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Impulsgeber zur Erzeugung eines Impulses bei einem vorgebbaren Drehwinkel
einer mit wenigstens einer Marke versebenen rotierenden Welle Die vorliegende Erfindung
betrifft einen Impulsgeber zur Erzeugung eines Impulses bei einem vorgebbaren Drehwinkel
einer mit wenigstens einer Marke versebenen rotierenden Welle, wobei der Drehwinkel
durch eine Zahl n in Form eines Digitalwortes vorgegeben ist.
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Bei der Ausmessung des Zündfeldes von Verbrennungskraftmasobinen werden
Impulsgeber benötigt, die bei gewünsobten zurüokgelegten Drebwinkeln der Kurbelwelle
bezügliob des oberen Totpunktes einen Impuls abgeben, der den Zündfunken auslöst.
Dabei liegt der Sollwert des Zündwinkels in digitaler Form vor. Der Istwert des
Zündwinkels soll bei Abgabe des Impulses mit dem Jeweiligen Sollwert innerhalb vorgebbarer
Feblergrenzen übereinstimmen. Es sei darauf hingewiesen, daß obengenannte Impulsgeber
nicht nur für Zündsteuerungen benötigt werden, sondern bei der Steuerung von Maschinen
und mechanischen Vorrichtungen generell erforderlich sein können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daber, einen Impulsgeber
anzugeben, in den der Sollwert des gewünsobten Drehwinkels als Zahl in Form eines
Digitalwortes eingegeben werden kann und der unabhängig von der Jeweiligen Drehzahl
beim gewünsobten Drehwinkel--einen Impuls#abgtbt, wobei innerhalb von vorgebbaren
Feblergrenzen der Istwert mit dem Sollwert des irebwinkels übereinstimmt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurob gelöst, daß der Impulsgeber
einen, nahe der Welle ortsfest angebrachten Sensor zur Erzeugung eines elektrischen
Impulses wäbrend des Vorbeilaufs der Marke am Sensor aufweist, daß ein Taktgeber
zur Erzeugung
von Takt impulsen konstanter Periodendauer T vorhanden
ist, daß der Impulsgeber einen Wandler zur Umwandlung der jeweiligen irebzeit zwischen
zwei Sensorimpulsen in eine Zahl k in Form eines Digitalwortes mit Eingängen zur
Aufnahme der Taktimpulse und der Sensorimpulse und mit Parallelausgängen, an denen
das Digitalwort verfügbar ist, aufweist, wobei die Zahl -k den Quotienten aus irehzeit
und einem fest vorgegebenen ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer U darstellt
und daß der Impulsgeber eine Impulsverzögerungseinrichtung mit Eingängen zur Aufnahme
der Taktimpulse und der Sensorimpulse, -mit Paralleleingängen, auf die die Parallelausgänge
des Wandlers geführt sind zur Übernahme der Zahl k, mit Paralleleingängen zur Eingabe
der Zahl n und mit Ausgang zur Abgabe eines, gegenüber dem åeweiligen Sensorimpuls
um die Zeit k . n . U verzögerten Impulses.aufweist.
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Vorzugsweise wird als Wandler eine Schaltungsanordnung verwendet,
die einen Frequenzteiler mit festem Teilverhältnis mit Signaleingang--undg-.ausgang,
einen Zähler mit Zähltakteingang, mit Rückr setzeingang zur Aufnahme eines Rücksetzimpulses
und mit Parallelausgängen zur Entnahme des Jeweiligen Zählerstandes, ein Register
mit Paralleleingängen, an denen der Registerinhalt verfügbar ist und mit einem Übernahmeeingang
zur Aufnahme eines Impulses zur Übernahme eines an den Paralleleingängen anstehenden
Digitalwortes in das Register und eine Verzögerungsschaltung mit Signaleingang und
-ausgang aufweist, wobei der Signalausgang des Frequenzteilers mit dem Zähltakteingang,
der Signalausgang der Verzögerungsschaltung mit dem Rücksetzeingang des Zählers
verbunden ist und wobei die Parallelausgänge des Zählers auf die Paralleleingänge
des Registers gelegt sind.
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Vorzugsweise wird als Impulsverzögerungsschaltung eine Schaltung anordnung
verwendet, die einen Frequenzteiler mit steuerbarem Eeilverbältnis mit Signaleingang
und -ausgang, Paralleleingängen zur Eingabe des Ileilverbälfinisses in Form eines
Digitalwortes und mit einem Rücksetzeingang zur Aufnahme eines Rücksetzimpulses
und einen Vorwahlzäbler mit Zähltakteingang, Paralleleingängen zur Eingabe von Digitalwörtern,
mit einem Starteingang zur Aufnahme des Impulses zum Laden des Vorwahlzählers und
zum Starten
des Zäblvorganges und mit einem Ausgang aufweist, wobei
der Signalausgang des Frequenzteilers mit dem Zähltakteingang des Vorwahlzählers
und der Rücksetzeingang des Frequenzteilers mit dem Starteingang des Vorwablzählers
verbunden ist.
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Vorzugsweise verwendet man als Frequenzteiler mit steuerbarem Teilverhältnis
eine Schaltungsanordnung, die einen Zähler mit Zähltakteingang, Rücksetzeingang
und Parallelausgängen zur Entnahme des Zählerstandes und einen Vergleicher mit Paralleleingängen
für zwei zu vergleichende Digitalwörter und einen Vergleicherausgang aufweist, wobei
der Vergleicherausgang mit dem Rücksetzeingang des Zählers und die Parallelausgänge
des Zählers mit raralleleingängen für ein erstes Digitalwort des Vergleicbers verbunden
sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Frequenzteilers mit
steuerbarem Teilverhältnis besteht darin, daß der Frequenzteiler einen voreinstellbaren
Rückwärtszäbler mit Zähltakteingang, einen Setzeingang zur Aufnahme eines Signals
zum Setzen des Zählers auf den Voreinstellwert, Voreinstelleingänge zur Eingabe
des Voreinstellwertes und einen Ausgang zur Ausgabe eines Impulses als negativer
vertrag beim Nulldurchgang im Zähler aufweist, wobei der Ausgang des Zählers mit
dem Setzeingang des Zählers rückverbunden ist.
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Vorzugsweise verwendet man in der Impulsverzögerungsschaltung einen
Yorwahlzähler, der einen Zähler mit Zähltakteingang, Rücksetzeingang und Parallelausgängen
für den Zählerstand, einen Vergleicher mit Paralleleingängen für zwei iigitalwörter,
eine bistabile Kippschaltung und ein Tor mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist,
wobei der Setzeingang der Eippsebaltung mit dem Rücksetzeingang des Zählers, der
Ausgang des Vergleichers mit dem Rücksetzeingang der Kippschaltung, ein Ausgang
der Kippschaltung mit einem Eingang des Tores, der Ausgang des Tores mit dem Zäbltakteingang
des Zählers und die Parallelausgänge des Zählers mit Paralleleingängen für ein Digitalwort
des Yergleichers verbunden sind.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Vorwahlzählers besteht
darin, daß der Vorwahlzähler einen voreinstellbaren Rückwärtszähler mit Voreinstelleingängen
zur Eingabe eines Voreinstellwertes,einen Zähltakteingang, einen Setzeingang zur
Aufnahme eines Signals zum Setzen des Zählers auf den Voreinstellwert und einem
Ausgang zur Angabe eines Impules als negativer Übertrag beim Nulldurchgang im Zähler,
eine bistabile Kippschaltung und ein Tor mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist,
wobei der Ausgang des Rückwärtszähler mit dem Rücksetzeingang der Kippschaltung,
der Setzeingang der Kippschaltung mit dem Setzeingang des Rückwärtszählers, ein
Ausgang der Kippschaltung mit einem Eingang des Tores und der Ausgang des Tores
mit dem Zähltakteingang des Rückwärtszählers verbunden ist.
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Der schematische Aufbau und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Impulsgebers wird anhand von Figuren erläutert.
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Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des Impulsgebers.
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Figur 2 zeigt den Querschnitt einer Welle.
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Figur 3 zeigt eine Darstellung der am Sensorausgang und am Impulsgeberausgang
entstehenden Impulsreihen über die Zeit Figur 4 zeigt schematisch die bevorzugte
Ausführungsform des Wandlers.
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Figur 5 zeigt schematisch die bevorzugte Ausführungsform der Impulsverzögerungsschaltung.
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Figur 6 zeigt einen möglichen AuSbau des Frequenzteilers mit steuerbarem
Teilverhältnis.
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Figur 7 zeigt einen anderen möglichen Aufbau des Frequenzteilers mit
steuerbarem Teilverhältnis.
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Figur 8 zeigt eine erste Realisierungsmöglichkeit des Vorwahlzählers.
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Figur 9 zeigt eine zweite Realisierungsmöglichkeit des Vorwahlzählers.
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Figur 10 zeigt den Querschnitt durch eine Kurbelwelle.
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In Figur 1 ist der erfindungsgemäße Impulsgeber in Form eines Blockschaltbildes
dargestellt. Der Ausgang 5 des Sensors 1 ist
auf die Eingänge 7
und 13 des Wandlers 3 und der Impulsverzögerungsschaltung 4 gelegt. ber Ausgang
6 des Taktgebers 2 ist mit den Eingängen 8 und 14 des Wandlers und der Impulsverzögerungsschaltung
4 verbunden. Die Parallelausgänge 9 bis 10 des Wandlers 3 sind auf die Paralleleingänge
11 bis 12 der Impulsverzögerungsschaltung gelegt.
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Zur Beschreibung dar Wirkungsweise des Impulsgebers werden Figur 2
und Figur 3 herangezogen. In Figur 2 ist auf dem Wellenumfang der Welle 20 eine
Marke 21 angebracht. Durch diese Marke und die Achse 24 der Welle ist eine Bezugsgerade
23 definiert, die mit der Welle umläuft. Die Gerade 22 durch die Wellenachse 24
und den Sensor 1 stellt eine raumfeste Bezugsgerade dar. Der Pfeil deutet die Drehrichtung
der Welle an. Wenn sich die Welle dreht, gibt der Sensor 1 bei jedem Vorbeilauf
der Marke 21 an seinem Ausgang 5 einen Impuls ab. Es entsteht dabei die in Figur
3 dargestellte Impulsreihe I. Das dem Impulsgeber zugrundeliegende Prinzip ist nun
folgendes: Zunächst wird auf elektronische Weise die Zeit tu zwischen zwei Durchläufen
der Marke am Sensor gemessen. Zur Zeit tu gehört im vorliegenden Falle eine volle
Umdrehung der Welle, die p (= ganze Zahl) Winkeleinheiten e e entsprechen möge.
Damit ist auch die Zeit te bekannt, die zum Durchlaufen einer Winkeleinheit benötigt
wird: te = tU/P.
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Soll der Impulsgeber nun einen Impuls abgeben, wenn die umlauF fende
Bezugsgerade 23 und die raumfeste Bezugsgerade 22 einen Winkel OG S (siehe Figur
2) einschließen, so hat man lediglich die Zeit t# = n . te abzumessen, wobei n =
ist.und ist und den Ausgangsimpuls auszulösen. Es entsteht dann die Impulsreihe
II der Figur 5. Das Messen der Umdrehungszeit tu und das Abmessen der Zeit n . te
erfolgt ineinander geschachtelt, d.h. während n . e abgemessen wird, wird schon
tu für den nächsten Impuls bestimmt. Bedingung für eine ausreichende Genauigkeit
des Verfahrens ist, daß sich die Winkelgeschwindigkeit der Welle vom Anfang dez
Messung der Umdrehungszeit tu bis zur Ausgabe des Ausgangsimpulses nur wenig ändert.
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Das Verfahren wird im erfindungsgemäßen'Impulsgeber auf folgende Weise
realisiert:
Die Sensorimpulse und die Taktimpulse des Taktgenerators
2 werden auf den Wandler 3 und die Impulsverzögerungsschal tung 4 gegeben. Im Wandler
3 wird jeweils die Zeit tu zwischen einem Sensorimpuls und dem nächstfolgenden Sensorimpuls
mit der Periodendauer T der Taktimpulse des Taktgebers verglichen und in die Zahl
k = tu/(p.U) in Form eines Digitalwortes umgewandelt. Diese Zahl k steht nach Beendigung
der Zeitmessung beim#ächstfolgenden Sensorimpuls an den Ausgängen 9 bis 10 zur Verfügung,
während der Wandler für die nächste Zeitmessung erneut aktiviert wird. Gleichzeitig
wird durch diesen nächstfolgenden Sensorimpuls diese Zahl k über die Eingänge 11
bis 12 und der an den Eingängen 15 bis 16 als Zahl n in digitaler Form anliegende
vorgebbare Drehwinkel in die Impulsverzögerungsschaltung übernommen. Am Ausgang
17 wird nach der Zeit ts = k . n . T ein Ausgangsimpuls abgegeben, wobei die Periodendauer
T der auf den Eingang 14 gegebenen Taktimpulse des Taktgenerators als Zeitbasis
dient. Wegen K = t#/(p.T) stellt k . n . T = tu . n . T/(t . T) = n . tu/p = n .
te genau die Zeit ts dar, die die Welle zum Drehen um n-Winkeleinheiten # e benötigt.
Die Winkeleinheit dLe stellt zugleich die Genauigkeitsgrenze des Impulsgebers dar.
Ihre Wahl hängt von den zulässigen Winkeltoleranzen ab, d.h. # e amuß kleiner oder
gleich der zulässigen Winkeltoleranz gewählt werden. Damit ist p vermöge p =&u/&
egegeben, wobei ob gleich dem vollen Drehwinkel ist. Daraus resultiert eine Vorschrift
für die Wahl von T: Sei tu min die Drehzeit bei maximal zulässiger Drehzahl der
Welle, so erhalt man k = tu min/(t . T) = e min/T also T = e min/k Da k eine natürliche
Zahl sein soll, muß T kleiner oder höchstens gleich te min gewählt werden.
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Wie aus dem Verfahren, das dem erfindungsgemäßen Impulsgeber zugrunde
liegt, hervorgeht, muß beim Wandler die Zeit tu in die Zahl k = t#/(p .T) in digitaler
Form umwandeln und die Impulsverzögerungsschaltung mit Hilfe dieser Zahl k und der
Zahl n für den Drehwinkel einen Eingangsimpuls um die Zeit k . n . T verzögern.
Beides läßt sich mit Hilfe von Zählern realisieren, wobei am einfachsten Binärzähler
verwendet werden, was zugleich bedeutet, daß dann auch die Zahlen k und n als
Binärzahlen
dargestellt sein sollen. Letzteres stellt Jedoch keine grundlegende Voraussetzung
dar.
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Für den Wandler bietet sich dabei folgende naheliegende Realisierungsmöglichkeit
an: Es ist ein binärer Vorwärtszähler vorhanden, der durch einen Sensorimpuls gelöscht
wird, und bis zum nächstfolgenden Sensorimpuls die Zählimpulse mit dem Abstand P
zählt. Beim nächstfolgenden Sensorimpuls steht im Zähler die Binärzahl k = tU/T.
Diese Zahl wird in einer Schaltung durch die vorgegebene Binärzahl P dividiert und
das Ergebnis in ein Register übernommen.
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Für die Impulsverzögerungsschaltung liegt folgende Realisierungsmöglichkeit
nahe: Es ist eine Multiplizierschaltung und ein voreinstellbarer Rückwärtszähler
vorhanden. Bei jedem Sensorimpuls werden die im Register des Wandlers stehende Zahl
k und die Zaliln für den Drehwinkel in der Multiplizierschaltung miteinander multipliziert,
das Ergebnis wird über Voreinstelleingänge in den Rückwärtszähler als Anfangswert
gegeben und der Zähler gestartet. Der Rückwärtszähler zählt mit der Zählfrequenz
1/T abwärts und gibt beim Nulldurchgang den Ausgangsimpuls ab. Der Ausgangsimpuls
ist gegenüber dem auslösenden Sensorimpuls also um die Zeit k . n . T verzögert.
Schaltungen zur Bildung des Produktes oder des Quotienten zweier Dualzahlen sind
Jedoch kompliziert und aufwendig. Sie können vermieden werden, wenn man mit Frequenzteilern
arbeitet. In den Figuren 4 und 5 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele für den Wandler
und die Impulsverzögerungsschaltung angegeben, die mit Freqneuzteilern arbeiten.
In Figur 4 ist die bevorzugte Ausführungsform des Wandlers dargestellt. Er enthält
einen Frequenzteiler 41 mit dem Signaleingang 411 und dem Signalausgang 412, einen
Zähler 40 mit dem Zähltakteingang 402, dem Rücksetzeingang 401 und den Parallelausgängen
403 bis 404 zur Entnahme des Zählerstandes, weiter ein Register 42 mit Paralleleingängen
422 bis 423 und -ausgängen 424 bis 425 und dem Übernahmeeingang 421 und eine Verzögerungsschaltung
43 mit dem Signaleingang 431 und -ausgang 432. Der Signalausgang 412 des Frequenzteilers
41 ist mit dem Zähltakteingang 402 und der Signalausgang 432 der Verzögerungsschaltung
43 ist mit dem Rücksetzeingang 401 des Zählers 40 verbunden. Die Parallelausgänge
403 bis 404 des Zählers 40
sind auf die Paralleleingänge 422 bis
423 des Registers 42 geführt. Der Übernahmeeingang 421 des Registers 42 ist mit
dem Signaleingang 431 der Verzögerungsschaltung 43 verbunden.
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Der Wandler arbeitet auf folgende Weise: Der Sensorimpuls wird auf
den Signaleingang 431 der Verzögerungsschältung 43 gegeben und die Taktimpulse des
Taktgebers auf den Eingang 411 des Frequenzteilers 41. Der Sensorimpuls löscht über
eine Verzögerungssohaltung, deren Funktion für den Zählvorgang ohne Bedeutung ist,
den Zähler 40. Danach zählt der Zähler die Taktimpulse, die vom Ausgang 412 des
Frequenzteilers 41 auf den Zähltakteingang 402 des Zählers 40 gelangen. Die Periodendauer
dieser Taktimpulse ist gegenüber der Periodendauer T der Taktimpulse des Taktgebers
um den Faktor p verlängert.
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Beim nächsten Sensorimpuls wird zunächst der Stand des Zählers 40
in das Register übernommen und anschließend der Zähler 40 über die Verzögerungsschaltung
43 zurückgesetzt. Im Register 42 steht dadurch ständig eine Zahl k, die den Zeitabstand
zweiter Sensorimpulse als Vielfaches der Zeit p . a angibt: k = tU/(P . T).
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In Figur 5 ist die bevorzugte Ausführungsform der Impulsverzögerungsschaltung
dargestellt. Sie enthält einen Frequenzteiler 51 mit steuerbarem Teilverhältnis
mit dem Signaleingang 511 und -ausgang 515, dem Rücksetzeingang 512 und den Paralleleingängen
513 bis 514 zur Eingabe des Teilverhältnisses und einen Vorwahl zähler mit dem Zähltakteingang
501, dem Starteingang 502, den Paralleleingängen 503 bis 504 zur Eingabe der Zahl
n des Drehwinkels und mit dem Ausgang 505. Der Signalausgang 515 des Frequenzteilers
51 ist mit dem Zähltakteingang 501 und der Rücksetzeingang 512 mit dem Starteingang
502 des Vorwahlzählers 50 verbunden.
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Die Impulsverzögerungsschaltung arbeitet auf folgende Weise: Die Parallelausgänge
des Wandlers werden auf die Paralleleingänge 513 bis 514 des Frequenzteilers 51
geführt. Dadurch kann die, das Teilverhältnis bestimmtende Zahl k = tu /(p . T)
in den Frequenzteiler 5f eingegeben werden. Der Frequenzteiler 51 wird bei jedem
Sensorimpuls, der auf den Rücksetzeingang 512 gelangt und auf den Zähltakteingang
511 werden die Taktimpulse des Taktgebers mit dem Abstand T gegeben. Der Frequenzteiler
51 liefert
an seinem Signalausgang 515 Taktimpulse, die bei Jedem
Sensorimpuls mit diesem neu synchronisiert werden und die Periodendauer T1 = 1 .
k = T . t#/(p . U) = tu/p haben. Dies ist aber genau die Zeit, die die Welle zum
Drehen um eine Winkel einheit benötigt.Die enötigt. Die Ausgangsimpulse des Frequenzteilers
51 gelangen auf den Zähltakteingang 501 des Vorwahlzählers 50, auf dessen Voreinstelleingänge
502 bis 504 die Zahl n gegeben wird. Der Vorwahlzäbler wird durch den Sensorimpuls
an seinem Starteingang 502 gestartet, zählt n Zählimpulse ab und liefert dann den
Ausgangsimpuls.
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Die Eingänge 431 und 411 und die Parallelausgänge 424 bis 425 des
in Figur 4 dargestellten Wandlers entsprechen den Eingängen 7 und 8 und den Parallelausgängen
9 bis 10 des Wandlers 3 in Figur 1. Die Eingänge 511 und 512, die Paralleleingänge
513 bis 514 und 503 bis 504 und der Ausgang 505 der Impulsverzögerungsschaltung
in Figur 5 entsprechen den Eingängen 14 und 13, den Paralleleingängen 11 bis 12
und 15 bis 16 und dem Ausgang 17 der Impulsverzögerungsschaltung 4 in Figur 1.
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Der Frequenzteiler 41 des in Figur 4 dargestellten Wandlers kann ebenfalls
ein Frequenzteiler mit steuerbarem Teilverhältnis sein. Es kann in diesem Fall die
Winkeleinheit i ff variiert und damit die Genauigkeit des Verfahrens bei Bedarf
vorgegebenen Bedingungen angepaßt werden. Anhand weiterer Figuren werden Realisierungsmöglichkeiten
für den Frequenzteiler mit steuerbarem Teilverhältnis und für den Vorwahlzähler,
der in Figur 4 und-5 beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele angegeben.
Alle anderen Funktionsblöcke lassen sich durch käufliche Bauelemente realisieren.
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In Figur 6 ist ein möglicher Aufbau des Frequenzteilers mit steuerbarem
Teilverhältnis angegeben. Er besteht aus dem Zähler 60 mit dem Zähltakteingang 601,
dem Rücksetzeingang 602 und den Parallelausgängen 603 bis 604 zur Entnahme des Zählerstandes
und aus dem Vergleicher (oder goinzidenzschaltung) 61 mit den Paralleleingängen
611 bis 612 und 613 bis 614 und dem Ausgang 615. Die-Paralelausgänge 603 bis 604
des Zählers 60 sind auf
die Paralleleingänge 611 bis 613 des Vergleichers
61 gelegt und der Ausgang 615 des Yergleichers ist mit dem Rücksetzeingang 602 des
Zählers verbunden. Der Eingang 601 und der Ausgang 615 bilden den Signaleingang
und den -ausgang und die Paralleleingänge 613 bis 614 des Vergleichers die Paralleleingänge
zur Eingabe des Teilverhältnisses des Frequenzteilers.
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Der Frequenzteiler arbeitet auf folgende Weise: Zu Anfang sei der
Zähler 60 über den Rücksetzeingang 602 zurückgesetzt. Dann zählt er die Taktimpulse,
die auf den Zähltakteingang 601 gegeben werden. Wenn der Vergleicher 61 die Gleichheit
des Zählerstandes mit einer an den Paralleleingängen 613 bis 614 anliegenden Zahl
k feststellt, gibt er.am Ausgang 615 einen Impuls ab, der gleichzeitig den Zähler
über den Rücksetzeingang 602 zurücksetzt, worauf der Vorgang von neuem abläuft.
Auf k Impulse am Zähltakteingang der Schaltung kommt ein Impuls am Ausgang des Vergleichers.
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In Figur 7 ist ein anderer möglicher Aufbau des Frequenzteilers mit
steuerbarem Teilverhältnis dargestellt. Br besteht aus einem voreinstellbaren Rückwärtszähler
70 mit dem Zähltakteingang 701, dem Setzeingang 705, den Paralleleingängen 703 bis
704 zur Eingabe des Voreinstellwertes und dem Ausgang 706 für den negativen Übertrag.
Der Ausgang 706 ist mit dem Setzeingang 705 rückverbunden. Der Eingang 701 und der
Ausgang 706 bilden den Signaleingang und -ausgang des Frequenzteilers.
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Der Rückwärtszähler 70 sei durch einen Impuls auf den Setzeingang
705 auf die Zahl k, die an den Paralleleingängen 703 bis 704 anliegt, voreingestellt.
Mittels der Taktimpulse am Zähltakteingang 701 zählt er herunter und liefert beim
Nulldurchgang am Ausgang 706 einen Impuls, der den Rückwärtszähler über den Setzeingang
705 auf den Wert k setzt, worauf der Vorgang von neuen abläuft.
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In Figur 8 ist eine erste Realisierungsmöglichkeit für den Vorwahlzähler
dargestellt. Dieser besteht aus einem Zähler 80 mit dem Zähltakteingang 801, dem
Rücksetzeingang 802 und den Parallelausgängen 803 bis 804 für den Zählerstand, aus
einem Vergleicher einer Koinzidenzschaltung) 81 mit den Paralleleingängen 811 bis
812 und 813 bis 814 für zwei zu vergleichende Digitalwärter und dem Ausgang 815,
aus einer bistabilen Kippschaltung
82 mit dem Setzeingang 821,
dem Rücksetzeingang 822 und dem Ausgang 823 und aus dem Tor 83 mit den beiden Eingängen
831 und 832 und dem Ausgang 833. Die Parallelausgänge 803 bis 804 des Zählers 80
sind mit den Paralleleingängen 811 bis 812 des Vergleichers,der Vergleicherausgang
815 mit dem Rücksetzeingang 822 der Kippschaltung 82 verbunden. Der Setzeingang
821 der Kippschaltung 82 ist mit dem Rücksetzeingang 802 des Zählers verbunden,
der Ausgang 823 der-Kippschaltung ist auf einen Eingang 832 des Tores 83 und der
Ausgang 833 des Tores 83 ist auf den Zähltakteingang 801 des Zählers 80 gelegt.
Der Eingang 831 des Tores bildet den Zähltakteingang, der Eingang 821 der Kippschaltung
den Starteingang und der Ausgang 815 des Vergleichers den Ausgang des Vorwahlzählers.
Auf die Paralleleingänge 813 bis 814 des Vergleichers wird die Zahl n des Drehwinkels
gegeben.
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Der Vorwahlzähler arbeitet auf folgende Weise: Der Sensorimpulse setzt
über den Eingang 802 den Zähler 80 zurück und schaltet Uber den Setzeingang 821
die bistabile Kippschaltung so, daß das Tor 83 die Taktimpulse, die auf den Eingang
831 gegeben werden, durchläßt. Der Zähler beginnt zu zählen. Der Vergleicher 81
liefert am Ausgang 815 einen Ausgangsimpuls, wenn der Zählerstand gleich der an
den Paralleleingängen 813 bis 814 angelegten Zahl n ist. Dieser Ausgangsimpuls setzt
zugleich über den Rücksetzeingang 822 die bistabile Kippschaltung 82 zurück, so
daß das Tor 83 wieder gesperrt wird.
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In Figur 9 ist eine zweite Realisierungsmöglichkeit für den Vorwahlzähler
dargestellt. Sie unterscheidet sich von dem in Figur 8 dargestellten Vorwahlzähler
lediglich dadurch, daß statt des dortigen Zählers und Vergleichers der voreinstellbare
Rückwärtszähler 0 verwendet wird. Dieser weist. den Zähltakteingang 901, den Setzeingang
902, die Paralleleingänge 903 bis 904 für den Voreinstellwert und den Ausgang 905
für den negativen Übertrag auf. Der Ausgang 905 ist mit dem Eingang 822 und der
Setzeingang 902 mit dem Eingang 821 ier bistabilen Kippschaltung 82 verbunden. Der
Ausgang 853 des Tores ist auf den Zähltakteingang 901 des Rückwärtszählers gelegt.
Der Sensorimpuls setzt den Zähler 90 über den Setzeingang 902 auf den
an
den Paralleleingängen 903 bis 904 anliegenden Wert n.
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und öffnet gleichzeitig das Tor 83 für die Taktimpulse.
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Der Zähler zählt herunter und liefert beim Nulldurchgang am Ausgang
905 den Ausgangsimpuls.
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Im folgenden sei als Anwendungsbeispiel die Steuerung des Vorzündwinkels
einer Verbrennungskraftmaschine mittels des Impulsgebers gewählt. Bei einem q-Zylinder-4-Takt-Motor
sind pro Umdrehung q/2 Zündungen erforderlich, wobei der Vorzündwinkel als Drehwinkel
der Kurbelwelle zwischen dem Zeitpunkt der Zündung und dem Zeitpunkt, zu dem ein
Kolben im oberen Totpunkt steht, definiert ist. Als Beispiel sei ein 6-Zylinder-Motor
gewählt.
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In Figur 10 ist der Querschnitt durch die Kurbelwelle eines 6-Zylinder-Motors
dargestellt. Auf dar Welle 100 sind in einem Winkelabstand von 120 Grad = Ku drei
Marken 101, 102 und 105 angebracht. Die Geraden 104, 105 und 106 laufen mit der
Welle um und sind so definiert, daß bei Deckung mit der raumfesten Bezugsgeraden
107 ein Kolben im oberen Totpunkt ist. Sämtliche Geraden schneiden die Wellenachse
110. Der Vorzündwinkel sei auf den Wert nmax .M e begrenzt. Es ist dann zweckmäßig,
die Marken 101, 102 und 103 um den Winkel nmax . # e gegenüber den Geraden 104,
105 und 106 verdreht an der Welle anzuordnen. Der Doppelpfeil deutet diese Verdrehung
an. Die Marke 101 ist gegenüber der Geraden 104 in Drehrichtung um den durch den
Doppelpfeil gegebenen Winkel nmax . # e vorverlegt. Der Pfeil gibt dabei die Drehrichtung
der Welle an. Ein Zündwinkel n . a e vor dem oberen Totpunkt eines entsprechenden
Kolbens entspricht dann einem Winkel (nmax -n) . < e zwischen der Geraden 107
und der Marke 101,der ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Der Impulsgeber
kann für die Auslösung der Zündimpulse, d.h. als Zündsteuerung verwendet werden,
wenn man an die Eingänge für den Voreinstellwert des Vorwahlzählers die Zahl nmax
- n legt. Die Zeit tu zwischen zwei Sensorimpulsen entpsricht einer Drehung der
Welle um 120 Grad.