DE1807207C3 - Induktiver Winkelschrittgeber zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer WeUe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Winkelschrittgeber, insbesondere einen Tachometer-Geber für Fahrzeuge, zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Welle, mit einem über zwei koaxiale, je in einem Schenkel eines U-förmigen Spulenträgers angeordnete Spulen rückgekoppelten Hochfrequenzgenerator und einem auf einer Welle befestigten gezahnten Teil aus elektrisch leitendem Material, dessen Zähne bei einer Drehung der Welle zwischen den Spulen hindurchlaufen und dabei die Schwingungen des Hochfrequenzgenerators zum Aussetzen bringen.

Induktive Winkelschritigeber mit koaxialen, auf den Schenkeln eines U-förmigcn Spulenträgers angeordneten Spulen, über die ein Hochfrequenzgenerator rückgekoppelt ist, sind bekannt. In automatik, November 1975, Seite 451 ff. sind induktive Grenzwertmelder beschrieben, bei denen zur Grenzwertmeldimg eine Metallfahne in den Luftspalt zwischen den genannten Spulen eingefügt wird, die die Schwingung des Oszillators zum Erliegen bringt. Hierdurch wird ein Grcnzwertsignal ausgelöst. In den l-'irmcMschriften H & H, Datenblatt AS/ΤΙ und H & B, Gebrauchsanweisung AD/G18-1 werden vorteilhafte Schaltungen und kommerziell erhältliche induktive Signalgeber beschrieben. Weiter wird die Verwendung einer durch einen Motor betriebenen Zahnscheibe gezeigt, die den induktiven Geber periodisch zum Ansprechen bringt. Der Abtastkopf bildet zusammen mit seiner Halterung eine vergossene Einheit.

Es ist bekannt, statt einer Zahnscheibe zur beriihrungslosen Kontaktgabe ein glockenförmiges Gebilde zu verwenden. Dies zeigt beispielsweise die Deutsche Auslegeschrift 1 207646. Das deutsche Gebrauchsmuster 1864914 zeigt weiter speziell ausgebildete Metallfahnen, die an Zeigern angebracht sind.

Das deutsche Gebrauchsmuster 1 832594 zeigt ein Kontaktmanometer, bei dem die Kontaktgabe induktiv über zwei U-förmig gebogene induktive Geber und kreisförmig bewegbare, metallische Scheibensegmente erfolgt. In ATM Archiv für Technisches Messen, Sept. 1963, Lieferung 332, Seite R 115, ist schließlich gezeigt, wie die Ermittlung der Bewegungsrichtung durch zwei in ihrer Lage um '/,-Teilung gegeneinander versetzte Abtaster erfolgen kann.

Wird ein induktiver Geber als Tachometer-Geber für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, verwendet, so ist es vorteilhaft, eine Zahnscheibe direkt über eine Achse des Fahrzeuges anzutreiben. Diese Zahnscheibe unterbricht die Hochfrequenzschwingung des zugehörigen Frequenzgenerators, in dem die Zähne die induktive Kopplung zwischen den zwei U-förmig angeordneten Spulen unterbricht. Die Unterbrechung der Schwingung wird in Rechteckimpulse umgeformt und einem Meßwertempfänger zugeführt. Dieser ermittelt die Zahl der Zähne pro Zeiteinheit. Dieser Wert ist proportional der Umdrehungszahl des Antriebsrades und damit proportional der Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Ändert sich der Durchmesser des Rades, beispielsweise durch Abrieb, so ergibt sich hierdurch ein systematischer Fehler bezüglich der ermittelten und angezeigten Geschwindigkeit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit einem induktiven Geber anzugeben, bei der dieser genannte systematische Fehler durch Verwendung geeigneter, fein geteilter Signalgeber auf weniger als 1 ^r't reduziert ist. Die Signalgeber müssen zu diesem Zwecke leicht auswechselbar sein. Weiter wird gefordert: hohe Zuverlässigkeit in einem weiten Temperaturbereich, Unempfindlichkeit gegen heftige Stöße, einfache Einstellung der Lage der Spulen bei der Fabrikation.

Die Lösung dieser Aufgabe unter Beachtung der genannten Forderungen ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die beiden Spulen sind auf Drehkörper gewikkelt, die an ihren dem Zwischenraum zwischen den Spulen abgewandten Seiten zylindrische Absätze aufweisen, die zum Einstellen des Spulenabstandes in zwei miteinander fluchtenden Bohrungen der Schenkel des U-förmigcn Spulenträgers koaxial verstellbar gelagert sind;

b) der eine der beiden Drehkörper ist mit einem an einem der Schenkel außen vorstehenden, als Einstellgriff dienenden Fortsatz versehen;

c) die Drehkörper sind im justierten Abstand am Spulenträger l'ixierbar. Weiter ist die Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß der genannte gezahnte Teil der Glocke ausgebildet ist.

Hierdurch gelingt es, eine der erforderlichen leinen Zahnteilung entsprechende Feineinstellung der Spulen auf einfache Weise zu realisieren. Die geforderte

hohe Zuverlässigkeit wird dadurch erreicht, daü die Spulen leicht fixierbar sind und zusammen mit den Bauelementen des Hochfrequenzgenerators zu einem kompakten Block vergossen sind, der einen Schlitz enthält, in welchem der glockenförmige, gezahnte Teil beweglich ist. Zum Auswechseln dieses Teiles ist aufgrund der Glockenform außer de · Demontage des Teiles selbst keine Demontage sonstiger Bauelemente erforderlich.

Im folgenden wird eine Ausführung des Winkelschrittgebers anhand der Figuren beispielsweise erläuten. Es zeigt

Fig. 1 die mechanische Anordnung des Winkelschrittgebers, in 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 Je Geschwindigkeit eines Eisenbahnrades 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 Schitz eines - oder zweier oder dreier- Kästchen 9 ein, die die elektronische Schaltung enthalten. 10 ist schließlich eine an dem Gehäuse befestigte Steckvorrichtung für die Zuführung der Betriebsspannung und für die Abführung der erzeugten Impulse. Auf diese Weise ist die früher erwähnte Forderung nach leichter Auswechselbarkeit des gezahnten Rades erfüllt. Außerdem hat die Glokkenform des gezahnten Teils den Vorteil, daß Verschiebungen Jer Achse in Achsiichtung ohne Einfluß sind, sofern die Länge der Zähne genügend ist.

Der Mitnehmer, der 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 elektionischen Schaltung dargestellt. 11 ist eine Grundplatte, die auf ihrer Unterseite 12 eine gedruckte Schaltung, auf ihrer Oberseite den U-förmigen Spulenträger 13 und weitere Drucksehaltungsplatten 14 und 15 trägt. Der Spulenträger besteht aus einem kreuzweise geschlitzten Block. Der eine Schlitz ist so bemessen, daß der zylindrische Teil 8 der Glocke 7 sich darin frei drehen kann. Zu diesem Zweck ist die innere Seite 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 Spulen sind auf einen Körper aus Isoliermaterial gewickelt, der einen zylindrischen Teil 20 hat, welcher genau passend in eine entsprechende Bohrung des U-förmigen Blokkes paßt. Alle Bohrungen sind koaxial. Es hat sich gezeigt, daß zur Einstellung der Rückkopplungsbe-

dingungen eine Eintellbarkeit des Spulcnubstundes vorhanden sein soll, daß in der günstigsten Stelluni· jedoch die Spulen immer koaxial liegen. Die gezeigte Anordnung ermöglicht gerade diese Verschiebungsmöglichkeit in axialer Richtung und nur in dieser. Der Körper aus Isoliermaterial hat einen zylindrischen Fortsatz 21, der als Griff für die Einstellung dient. Nachdem die richtige Stellung der Spulen gefunden ist, werden diese durch Klebstoff in ihrer Lage fixiert, und Handgriff 21 kann abgeschnitten werden. Der Schlitz, in welchem die Bohrungsachse liegt, dient auch zur Ausführung der Spulenanschlüsse, die an 4 Lötösen 22 befestigt werden.

Die Elemente der elektronischen Schaltung sind auf den Druckschaltungsplatten 14 und 15 befestigt. Diese enthalten Randkerben, in welche die Zuleitungen der Kapazitäten und Widerstände eingelegt werden. Die Oberflächen dieser Platten enthalten Druckschaltungen zur Verbindung dieser Elemente. Nach Einstellung des Spulenabstandes '.ud Prüfung der Schaltung wird diese mit Isoläermasic vergossen, so daß sie einen kompakten Block bildet, in dem nur derSchlitzzum Durchgang der Zähne der Glocke ausgespart ist.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung. 7ist die um die Achse 3 drehbare gezahnte Glocke. Beidseitig des gezahnten Randes befinden sich die Spulen 19, die im Rückkopplungswege zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers 23 liegen. Die am Ausgang des Verstärkers liegende Spule zusammen mit dem Kondensator 24 bestimmt die Frequenz der Schwingung, die entsteht, wenn sich zwischen den beiden Spulen eine Zahnlücke befindet, da dann eine Rückführung der Energie vom Ausgang auf den Eingang des Verstärkers stattfindet. Befindet sich jedoch ein Zahn zwischen den beiden Spulen, so werden durch die entstehenden Wirbelströme die beiden Spulen entkoppelt, so daß die rückgef 'ihrte P.nergie nicht mehr zur Aufrechterhaltung der Schwingungen ausreicht und diese abreißen. Zur Erzielung eines schnellen Anschwingens des Oszillators ist es wichtig, daß die Güte des Schwingkreises verhältnismäßig niedrig ist, vielleicht 20, was durch eine geeignete Widerstandsschaltung 25, 26, 27 parallel zum Schwingkreis erreicht wird. Um die Temperaturabhängigkeit des Schwingungseinsatzpunktes zu kompensieren, enthält diese Widerstandsschaltung den temperaturabhängigen Widerstand 27, wodurch mit zunehmender Temperatur der wirksame Lastwiderstand niedriger wird.

Die am Ausgang des Verstärkers auftretenden Hochfrequenzimpulse werden in bekannter Weise durch einen Gleichrichter 28 gleichgerichtet und mitteis einer Schwellwertschaltung 29 in saubere Rechteckimpulse umgewandelt, welche über db Zuleitung zum Meßwertempfänger geleitet werden.

Wird eine Drehrichtungsanzeige und/oder eine Erhöhung der Impulsfrequenz gewünscht, so können im Gehäuse 1 zwei elektronische Schaltungen 9 untergebracht werden, wie in Fig. 1 gezeichnet, derart, daß die Spulen der beiden Hochfrequenzgeneratoren um ein ungerades Vielfaches einer Viertelzar ntcilung gegeneinander versetzt sind. Die Ausgänge der elektronischen Schaltungen werden einer logischen Schaltung bekannter Art zugeührt, die eine Anzeige der Drt-hrichtung der Achse bewirkt.

Hierzu I Blatt Zeichniincen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Induktiver Winkelsehrittgeber, insbesondere Tachometer-Geber für Fahrzeuge, zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer Welle, mit einem über zwei koaxiale, je in einem Schenkel eines U-förmigen Spulenträgers angeordnete Spulen rückgekoppelten Hochfrequenzgenerator und einem auf einer Welle befestigten gezahnten Teil aus elektrisch leitendem Material, dessen Zähne bei einer Drehung der Welle zwischen den Spulen hindurchlaufen und dabei die Schwingungen des Hochfrequenzgenerators zum Aussetzen bringen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die beiden Spulen (19) sind auf Drehkörper gewickelt, die an ihren dem Zwischenraum zwischen den Spulen abgewandten Seiten zylindrische Absätze (20) aufweisen, die zum Einstellen des Spulenabstandes in zwei miteinander fluchtenden Bohrungen (18) der Schenkel des U-förmigen Spulenträgers (13) koaxial verstellbar gelagert sind;

b) der eine der beiden Drehkörper ist mit einem an einem der Schenkel außen vorstehenden, als Einstellgriff dienenden Fortsatz (21) versehen;

c) die Drehkörper sind im justierten Abstand am Spulenträger (13) fixierbar.

2. Winkelschrittgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß de. genannte gezahnte Teil als Glocke ausgebildet ist. derart, daß die Zähne zwischen achsparallclc, Schlitzen eines Hohlzylinders geringer Wandstärke gebildet sind und daß diese Glocke auf der Welle leicht auswechselbar befestigt ist.