DE1807207A1 - Winkelschrittgeber zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhaengigkeit von der Winkelstellung einer Achse - Google Patents

Description

Patentanmeldung der Firma

Hasler AG_f Bern /Schweiz, Belpstr. 23

Winkelschrittgeber zur Ergeup^in? von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von dor '»'inkelstgllung einer Achse

Die Erfindung betrifft einen Wiakelschrittgebar zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Achse« Derartige Vorrichtungen sind weit verbreitet, insbesondere sur Fernmessung von Umdrehungsgeschwindigkeiten. Die am häufigsten verwendeten induktiven Messgeber sind dann unbrauchbar, wenn auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten gemessen worden soll, da die Ausgangsspannimg proportional der Geschwindigkeit ist. Es sind mannigfache Prinzipien angewendet worden um eine gleichbleibende Signalamplitude auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten asu erhalten, z.B. optische Anordnungen, die jedoch wegen der Zerbrechlichkeit des Glühfadens nicht benutzbar sind, wenn die Anordnung häufigen und hart-m Stb'S3cn ausgesetzt ist, etwa im Eisenbahnbetrieb. Ferner sind Anordnungen bekannt geworden, die ferromagnetische Zahnräder verwenden, deren Zähne den Fluss in magnetischen Kreisen verändern, was entweder durch Schwingkraisverstimmung oder mittels Fluxgate oder Hallsonde gemessen wird. Alle diese Verfahren geben am Mesekopf nur eine kleine Spannung ab, sodass eine hohe Verstärkung nötig ist, was diese Verfahren störanfällig macht«

Aus der Fornmesstechnik bekannt sind Messgeber mit einem über zwei Spulen rlickgekopnelten Hochfrequenzgenerator und einem auf dor Achse befestigten gezahnten Teil aus elektrisch leitendem Material, dessen Zähne bei einer Drehung dor Achse zwischen den genannten 3pulen hindurchlaufen und da-

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bei die Schwingungen des Hochfrequenzgenerators zum Aussetzen bringen«. Der Vorteil dieses Systems ist, dass am Messkopf grosse und eindeutige Signale entstehen, jedoch hatten die bisher bekannten Anordnungen Eigenschaften, die für viele Anwendungen nachteilig sind; grosse Zahn teilung „■ die ein kleines Verhältnis von Impulsfrequenz zu Winkelgeschwindigkeit aur Folge hat und eine feinstufige Veränderung dieses Verhältnisses verhindert. Der gezahnte Teil'war als Scheibe ausgebildet und fest mit der Achse vereinigt,, gfe sodass ein Auswechseln gegen einen Teil mit einer anderen Zahnteilung nicht

leicht möglich war« Diese beiden Eigenschaften sind jedoch bei Tachometergebern erwünscht, wenn die Impulsfrequenz nur eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein soll, die Winkelgeschwindigkeit des Fsihrzeugrades und

auch
damit auch des gezahnten Teiles jedoch eine Funktion des Raddurchmessers ist» Durch Aendern der Zähnezahl lässt sich in diesem Fall die Anpassung an den Raddurchmesser leicht durchführen« Um eine genügend genaue Anpassung durchfuhren zu können, muss die Zähnezahl genügend gross sein, bei einem Absolutwert des Anpassungsfehlers von 1 fi muss die beim kleinsten Raddurchmesser verwendete kleinste Zshneaahl mindestens SO betragen.

Weiter wird für einen Winkelschrittgeber gefordert? hohe Zuverlässigkeit in einem weiten Temperaturbereich, Unempfindlichkeit gegen heftige Stösse, einfache Einstellung der Lage der Spulen bei der Fabrikation.

Die Erfüllung der Forderungen nach kleiner Zahnteiluag und einfacher und sicherer Spuleneinstellung ist insbesondere abhängig von der geometrischen Auslegung der Spulen und voa ihrer Justierung. Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen auf zwei Drehkörper aus Isoliermaterial mit zylindrischen Ansätsext gewickelt sind® die ia koaxialen Bohrungen in je einem Schenkel eiaes U-förmig« Hallers ruhen,

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zwischen denen der genannte gezahnte Teil beweglich ist* Die Forderung nach hoher Zuverlässigkeit der Anordnung wird dadurch erfüllt, dass der genannte U-förrnige Block auf einer Druckschaltungsplatte montiert ist» welche die als Transistorschaltung ausgebildete Schaltung des Hochfrequenzgenerators trägt und dass Spulen und Schaltung zu einem Block vergossen sind, der einen Schlitz enthält, in welchem der gezahnte Teil beweglich ist.

Im folgenden wird eine Ausführung des Winkelschrittgebers anhand der Figu- am

ren beispielsweise erläutert«

Es zeigen: Fig* 1 die mechanische Anordnung des Winkelschrittgebers, lh einer Ausführung als Tachometergeber für Eisenbahnen

Fig. 2 die Spulenhalterung und den mechanischen Aufbau der elektrischen Schaltung

Fig. 3 ein Blockschaltbild dieser Schaltung

In Fig. 1 ist 1 ein Gehäuse* das durch den dichtschliessenden Deckel 2 verschlossen wird. Durch die Gehäusewand führt die Achse 3, der durch einen

nicht gezeichneten Mitnehmer beispielsweise die Geschwindigkeit eines Eisen- ■ ™

bahnrades gegeben wird. 4 und 5 zeigen schematisch Dichtung bzw. Achslagerung. Auf der Achse 3 ist mittels Schraubenmutter 6 leicht auswechselbar eine Aluminiumglocke 7 befestigt, die an ihrem zylindrischen Teil 8 abwechselnd Zähne und Lücken enthält, wobei Zähne und Lücken etwa gleich breit sind. Die Dicke der Zähne ist im wesentlichen durch die Fliehkraftbeanspruchung gegeben. Die Zähne greifen in den Schlitz eines - oder zweier oder dreier - Kästchen 9 ein, die die elektronische Schaltung enthalten. 10 1st schliesslich eine an dom Gehäuse befestigte Steckvorrichtung für die Zuführung der Betriebsspannung und für die Abführung der erzeugten Impulse.

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Auf dies® Weise ist die XrMher erwähnte Forderung nach leichter Auswechsel·- barkeit des gezahnten Rades erfüllt. Ausserdetn Ml die Glockenform des gesaJaate» Teils den Vorteil» dass Verschiebungen der Achs© la Achsrichtung ohne Einfluss sind, " sofern die Länge der Zähne genügend ist»

Der Mitnehmer» d&r der Achse 3 die Winkelgeschwindigkeit mitteilt, kann sowohl mechanischer« als auch magnetischer Natur sein« Im letzteren Falle kann der magnetische Mitnehmer in bekannter Weise durch eine Trennwand des Gehäuses hindurch wirken, die Dichtung 4 kann entfallen und Achse und Lagerung können leichter ausgebildet werden.

In Fig. 2 ist der mechanische Aufbau der Spulenhalterung und der elektronischen Schaltung dargestellt. 11 ist eine Grundplatte» die auf ihrer Unterseite 12 eine gedruckte Schaltung, auf ihrer Oberseite den U-förmigen Spulenträger 13 und weitere Druckschaltungsplatten 14 und 1? trägt* Der Spulenträger besteht aus einem kreuzweise geschlitzten Block · Der eine Schlitz 1st so bemessen, dass der zylindrische Teil β der Glocke 7 sich darin frei drehen kann. Zu diesem Zweck ist die innere Saite 16 dieses Schlitzes der inneren Glockenform angepasst* Parallel zu dem anderen Schlitz 17 enthält jeder Schenkel eine Bohrung 18 zur Aufnahme der Spulen 19. Die Spielen sind auf einen Körper aus Isoliermaterial gewickelt, der einen zylindrischen Teil 20 hat, welcher genau passend in eine entsprechende Bohrung des U-förmigen .Blockes passt. Alle Bohrungen sind koaxial. Bs hat sich gezeigt, dass zur Einstellung dor RUckkopplungsbedingungen eine Einstellbarkeit des Spulenabstandes vorhanden sein soll, dass in der günstigsten Stellung jedoch die Spulen immer koa-

xial liegen· Die gezeigte Anordnung ermöglicht gerade diese Verschiebungsmbglichkeit in axialer Richtung und nur in dieser* Der Körper aus Isoliermaterial hat einen zylindrischen Fortsatz 21, der als Griff für die Einstellung.

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dieixt. Nachdem die- xuchtige Stellung- dor Spulen, gefunden ist, werdaa diese durch Klebstoff ixt ihrer Lage tixinri und iiaadgriff 21 kann abgeschnitten werden. Der Schlitz, in v/dci-em c.Jc 3.>hrun<jsachse lisgt, dient auch sur

22 Ausführung dor Spulenonschliicsu, eis aa 4 Lötosen befestigt werden*

Die Elemente der elekiroaisciian Scnrliurig sind auf den Bruckschaltungsplatten 14 und 15 csfestigt. liisso czthai-en Icandkarbon, in welche dis Zulei'tuügen der Kapazitäten uad V/idurüt'icclc aiagelegt werden, Dio Oborfläcuca dieser Platten öuthaltsa pruc ■;--".uliu-i^ea zur Verfaindua^ diosor Eic— rnenta. Nach Sinsiculu/ifr dass -pui --ar.c; iaaacs und Prüfung der Schaltuiig wird dies© mit Isoliermasse vzTrvus.-z, sodass sie einen kompakten Block bildet, in dem nur αβτ Schlita aura Durcligoag der Zähne dor Qlocka ausgespart ist.

Fig. 3 zoigt ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung. 7 ist die um die Achse 3 drehbare gesahnt© Glocke. Beidseitig des gezahnten Randes befinden sich die Spulen 19 ₁ die im. Rückkopplungsweye zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers 23 lii&ircr.. Βίο άτλ Ausgang des Verstärkers liegenda Spule zusammen mit dem Kondon::r,t'-.r 24 bestimmt die Frequenz der .ichvringung, die entsteht, wann sicii awischon. dcrs beiden spulen eine Zahnlücke bsfindot, da dann eino Rückführung der Er.ergie Tora Ausgang auf den Eingang des Verstärkers stattfindet. Befindet »ich jodoch ein Zahn zwischen den beiden Spulen, so vrerdon durch die entstehend an Wirbelstrom© die beiden Spulen entkoppelt, sodass die ruekjjitfUhrts iiaor^io nicht mehr zur Aufrechterhaltung der Schwingungen .ausreicht u»*d dioas '„,.colzzQn, Zur Erzielung eines 3chii&l- l&n Anschwingans do« Of;;;i"il. tur.j J .. _; :■·-■» dasu riia Güte (5^3 i*chv/i:_v-

verhältiii:ii.'t...:-;ij; ΓάνΊ·,; ί,.",, ■ ',! lci.i. ΐ.Ο , wo.?, -'ur-ch c'.mo ^ocirjacte j- 25* 2'" _t 2/ pie ;* J. ,^n J.'hwingkrci« erreicht wird»

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Um die Temperaturabhängigiceit ds 3 SeiiV.-I .^ungseinsatzpunktes au kompensieren, enthält diese Widerstandsschaliux:ζ &^OTi tssiperaturabhängigen Widerstand. 27, wodurch mit annehmender Ternpsratur dar wirksame Lastwiderstand niedriger wird«

Die am Ausgang des Verstärkers auftröteadan Hochfrequenairapuisa wer dan in bekannter Weise durch eiü&a Gleichrichter 23 gleichgerichtet uud mittels einer Schv/ellwc-riscliaKtiGg 29 iii saubere Rechteckitapulse umgawandolt, weiche Über die Zuleitung sum Me-sswertciüp'iiager geleitet werden.

Wird eine Drehrichtungsanseigs xind/oder ein© Erhöhung der L'apulsfrequeas gewünscht, so können im Gehäuse 1 zv/ei elektronische Sehaltungen 9 untergebracht werden, wie in Fig. 1 gezeichnet, dsrart, d&sa die Spulen der beiden Hochfrequenzgeneratoren tiai ein ungerades Vielfaches einer Viortolzahntei- luag gegeneinander versetzt sind« Die Ausgänge der elektronischen Schaltungen werden einer logischen Schaltung bekannter Art zugeführt, die eine Anzeige dor Drehrichtung der Achse bewirkt·

Ansprüche:

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Claims (6)

\ \ I ■ '" "' " ' .'" " '"ιη"ι!Ι": ■* ■■■ '■'Ι"!!'·1111111 -Si-.^ - ■■-:::·Μΐ;|ΐΐ!ΐιΐ|ΐ:κ;ιιΐ|||ΐπ ιριη ..-! -μ- ■ ?? ι;», » , Ί.,,Ί,,, ■■ . , . η .η .... Patentansprüche

1. Winkelschrittgeber zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Achse mit einem über zwei Spulen rückgekoppelten Hochfrequenzgenerator und einem auf der Achse befestigten. gezahnten Teil aus elektrisch leitendem Material, dessen Zähne bei einer Drehung der Achse zwischen den genannten Spulen hindurchlaufen und dabei die Schwingungen des Hochfrequenzgenerators zum Aussetzen bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen auf zwei Dreh- M

körper aus Isoliermaterial mit zylindrischen Ansätzen gewickelt sind, die in koaxialen Bohrungen in je einem Schenkel eines U-förmigen Halters ruhen, zwischen denen der genannte gezahnte Teil beweglich ist.

2. Winkelschrittgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte U-förmige Block auf einer Druckschaltungsplatte montiert ist, welche die Schaltung des Hochfrequenzgenerators enthält, welche als Transistorschaltung ausgebildet i'st und daß Spulen und Schaltung zu einem Block vergossen sind, der einen Schlitz enthält, in welchem der genannte gezähnte Teil beweglich ist.

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3. Winkelschri-ttgeber nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte gezahnte Teil als Glocke ausgebildet ist, derart, daß die Zähne mit den dazwiscnen liegenden Lücken ein zylinderförmiges Rohr dünner Ware- arke bilden und daß diese Glocke auf der Achse leicht auswechselbar befestigt ist.

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4. Winkelschrittgeber nach einem der Ansprüche 1 bis j>, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen temperaturabhängigen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten enthält, welcher an den Ausgang des Generatorkreises geschaltet ist, eine temperaturabhängige Belastung darstellt und eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Schwingungseinsatzpunktes bewirkt.

5· Winkelschrittgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Hochfrequenzgeneratoren enthält, zwischen deren Spulen ein gezahter Teil beweglich 1st, und daß die Spulen der beiden Hochfrequenzgeneratoren um ein ungerades Vielfach eines Vlertelzanr,-teilung gegeneinander versetzt sind und daß die Ausgänge der beiden Hochfrequenzgeneratoren an eine Schaltung angeschlossen sind, die eine Anzeige der Drehrichtung der Achse abgibt.

6. Winkelschrittgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß Hochfrequenzgeneratoren und gezahnter Teil in einem allseitig geschlossenen Gehäuse sind, das keine beweglichen Durchführungen enthält, unc daß der gezahnte Teil mittels einer magnetischen Kupplung bewegt wird, welche durch die Wand hindurch wirkt*

PAe Dr.AndreJewski, Dr.Honke

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