichstrommotors hohe Lebensdauer, wie er heute in Form der ',kollektorlosen Gleichstrommotors zur Verfügung steht, ein Wechselstrommotor als Stellmotor Anwendung, der einerseits die Anzeige und die Verstellung der Registriermittel bewirkt, andererseits in der als Widerstandsmeßbrücke ausgebildeten Vergleichsstelle« die die Meßwertabweichung für den Stellmotor liefert, durch Verstellen eines Potentiometers den mechanisch rUckgeführten Istwert des Stellmotors in eine

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elektrische Größe umformt. Abgesehen von dem durch die Verwendung des Wechselstrommotors zusätzlich notwendig werdenden V/echselrichten der im Fahrzeug bereits vorhandenen Gleichspannung entspricht die Verwendung eines Potentiometers nicht den Lebensdaueranforderungen, die heute an die Bauelemente in Fahrzeuggeräten gestellt werden. Die Abnützung eines derartigen Meßpotentiometers, das außerdem ein relativ teures Bauelement darstellt, erfolgt bei den im Kraftfahrzeugbetrieb vorherrschenden Bedingungen beispielsweise bei Fahrten, bei denen über längere Zeitabschnitte bestimmte Geschwindigkeitswerte eingehalten werden, im wesentlichen punktförmig, d.h. der Schleifer des Potentiometers wird lediglich in einem geringen Bereich hin- und herbewegt, so daß der Verschleiß an dieser Stelle den frühzeitigen Ausfall des Potentiometers zur Folge hat.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, einen in Fahrzeugen verwendbaren Kompensator zum Messen und Registrieren von Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten zu schaffen, in dem verschleißunterworfene Bauelemente weitgehend vermieden sind.

Als Lösung dieser Aufgabe wird durch die Erfindung vorgeschlagen, daß zur Differenzbildung in der Vergleichsstelle sowohl der Sollwert als auch- der rückgeführte Istwert in magnetische Feldgrößen umgeformt werden, die auf mindestens

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einen magnetfeidabhängigen Widerstand (Feldplatte) einwirken.

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In weiterer Ausbildung wird durch die Erfindung vorgeschlagen, daß die Vergleichsstelle des Kompensator·einen magnetischen Kreis darstellt, auf dessen konstanten Fluß eine sollwertbedingte Flußzu- oder Abnahme durch die rückgeführte istwertabhänge Erhöhung oder Verringerung des magnetischen Widerstandes in Form einer luftspaltänderung abgeglichen wird.

Der durch die erfindungsgemäße Anwendung von magnetfeldabhängigen Feldplatten, die ihrerseits eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer aufweisen, erzielbare technische Fortschritt ist darin zu sehen, daß die umformung sowohl des in Form einer Gleichspannung gelieferten Sollwertes als auch des als mechanische Größe rückgeführten Istwertes in entsprechende Widerstandwerte in sehr einfacher Weise und vor allem berührungslos erfolgt. Ferner läßt sich die Meßwertabweichung in einfacher Weise bereits dadurch bilden, daß der Vergleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert in einem magnetischen Kreis erfolgt, in dem eine vom Differenzfluß durchsetzte Feldplatte angeordnet ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen sei die Erfindung im folgenden näher erläutert:

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Meßanordnung,

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Fig. 2 ein Anwendungebeispiel für die Ietwertumformung in Zusammenhang mit der Regie triereinrichtung,

Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel für die Vergleichsstelle, den Verstärker und die Motorsteuerung,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild mit einem magnetischen Ver-

gleic gleichskreis,

Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel des magnetischen Vergleichskreises mit einer besonderen Ausbildung des Rückschlußkörpers

Fig. 6 eine zusätzliche Darstellung des magnetischen Rückschlußkörpers gemäß Flg. 5.

Wie das Prinzipschaltbild Fig. 1 zeigt, ist dem beispielsweise vom Getriebeausgang des Fahrzeuges angetriebenen Sollwertgeber 1, für den im einfachsten Falle ein Tachodynamo Anwendung findet, ein Sollwertumformer 2, eine Vergleichsstelle 3, ein Differenzverstärker 4- und ein Gleichstrommotor

5 nachgeschaltet. Letzter betätigt einerseits über das Ritzel

6 den Schlitten 7 mit der Schreibeinrichtung θ und den Zeiger 9, der über der Skala 10 spielt und wirkt andererseits über den Istwertumformer 11 auf die Vergleichsstelle 3 zurück.

Der Sollwertumformer 2 ist wie Fig. 2 zeigt, an geeigneter Stelle auf einer in dem nicht dargestellten Gehäuse des Fahrtschreibers angeordneten und die Registriereinrichtung tragenden Hontageplatte 12 befestigt. Er wird aus einem magnetischen Kreis, bestehend aus dem Joch 13, einer vormagnetielerenden Spule 14, der den Sollwert übertragenden Spule

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15, dem Spulenkern 16 und der zwischen dem Kern 16 und dem Joch 13 eingelegten Feldplatte 17 gebildet. Um eine Magnetflußkonzentration an der Feldplatte 17 au erhalten, ist der Spulenkern 16 derart ausgebildet, daß er sich in Richtung der Feldplatte 17 verjüngt. Der die Schreibeinrichtung 18 tragende Schlitten 19 ist auf den beiden ortsfest an der Montageplatte 12 befestigten Achsen 20 und 21 verschiebbar gelagert und wird durch den ebenfalls auf der Montageplatte 12 oder an einer anderen geeigneten Stelle im Fahrtschreibergehäuse befestigten Stellmotor 22 für den in vorteilhafter Weise ein kollektorloser Gleichstrommotor gewählt wird, über die Schnecke 23, das Zahnrad 24 die Zwischenwelle 25 und das in die am Schlitten 19 ausgebildete Zahnstange 26 eingreifende Zahnrad 27 angetrieben. Die Istwertumformung erfolgt in einem weiteren und zwar dauermagnetischen Kreis, wobei dem Dauermagneten 28 zwei Jochteile 29 und 30 zugeordnet sind, die mit der magnetisch nicht leitenden Montageplatte 12 verschraubt sind und durch die ebenfalls magnetisch nicht leitende Brücke 31 gegen den Dauermagneten 28 verspannt werden. Die beiden einander zugewandten Jochteile bilden einen Luftspalt, in dem zwei auf dem Registrierschlitten 19 angeordnete gegeneinander verstellbare magnetisch leitende Platten 32 und 33 senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes als Rückschlußkörper durch die Schlittenbewegung hin- und herbewegt werden. Das eine Jochteil 30 ist dabei ebenfalls zur Flußkonzentration verjüngt ausgebildet und trägt an seinem Ende die den jeweiligen Istwert als elektrischen Widerstandswert nachbildende

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Feldplatte 34. Die unmittelbar den Jochteilen 29 und 30 gegenüberstehenden Schmalseiten der beiden den Rückschlußkörper bildenden Platten 32 und 33 sind um ein proportionales Verhalten zwischen einer Geschwindigkeitsänderung und . der entsprechenden Schlittenbewegung zu erhalten, entsprechend der Widerstandscharakteristik der Feldplatte parabelförmig ausgebildet. Mit dieser Anordnung ist es jedoch möglich durch eine entsprechende Formgebung des Rückschlußkörpers die Anzeige in einem weiten Bereich für jede beliebige Systemkennlinie zu linearisieren, oder für besondere Zwecke einen gewissen Anzeigebereich zu dehnen, was beispielsweise bei den das G-egendrehmoment bei Wirbelstrommeßwerken liefernden Spiralfedern nur durch besondere Kunstgriffe möglich ist.

Die elektrischen Widerstände 35 und 36 der beiden Feldplatten 17 und 34 von denen die eine (17) von dem Sollwert vom veränderbaren und die andere 34 von dem vom Istwert veränderbaren Magnetfluß durchsetzt isi^ liegen wie Fig. 3 zeigt, in einem Zweig der Heßbrücke 37 in Reihe. Parallel dazu liegen in dem anderen Brückenzweig die Vergleichswiderstände 38 und 39* Die Speisespannung für die Meßbrücke 37 und den ihr nachgeschalteten Differenzverstärker 40 sowie den Stellmotor 41 bzw. dessen Erkennungeschaltung 42 für den Vor- bzw. Rücklauf des Motors wird über der Zenerdiode 43 einer zusammen mit dem Vorwiderstand 44 gebildeten Begrenzerschaltung, die ihrerseits von der Fahrzeugbatterie gespeist wird, entnommen. Eine durch Änderung See Widerstandes, beispielsweise 35» der den Sollwert umformenden

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Feldplatte, auftretende Spannung in der Brückendiagonalen der Meßbrücke 37 bewirkt als Meßwertabweichung, daß einer der NPN-Transistoren 45 bzw. 46 des Differentialverstärkers 40 leitend wird. Der veränderliche Widerstand 47 dient dabei der Festlegung des Arbeitspunktes der beiden Transistoren 45 und 46, die bei abgeglichener Meßbrücke bereits leitend sind, wodurch ein positives oder negatives Signal aus der Meßbrücke 37 an ihren Arbeitswiderständen 48 und 49 jeweils einen positiven und einen negativen Spannungssprung hervorruft. Diese SpannungsSprünge öffnen in der Erkennungsschaltung 42 entweder die Transistoren 50 und 51 und sperren gleichzeitig die Transistoren 52 und 53 oder umgekehrt, womit der Stellmotor 41 oder wenn es sich um ein kollektorlosen Gleichstrommotor handelt, dessen Steuerschaltung entweder für Vor- oder Rücklauf erregt wird.

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Das Prinzipschaltbild in Pig. 4 zeigt eine Lösung, bei der nur eine Feldplatte Anweüung findet. Der Gleichstromgenerator 54 liefert den Sollwert, der dem konstanten Magnetfluß in dem magnetischen Vergleichskreis 55 hervorgerufen durch die vormagnetisierende Spule 56, mittels der Spule 57 überlagert wird. Der elektrische Wideretand 58 der Feldplatte 59 liegt wiederum in einer Widerstandemeßbrücke 60, der ein Differenzverstärker 61 und der Stellmotor 62 nachgeeehaltet sind. Über die angedeutete

Kachlaufeinrichtung wird die Motorstellung durch Ändern des magnetischen Wideretandes mittels des Rückschlußkörpers 63 in den magnetischen Vergleiehakreis 55 aurückübertragen. Wie das Aus- ■ führungsbeispiel in Fig. 5 zeigt,· besteht der Rückschlußkörper

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63 aus zwei gegeneinander verdrehbaim und durch .die Buchse 64 voneinander parallel versetzten Kurvenscheiben 65 und 66, die verdrehfest auf der Welle 25 des Zwischengetriebes' angeordnet sind. Die Welle 25 und damit über das Zahnrad 27 der Registrierschlitten 19» der auf den ortsfest angebrachten Achsen 20 und 21 verschiebbar gelagert ist, werden wie bereits bei Fig. 2 beschrieben, durch den Stellmotor 62 über die Zahnräder 23 und 24 angetrieben. Die Kurvenscheibe 65 wirkt dabei mit dem einen Ende eines Jochteiles 67» die Kurvenscheibe 66 mit dem einen Ende eines Jochteiles 68 des magnetischen Yergleichskreises 55 zusammen. Über den am anderen Ende des Jochteiles 6ü befestigten Magnetkern 69, der zum Zwecke der Plußkonzentration zur Feldplatte 70 hin verjüngt ausgebildet ist, und einem am anderen Ende des Jochteiles 68 angebrachten temperaturabhängigen magnetischen Widerstand 71 ist der magnetische Vergleichskreis geschlossen. Der Magnetkern 69 trägt dabei sowohl die vormagnetisierende Spule 56 als auch die den Sollwert liefernde Spule 57. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausbildung, bei der zwei Feldplattenwiderstände in einem Brückenzweig der Meßbrücke angeordnet sind und sich dadurch etwa auftretende Temperaturfehler der Feldplatten, wenn diese ein-und derselben Temperatur ausgesetzt sind, d.h. also, räumlich nahe beieinander liegen, gegenseitig aufheben, muß bei der in Fig. 4 und 5 beschriebenen Anordnung dafür gesorgt sein, daß der Temperaturgang der Feldplatten durch einen temperaturabhängigen magnetischen Widerstand 71 kompensiert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur elektonischen DJweSczahlmessung und- registrierung, bei der die vom Drehzahlgeber direkt erzeugte oder nach erfolgter Fernübertragung aus einer geberseitig erzeugten Wechselspannung geformte meßwertproportionale Gleichspannung (Sollwert) einem Kompensator,im allgemeinen bestehend aus einer die Differenz zwischen Sollwert und angezeigtem Istwert bildenden Vergleichsstelle mit nachgeschaltetem Differenzverstärker, einem die Anzeige und Registriermittel einstellenden Stellmotor und einem dessen Stellung (Istwert) zur Vergleichest eile rückübertragenden Kachlaufwerk zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß «ur Differenzbildung in der Vergleichsstell· (3, 371 55) sowohl der Sollwert als auch der rückgeführte Istwert in magnetische Feldgrößen umgeformt werden, die auf mindestens einen magnetfeldabhängigen Widerstand (Feldplatte) 35, 36, 58 einwirken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstelle (3» 37) in bekannter Weise eine Meßbrücke darstellt, in deren einem Brückenzweig die elektr. Widerstände (35, 36) zweier Feldplatten (17, 34-) in Reihe geschaltet sind, wobei die eine Feldplatte von dem sollwertabhängigen Magnetfluß, die andere Feldplatte von dem istwertabhängigen Magnetfluß durchdrungen ist.

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3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung des Istwerte in den äquivalenten die Feldplatte (34) durchsetzenden magnetischen Fluß, durch einen vom Istwert geführten und den Widerstand eines magnetischen Kreises (28, 29, 30) Btellungabhänglg beeinflussenden Rückeohlußkörper (32, 33) erfolgt.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Rückechlußkörper aus zwei gegeneinander verstellbaren Im wesentlichen eine multlpllkatlve Systemjustage bewirkenden magnetisch leitenden Platten (32, 33) besteht, die auf dem durch den Stellmotor (22) angetriebenen und die Schreibeinrichtung (18) tragenden Reglstrlerschlltten (19) angeordnet, senkrecht zu dem sie In der Plattenebene durchsetzenden magnetischen Dauerfluß bewegt werden.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4»dadurch gekennzeichnet, daß die den Polen des magnetischen Kreises (28, 29, 30) zugewandten Schmalseiten der den Rucksohlußkörper bildenden Platten (32, 33) entsprechend der Widerstandeoharakteristik der Feldplatte (34) parabelförmig ausgebildet sind·

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der den Rückechlußkörper bildenden Platten (32, 33) mindestens der Länge des radialen Regietrierbereiohes eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträger· entspricht·

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7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückeohlußkörper aus 2 entsprechend der Widerstandscharakteristik der Feldplatte (70) ausgebildeten Kurvenscheiben (65* 66) besteht, die gegeneinander verstellbar auf der Zwischenwelle (25) einer zwischen dem Stellmotor (22, 62) und den Registrierschlitten (19) eingeschalteten getrieblichen Verbindung (23, 24t 251 26, 27) angeordnet sind,

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß die den Istwert liefernde feldplatte auf dem Registrierschlitten angeordnet ist, und sich während der Stellbewegung des Registrierschlittens, in dem sich über den Registrierbereich erstreckenden und parabelförmig verjüngenden Luftspalt eines ortsfest angeordneten Bauermagneten bewegt.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstelle einen magnetischen Kreis (55) darstellt, auf dessen konstanten Fluß eine sollwertbedingte Flußzu- oder Abnahme durch die rückgeführte istwertabhängige Erhöhung oder Verringerung des magnetischen Widerstandes in Form einer Luftspaltänderung abgeglichen wird.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 9t dadurch gekennzeichnet, daß die Heßwertabweichung in elektrischer Form eine vom Fluß

magnetischen
des/Vergleiohskreises (55) durchsetzte Feldplatte (70) liefert.

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