DE2358031A1

DE2358031A1 - Kontaktloser impulserzeuger

Info

Publication number: DE2358031A1
Application number: DE19732358031
Authority: DE
Inventors: James Eugene O'brien; John Whilldin Wurst
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1973-11-21
Publication date: 1974-12-19
Also published as: IT998970B; GB1435213A; FR2232146B3; CH564886A5; JPS605641Y2; SE7315456L; JPS5059938U; FR2232146A1

Description

Or. E. Wiegand, DipWng. W. Niemann

Or. M. Köhler, Bip!.-'sg.0. Semhordt

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Hamburg 50 - Königstraße 28 läi Πι /J

W.26083/73 20/Eg ' "«1933

Tel. No. ο« I lit ο or οποί

Telex: 212979 karp d 2 j O ö U J I

The Singer Company, Elizabeth, New Jersey (V.St.A.)

Kontaktloser Impulserzeuger

Die Erfindung bezieht sich auf Impulserzeuger und insbesondere auf einen elektrischen kontaktlosen Impuls-, erzeuger, welcher eine Hall-Effekt-Einrichtung verwendet, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, der zur Stellung bzw. Drehstellung einer Welle in Beziehung steht.

Elektrische Impulser-zeuger werden für elektromechanisGhe Steuersysteme, häufig verwendet, um eine mechanische Punktion einzuleiten oder zu beendigen. Häufig muß eine sich drehende Welle mit einem Steuermechanismus synchronisiert werden, um die betreffende Punktion zu einem vorgeschriebenen Zeitpunkt eines bestimmten Zyklus durchzuführen. Mechanische Stellungsfühler, welche die Stellung einer sich drehenden Welle abfühlen, sind Ermüdung unterworfen, da die sich bewegenden Teile bei ständigem Gebrauch verschleißen.. Statische Fühleinrichtungeri, welche Lichtstrahlen und photoelektrische Fühler verwenden, haben sich in solchen Anwendungsbereichen als nicht vollständig zufriedenstellend herausgestellt, wo die Atmosphäre staubgeladen ist, da Pusseln, Fasern, Abrieb und Staub im Arbeitsbereich bewirken,_; daß die Fühler abgedunkelt oder Verdeckt werden, wodurch die Empfindlichkeit und die Genauigkeit der Fühler verringert, wird und häufige Wartung erforderlich ist.

Andere bekannte Stellungsfühleinrichtungen, die an einer sich drehenden Welle zur Synchronisation der Welle verwendet werden, weisen einen an der sich drehenden Welle befestigten oder gekuppelten Magneten auf, der mit einem elektromagnetischen Fühler zusammenarbeitet,

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welcher einen elektrischen Impuls jeweils zu der Zeit erzeugt, wo der Permanentmagnet durch einen Spalt oder Zwischenraum hindurchgeht, der in dem Kern des Elektromagneten vorgesehen ist. Andere bekannte Impulsgeneratoren verwenden einen sich drehenden Magneten und eine stationäre Hall-Effekt-Einrichtung, um jeweils zu dem Zeitpunkt einen Impuls abzufühlen und zu erzeugen, an welchem der Permanentmagnet sich der Hall-Einrichtung nähert. Noch andere Fühleinrichtungen, welche in Verbindung mit einer sich drehenden Welle arbeiten, verwenden einen Elektromagneten, welcher einen Kern mit einem Luftspalt aufweist. Eine nicht flußführende bzw. -leitende Scheibe, die mit öffnungen versehen ist, ist für gewöhnlich an der Welle befestigt oder mit dieser gekuppelt und wird in den Luftspalt des Elektromagneten eingebracht. Wenn der nicht flußführende Teil der Scheibe sich innerhalb des Luftspaltes des Elektromagnets befindet , werden die Flußlinien gebrochen und verringert sich die Induktivität des Elektromagnets oder hat einen niedrigen Wert. Wenn die Scheibe sich dreht, so daß die öffnung der Scheibe sich innerhalb des Luftspaltes des Elektromagnets befindet, erhöht sich die Induktivität des Elektromagnets bzw. hat einen hohen Wert. Diese Veränderung des Zustands des Elektromagnets kann direkt oder indirekt verwendet werden, beispielsweise um die Rückkopplung eines Schwingers zu steuern, um dadurch einen Ausgang zu erhalten, welcher zur Lage der Welle in Beziehung steht. Außerdem ist ein spiralenförmig geformter Permanentmagnet bekannt, welcher an einer Welle befestigt ist, die in der Nähe einer Hall-Einrichtung angeordnet ist. Drehung der Welle verändert den Ausgang oder den Zustand der Hall-Einrichtung, in sich verändernden Ausmaßen relativ zur Lage bzw. 'Drehstellung der Welle, an welcher der Magnet befestigt ist. Grundsätzlich erfordern die bekannten Einrichtungen, daß die Permanentmagneteinrichtung an der sich drehenden Welle befestigt ist, oder daß die Flußlinien des Magnets geschnitten werden, um eine Ver-

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änderung im Zustand der Fühler herbeizuführen. Alle bekannten Impulsgeneratoren erzeugen ein Signal, welches auf die Stellungen der Welle eines sich drehenden Teiles ansprechen bzw. für diese kennzeichnend sind, jedoch verwendet kein System der bekannten Systeme einen stationären permanenten Magneten und eine stationäre Hall-Effekteinrichtung, die sich in dessen Nähe befindet, um Signalimpulse zu erzeugen, die auf diskrete Stellungen; des sich drehenden Teiles ansprechen.

Ein Zweck der Erfindung besteht daher darin, einen kontaktlosen Impulserzeuger zu schaffen,, welcher die Nachteile der bekannten Einrichtungen mildert oder beseitigt, indem ein Synchronisierimpuls erzeugt wird, der auf diskrete Stellungen der sich drehenden Welle anspricht bzw. für diese kennzeichnend ist, welcher betriebszuverlässig, im wesentlichen wartungsfrei und in Atmosphären verwendet werden kann, welche eine hohe Konzentration von Staub oder Fasern aufweist.

Gemäß der Erfindung ist ein kontaktloser Impulserzeuger durch einen Basisteil; einen an dem Basisteil befestigten Magnetflußerzeuger; eine vermittels des Basisteils in vorherbestimmter Beziehung zum Magnetflußerzeuger gehalterte Fühleinrichtung niit wenigstens zwei stabilen von dem Pegel der in dieser vorhandenen Flußdichte abhängigen Zuständen eine relativ zum Basisteil drehbar gelagerte drehbare Welle und durch eine an der" drehbaren Welle befestigte die Magnetflußdichte beeinflussende Scheibe mit einer, veränderlich geformten Umfangskontur zum Einwirken zusammen mit der Fühleinrichtung auf die Dichte des-magnetischen Flusses gekennzeichnet*

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine vergrößerte schaubildliche Ansicht eines Impulserzeugers, der nach dem Prinzip der Erfindung aufgebaut ist,

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Pig. 2 ist eine schaubildliche Vorderansicht des

Impulserzeugers, in welcher die Flußlinienwege gezeigt sind.

In der Zeichnung, instesondere in Fig. 1, welche eine vergrößerte schaubildliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist ein Impulserzeuger 10 mit einem halbkreisförmigen Nocken 12 gezeigt, welcher an einer Welle 14 befestigt ist und an dieser vermittels einer Schraube 16 gehaltert ist. Der Nocken 12 hat einen variablen (abgestuften) Umfangsteil 18. Der Umfangsteil 18 ist so eingerichtet, um mit einer Hall-Effekt-Einrichtung 20 zusammenzuarbeiten. Die in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendete Hall-Effekteinrichtung 20 ist ein Standardteil Nr. ISS4, welcher durch die Firma Microswitch Division of Honeywell hergestellt wird. In der Hall-Effekt-Einrichtung 20 ist zusätzlich zu einem Hall-Fühlelement ein Schwellendetektor eingebaut, der eine feste Ausgangsspannung liefert, wenn das Hall-Fühlelement parallel zu seinen Anschlüssen einen minimalen Spannungswert in der Anwesenheit von Flußlinien erzeugt. Wenn im Nachfolgenden auf eine Hall-Effekt-Einrichtung Bezug genommen wird, ist hierunter eine Hall-Effekt-Einrichtung zu verstehen, die sowohl das Hall-Fühlelement als auch den Schwellendetektor aufweist. Demgemäß erzeugt die Hall-Effekt-Einrichtung 20 eine Ausgangsspannung von ungefähr H V, wobei sich der Südpol eines Permanentmagnets in der Nähe eines vorgeschriebenen Teiles einer Fläche 22 der Hall-Effekt-Einrichtung 20 befindet. Das Entfernen des Magnets oder das Verringern der Flußlinien in der Nähe des Oberflächenbereiches bzw. der Fläche 22 schafft eine Ausgangsspannung von niedrigem Pegel von ungefähr 0,3 V. Die beschriebene Hall-Effekt-Einrichtung erzeugt die vorgenannten Spannungen zwischen Leitungen 2k und 26, wenn eine Gleichspannung von +5 V zwischen Eingangsleitungen 28 und 30 angelegt wird, wobei die Eingangs-

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leitung 28 auf einem Bezugs-Erdpotential gehalten wird.

Es wird bemerkt, daß, obwohl eine Hall-Effekt-Ein-, richtung in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, irgendein Gleichgewichtsphänomen, beispielsweise ein auf magnetischem Widerstand beruhendes Phänomen (magnetoresistance), so lange in gleicher Weise arbeiten würde, als die Einrichtung in der Lage ist, zwischen den beiden Flußpegeln;zu unterscheiden,' die durch den halbkreisförmigen Nocken 12 dargeboten bzw. erzeugt werden» ^ .

Die Hall-Effekt-Einrichtung 20 wird vorzugsweise durch ein Klebermaterial in der Nähe eines Permanentmagnets 32 gehalten, welcher sich über die gesamte Länge der Hall-Effekt-Einrichtung 20 erstreckt. Der Permanentmagnet 32 ist mit seinem Nordpol in der Nähe der HaIl-Effekt-Einrichtung 20 und mit seinem Südpol in der Nähe eines flußleitenden Befestigungsbasisteils 34 polarisiert. Der Befestigungsbasisteil· 34 ist mit zwei Löchern 36 und 38 versehen, welche verwendet werden, um den Befestigungsbasisteil 34 an irgendeinem Teil einer Nutzeinrichtung, welche nicht gezeigt ist, zu befestigen, welche sich in der Nähe der sich drehenden Welle 14 befindet. Der Befestigungsbasisteil 34 ist außerdem mit einem nach außen vorstehenden Abschnitt 40 versehen, welcher sich in einem rechten Winkel zum Befestigungsbasisteil 34 erstreckt und eingerichtet ist, um mit einem halbkreisförmigen Scheibenteil 44 zusammenzuarbeiten, der an der Welle lA vermittels einer Stellschraube 46 befestigt ist. Der Scheibenteil 44 ist aus einem flußleitenden Material hergestellt, welches dem Material des Befestigungsbasisteils: 54, der Welle 14 und des Nockens 12 ähnlich ist» Der Seheibenteil 44 ist in unmittelbarer Nähe zu dem nach außen vorstehenden Abschnitt 40 des Befestigungsbasisteils 34 angeordnet, was insofern praktisch bzw. vorteilhaft ist, um den Luftspalt zwischen diesen zu verringern, .um dadurch den Fluß bzw. Weg von

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Flußlinien 48, welche durch den Permanentmagneten 32 erzeugt werden, zu vergrößern.

Der Weg der Flußlinien 48, welche von dem Permanentmagneten 32 ausgehen, ist in Fig. 2 gezeigt. Der Weg der Flußlinien erstreckt sich von dem Magnet 32, durch den Befestigungsbasisteil 34, den Abschnitt 40, den Scheibenteil 44, die Welle 14, den Nocken 12 und den Fühler, die Hall-Effekt-Einrichtung 20 hindurch, wenn der Luftspalt zwischen dem Nocken 12 und dem Fühler sich auf seinem kleinsten Wert hält.

Beim Arbeiten wird ein elektrischer Signalimpuls zu jedem Zeitpunkt geschaffen, wo die Fläche des Nockenteils 18 sich vergrößert oder die Linien des Flusses an der Fläche 22 der Hall-Effekt-Einrichtung 20 konzentriert. Das parallel zu den Leitungen 24 und 26 erhaltene Ausgangsimpulssignal wird so lange aufrechterhalten, wie sich die Fläche des Nockenteils 18 in der Nähe der Fläche 22 der Hall-Effekt-Fühleinrichtung 20 befindet. Die Dauer der Impulse, die erhalten werden können, und die Zahl der Impulse pro Umdrehung können durch Verändern des Aufbaus des Nockens 12 verändert werden indem die Gestalt der Fläche verändert wird, so daß zusätzliche Nuten oder Stufen in dieser gebildet sein können. Das elektrische Impulssignal, welches von den Leitungen 24 und 26 erhalten wird, kann zu irgendeiner bekannten Nutzeinrichtung geliefert werden, welches Impulse in Synchronismus mit der Drehung der Welle 14 erfordert. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung ist der Luftspalt zwischen der Fläche des Umfangsteils 18 des Nockens 12 und der Hall-Effekt-Einrichtung 20 minimiert, und daher beträgt das elektrische Ausgangssignal 4 V, wie vorangehend beschrieben worden ist, und es verbleibt auf diesem Pegel, bis die Welle l4 eine halbe Umdrehung vervollständigt. Wenn der untere Teil des Nockens 12 sich der Fläche des Umfangsteils 22 der¹ Hall-Effekt-Einrichtung 20 nähert, werden die Flußlinien zerstreut und gehen nicht durch die Hall-Effekt-Einrichtung 20 hindurch, wodurch.sie

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deren Ausgangsspannung, welche auf den Leitungen 24 und
26 erscheint, auf ungefähr 0,3 V verringern.

Vorangehend ist ein kontaktloser Impulserzeuger offenbart worden, der einen elektrischen Signalimpuls relativ zur VJellenstellung erzeugt, welcher in idealer Weise zur Verwendung in einer staub- oder '■. fasernhalt ige η Atmosphäre geeignet ist und welcher verwendet werden kann, um ein elektromechanisches Steuersystem mit einer sich drehenden Welle zu synchronisieren. Der offenbarte kontaktlose Impulserzeuger ist betriebssicher, erfordert ein Minimum an Wartung und kann für irgendein Bedürfnis verwendet
werden, welches einen elektrischen Signalimpuls in bezug auf die Stellung einer Welle erfordert. "

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Claims

Patentansprüche

(l.j Kontaktloser Impulserzeuger, gekennzeichnet durch einen Basisteil (3*0, einen magnetischen Flußerzeuger (32), welcher an dem Basisteil (3*1) befestigt ist, eine Fühleinrichtung (20), welche durch den Basisteil (3¹O in vorherbestimmter Beziehung zu dem magnetischen Flußerzeuger (32) gehaltert ist und wenigstens zwei stabile Zustände aufweist, die von dem Pegel der Flußdichte, die in dieser vorhanden sind, abhängen, eine drehbare Welle (I¹O, die relativ zu dem Basisteil (3*0 drehbar gelagert ist, und durch eine die Magnetflußdichte beeinflussende Scheibe (12), die an der sich drehenden Welle (I¹O befestigt ist und eine veränderlich geformte ümfangskontur (18) aufweist, die mit der Fühleinrichtung (20) zum Verändern der Dichte des magnetischen Flusses zusammenwirkt, welcher durch den magnetischen Flußerzeuger (32) an der Fühleinrichtung (20) in Übereinstimmung mit vorgewählten Winkelstellungen der sich drehenden Welle (I¹O hindurchgeht .
2. Kontaktloser Impulserzeuger nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Flußerzeuger (32) einen Permanentmagneten aufweist, die Fühleinrichtung (20) in Gegenüberlage zum Permanentmagneten (32) befestigt ist und sich innerhalb des Weges der Flußlinien befindet, die sich drehende Welle (I¹O mit dem Basisteil (34) zusammenarbeitend angeordnet ist, um den Fluß der Flußlinien zu erhöhen, und daß die die magnetische Flußdichte beeinflussende Scheibe (12) einen flußleitenden Nocken aufweist, der einen abgestuften Umfangsflächenteil (18) zum Verändern der magnetischen Flußdichte aufweist, die durch den Permanentmagneten (32) an der Fühleinrichtung (20) in Übereinstimmung mit ausgewählten Winkelstellungen der sich drehenden Welle (I¹J) angeordnet ist.

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3· Impulserzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil (3¹I) einen Abschnitt (40) an seinem einen Ende aufweist, welcher nach außen von diesem hervorsteht, und daß die sich drehende Welle (14) eine kreisförmige Scheibe (44) aufweist, die an dieser gehaltert ist und zusammenarbeitend mit dem nach außen vorstehenden Abschnitt (40) des Basisteils (34) angeordnet ist.
4. Impulserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Fülleinrichtung (20) eine HaIl-Effekt-Einrichtung ist. .

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