DE2445344A1 - Elektromagnetisches signalhorn - Google Patents
Elektromagnetisches signalhornInfo
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Description
R. 2 3 34
16. 9. 1971* Ws/Do
Anlage zur
Patentanmeldung
Patentanmeldung
Die- Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Signalhorn mit
einem an der Membrane befestigten, in Schwingung versetzbaren
Anker, der mit einem festangeordneten Eisenkern zusammenwirkt,
welcher eine Erregerwicklung trägt, die über eine in Abhängigkeit von der Membranstellung steuerbare kontaktlose Unterbrechereinrichtung
an eine elektrische Stromquelle anzuschließen ist.
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Bei derartigen Signalhörnern ist es bekannt, die üblicherweise verwendeten mechanischen Unterbrecher durch eine
elektronische Steuerung des Erregerstromes in der Erregerwicklung
zu ersetzen, um auf diese Weise den Verschleiß an den Unterbrecherkontakten zu vermeiden und damit die Lebensdauer
des Signalhorns zu verlängern. Eine solche Verlängerung der Lebensdauer ist insbesondere bei Signalhörnern erforderlich,
welche für Feuerwehr-, Unfall- und anderen Behördenfahrzeugen verwendet werden.
Es ist bei einem elektronisch gesteuerten Signalhorn (PR-PS 1 428 483) bekannt, die Schwingung der Membrane zur Erzeugung
einer Wechselspannung in einer nahe der Membrane angeordneten Steuerspule zu verwenden. Diese Wechselspannung wird als
Steuersignal einer Verstärkerstufe für den Erregerstrom des Signalhorns zugeführt. Durch die Wechselspannung am Steuereingang
der Verstärkerstufe wird der Erregerstrom sinusförmig zwischen seinem Maximalwert und dem Wert Null verändert.
Diese Lösung hat den Nachteil, daß durch die sinusförmige
Stromänderung des Erregerstromes an der Verstärkerstufe eine erhebliche Verlustleistung auftritt, welche die Stromquelle
unnötig belastet. Darüber hinaus erwärmt diese Verlustleistung das Signalhorn und vor allem die Verstärkerstufe selbst, so
daß zusätzliche Maßnahmen zur Temperaturstabilität der Verstärkerstufe bzw. zur Wärmeabführung erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Erregerstromes von der schwingenden Bewegung der Membrane
insoweit unabhängig zu machen, daß die Verlustleistung an der elektronischen Unterbrechereinrichtung für den Erregerstrom
möglichst gering wird.
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Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß
ein beim Aufschlag des Ankers auf den Eisenkern einen Spannungsimpuls abgebender Sensor mit dem Steuereingang
eines Multivibrators gekoppelt ist, dessen Ausgang mit dem Steueranschluß der Unterbrecherexnrichtung derart
verbunden ist, daß diese den Strom in der Erregerwicklung beim Auftreten eines Sensorimpulses für die vom Multivibrator
vorgegebene Kippzeit unterbricht.
Durch das Kippverhalten des Multivibrators wird gewährleistet, daß der Erregerstrom von der elektronischen
Unterbrecherexnrichtung sprungartig abgeschaltet wird, so daß praktisch keine Verlustleistung beim Ein-und
Ausschalten des Erregerstromes auftritt- Der Multivibrator hat vorzugsweise ein monostabiles Kippverhalten.
Um zu vermeiden, daß bei einem Defekt des Sensors oder
bei festgeklemmter Membrane die Erregerwicklung durch einen dann eingeschalteten Erregerstrom verbrennt, wird in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Sensor über einen astabilen Multivibrator mit dem Eingang des monostabilen
Multivibrators gekoppelt ist. Die Grundfrequenz des astabilen Multivibrators ist dabei kleiner zu wählen als
die Tonfrequenz des Signalhorns und folglich als die Impulsfrequenz
des Sensors bei eingeschaltetem Signalhorn. Bei intaktem Sensor steuert dieser mit der Tonfrequenz des Signalhorns
den astabilen Multivibrator, Beim Ausfall des Sensors oder bei festgeklemmter Membrane arbeitet der astabile Multivibrator
mit seiner Grundfrequenz., so daß auch in diesem ■ Fall der monostabile Multivibrator den Erregerstrom intermittiert
und steuert.
Einzelheiten der Erfindung sind an einem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschintt durch das erfindungsgemäße elektromagnetische
Signalhorn,,
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Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den elektronischen Bausteinen
des Signalhorns,
Fig. 3 den genauen Sehaltungsaufbau des in Fig. 2 dargestellten
Blockschaltbildes und
Fig. 4 den Strom- und Spannungsverlauf an verschiedenen
Punkten der in Fig. 3 dargestellten Schaltung.
Das elektromagnetische Signalhorn ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet.
Es besteht aus einem becherförmigen Gehäuse 11, an dessen Stirnseite eine Membrane 12 festgespannt ist. Die Membrane
trägt an ihrer Vorderseite einen Schwingteller 13 und ist an ihrer Hinterseite mit einem in Schwingung versetzbaren Anker
14 befestigt. Der Anker 14 wirkt mit einem Eisenkern 15 zusammen,
der am Boden des Gehäuses 11 befestigt ist und der eine Erregerwicklung 16 trägt. Die Erregerwicklung 16 ist über eine kontaktlose
Unterbrechereinrichtung sowie über einen Steckanschluß an eine nicht dargestellte Stromquelle anzuschließen. Die kontaktlose
Unterbrechereinrichtung befindet sich in einer am Boden des Horngehäuses 11 befestigten Elektronikbox 18. '
Zur Steuerung der in Fig. 2 mit 19 bezeichneten Unterbrechereinrichtung
in Abhängigkeit von der Stellung der Membrane 12 ist ein Sensor 20 im Horngehäuse 11 angeordnet, der beim Betrieb
des Signalhornes 10 mit dem Aufschlag des Ankers 14 auf den Eisenkern 15, d.h. also in einer bestimmten Position der
Membrane 12 einen Spannungsimpuls abgibt. Der Sensor 20 ist hier als induktiver Geber ausgebildet, dessen Geberwicklung
fest an der Außenseite des Eisenkernes 15 angeordnet ist und dessen in die Geberwicklung 21 eintauchender magnetisch leitender
Kern 22 am Anker 14 befestigt ist. Bei eingeschalteter Erregerwicklung 16 wird von dieser ein Magnetfluß <ß erzeugt,
welcher den Eisenkern 15 durchsetzt und der über den Anker 14 und den zwischen dem Anker 14 und dem Eisenkern 15
befindlichen Luftspalt verläuft. Die Geberwicklung 21 ist dabei je nach Stellung des Ankers 14 von einem mehr oder weniger
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starken Streufluß $ der Erregerwicklung 16 durchsetzt. Beim
Aufschlag des Ankers 14 auf den Eisenkern 15 geht dieser
Streufluß φ sprungartig auf den Wert Null zurück. Durch diese
Plußänderung wird in der Geberwicklung 21 ein Spannungsimpuls zur Steuerung der Unterbrechereinrichtung 19 abgegeben.
Das in Fig. 2 gezeigte Blockschaltbild des Signalhornes besteht
aus einem astabilen Multivibrator 23 einem mononstabilen Multivibrator
24 und der Unterbrechereinrichtung 19. Der Sensor 20 ist über den astabilien Multivibrator 23 mit dem Steuereingang
des monostabilen Multivibrators 24 gekoppelt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 24 ist mit dem Steueranschluß der
Unterbrechereinrichtung 19 derart verbunden, daß diese den Strom in der Erregerwicklung 16 beim Auftreten eines Sensorimpulses
für die vom monostabilen Multivibrators 24 vorgegebene
Zeit unterbricht.
Fig. 3 zeigt das Schaltbild des elektronisch gesteuerten
Signalhorns 10 in allen Einzelheiten. Das positive Potential einer nicht dargestellten Stromquelle gelangt bei eingeschaltetem
Signalhorn 10 über den Steckanschluß 17 auf eine Leitung 25 der Schaltung. Eine weitere Leitung 26 liegt über das Horngehäuse
11 auf Masse. Zwischen beiden Leitungen 25 und 26 liegt zunächst eine Konstantspannungsstufe 27* welche aus
einem Widerstand 28 und einer dazu in Reihe liegenden Z-Diode 29 besteht. Zwischen dem Widerstand 28 und der Z-Diode 29 ist
eine Leitung 30 angeschlossen, die eine von Schwankungen der Eingangsspannung am Anschluß 17 unabhängige, dem Z-Wert der
Z-Diode 29 entsprechende kontstante Spannung führt, über diese
Leitung 30 ist der astabile Multivibrator 23 und der monostabile Multivibrator 24 an die Konstantspannungsstufe 27 angeschlossen.
Der astabile Multivibrator 23 ist in üblicherweise mit einem ersten Transistor 31 und einem zweiten Transistor 32 versehen,
deren Basisanschlüsse jeweils über Schutzdioden 33 und dazu
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in Reihe geschaltete Kondensatoren 34 kreuzweise mit dem Kollektoranschluß
des anderen Transistors verbunden sind. In der Kollektoranschlußleitung des ersten Transistors 31 sind zwei
in Reihe geschaltete Widerstände 35 und 36 angeordnet während
in der Kollektoranschlußleitung des zweiten Transistors 32 ein Widerstand 37 liegt. Zwei weitere Widerstände 38 und 39 sind
zwischen der Versorgungsleitung 30 und den Anodenanschlüssen
der beiden Dioden 33 angeordnet. Sogenannte Freilaufwiderstände JjO sind jeweils zur Steuerstrecke der beiden Transistoren
31, 32 parallel geschaltet..
Per Sensor 20 ist mit seiner Geberwicklung 21 einerseits an
Masse angeschlossen und andererseits an die Steuerstrecke eines weiteren Transistors 4l, dessen Schaltstrecke zur
Steuerstrecke des zweiten Transistors 32 des astabilen Multivibrators 23 parallel geschaltet ist. Der Anschluß a der
Geberwicklung 21 erfolgt über einen Widerstand 42 zur Strombegrenzung
an der Basis des Transistors 41. Das Ausgangssignal
des astäbilen Multivibrators 23 wird an der Schaltstrecke des ersten Transistors 31 zwischen den beiden Widerständen
35 und 36 am Punkt b der Schaltung abgegriffen und dem Eingang
des monostabilen Multivibrators 24 zugeführt. Er besteht im
wesentlichen aus einem Transistor 43, dessen Kollektoranschluß über einen Widerstand 44 mit der Leitung 25 verbunden ist und
dessen Basis einerseits über einen Kondensator 45 am Ausgang b
des astabilen Multivibrators 23 angeschlossen ist und andererseits über einen Widerstand 46 mit der Leitung 30 verbunden
ist. Ein Störschutzkondensator 47 ist zur Steuerstrecke dieses Transistors 43 parallel geschaltet. Der Ausgang des monostabilen
Multivibrators 24 erfolgt über eine Diode 48 am Kollektoranschluß des Transistors 43. Dieser Ausgang £ bildet sogleich den Steuereingang
der kontaktlosen Unterbrechereinrichtung 19. Diese besteht im wesentlichen aus einem mit
der Schaltstrecke an die Erregerwicklung 16 angeschlossenen Darlington-Transistor 49, dessen Steuerstrecke über einen
Widerstand 50 mit dem an die Anschlußleitung 25 angeschlossenen anderen Ende der Erregerwicklung 16 in Verbindung
steht. 609815/0574
Die Schaltstrecke eines Steuertransistors 51 ist ferner zur
Steuerstrecke des Darlington-Transistors 49 parallel geschaltet,
dessen Basis mit dem Kathodenanschluß der Diode 48 am Ausgang £ des monostabilen Multivibrators 24 angeschlossen ist. Zum
Schutz gegen überspannung ist die Schaltstrecke des Darlington-Transistors
49 von einem Kondensator 52 überbrückt. Alle Transistoren
sind pnp-leitend und emitterseitig auf Masse gelegt.
Im folgenden wird die Wirkungsweise des elektronisch gesteuerten Signalhorns anhand der in Fig. 3 gezeigten Schaltung und der
in Fig. 4 gezeigten Strom- und Spannungsverläufe beschrieben.
Im Diagramm a) der Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U20 des Sensors 20 aufgetragen, die im Punkt a der Schaltung
abgegriffen ist. Im Diagramm b) ist der Verlauf der Spannung U23 des astabilen Multivibrators .23 aufgetragen, welche an seinem
Ausgang im Punkt b der Schaltung auftritt. Im Diagramm c) ist der Verlauf der Spannung U24 am Ausgang £ des monostabilen
Multivibrators 24 aufgetragen und im Diagramm d) ist der Verlauf des von der Unterbrechereinrichtung 19 gesteuerten Erregerstromes
116 aufgetragen, der im Punkt d der Schaltung zu messen ist.
Wird am Steckanschluß 17 des Signalhornes 10 die Gleichspannung eines im Fahrzeug untergebrachten, nicht dargestellten Akkumulators
angelegt, welche höher ist als die Z-Spannung der Z-Diode 29, so fließt ein Strom durch den Widerstand 28 und über die
Z-Diode 29 der Konstantspannungsstufe 27 zur Masse. Auf der Leitung 30 tritt dabei eine konstante Spannung auf, welche dem
astabilen Multivibrator 23 und dem monostabilen Multivibrator 24 zugeführt wird. Der astabile Multivibrator 23 arbeitet in
bekannter Weise, indem die beiden Transistoren 31 und 32 durch die jeweilige Umladung der beiden Kondensatoren 34 wechselweise
in den stromleitenden und in den gesperrten Zustand gesteuert werden. Die Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 23 ist durch
die Werte der Widerstände 38 und 39 sowie der beiden Kondensatoren 34 einstellbar. Die Ausgangsspannung des astabilen Multivibrators
23 im Punkt b der Schaltung wird dabei sprungweise hoch - bzw. heruntergesetzt. Der Verlauf der Spannung ist im Diagramm b)
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if „
,g. 24453U
der Pig» 4 dargestellt. Die Periodendauer der Grundfrequenz
des astabilen Multivibrators 23 ist im Diagramm b) gestrichelt eingetragen und T bezeichnet. Der Transistor 43 des monostabilen
Multivibrators 24 wird zunächst über den Widerstand 46 von der Spannung auf der Leitung 30 in den stromleitenden Zustand gesteuert.
Dadurch erhält der Punkt £ der Schaltung praktisch das Massepotential, so daß der Steuertransistor 51 gesperrt wird.
Bei gesperrten Steuertransistor 51 ist die Basis des Darlington-Transistors 49 über den Widerstand 50 mit der Spannung auf der
Leitung 25 verbunden, so daß dieser Transistor 49 voll in den
stromleitenden Zustand gesteuert ist. Es fließt daher beim Einschalten des Signalhornes 10 über die Erregerwicklung 16
und über die Schaltstrecke des Darlinton-Transistors 49 zunächst
der volle Erregerstrom. Da der Kondensator 45 des monostabilen
MuIt!vibrators 24 nun auf die am Widerstand 46 abfallende
Spannung aufgeladen wird, steuert dieser Kondensator 45 über
den Basisanschluß den Transistor 43 unverzüglich in den Sperrzustand,
sobald der Transistor 31 des astabilen Multivibrators 23 stromleitend wird und dadurch das Potential am Punkt b der
Schaltung sprungweise herabsetzt. Damit wird das Potential im Punkt
£ der Schaltung ebenso sprunghaft angehoben, so daß über den Widerstand
44 und die Diode 48 ein Steuerstrom zur Basis des Steuertransistors 51 fließt, der diesen in den stromleitenden Zustand
umsteuert. Dadurch wird die Steuerstrecke des Darlington-Transistors
49 überbrückt und der Erregerstrom 116 unterbrochen.
Die Ausschaltdauer .Ta der Unterbrechereinrichtung 19 wird durch
die vorgegebene Kippzeit des monostabilen Multivibrators 24 bestimmt. Diese läßt sich durch die Größe des Widerstandes 46
und des Kondensators 45 einstellen. Nach dem Umladen des Kondensators 45 über den Widerstand 46 wird die Basis des Transistors
43 erneut positiv, so daß nach Ablauf der Ausschaltzeit Ta der Transistor 43 wieder stromleitend wird. Dadurch wird der Steuertransistor
51 erneut in dem Sperrzustand gesteuert und folKlich
der Darlington-Transistor 49 erneut stromleitend.
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Bei einem Ausfall des Sensors 20 oder bei einem Festklemmen der
Membrane 12 des Signalhorns arbeitet die Unterbrechereinrichtung
19 mit der Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 23. Diese Grundfrequenz ist so gewählt, daß sie kleiner ist
als die gewünschte Tonfrequenz des Siganlhornes 10. Die Tonfrequenz entspricht der Aufschlagfrequenz des Ankers 14 am
Eisenkern 15 und sie entspricht folglich der beim Aufschlag im Sensor 20 erzeugten Impulsfrequenz. Demzufolge ist auch die
Periodendauer Ts der Impuls frq*uenz kleiner als die Periodendauer
T der Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 23. Durch die vom Sensor 20 abgegebenen Spannungsimpulse U20, welche über den
Widerstand.42 zu Basis des Transistors 41 gelangen, wird dieser
in den stromleitenden Zustand umgeschaltet. Dadurch wird die Steuerstrecke des zweiten Transistors 32 des astabilen Multivibrators
22 überbrückt und damit vorzeitig in den Sperrzustand umgeschaltet. Als Folge davon wird auch der erste Transistor 31
vorzeitig in den stromleitenden Zustand zurückgeschaltet. Dadurch wird - wie aus dem Diagramm b)der Fig. 4 ersichtlich ist - die
Periodendauer T des astabilen Multivibrators 23 durch die Spannungsimpulse U20 des Sensors 20 verkürzt. Auf diese Weise
arbeitet bei intaktem Signalhorn 10 der mit den Spannungsimpulsen U20 des Sensors 20 gesteuerte astabile Multivibrators 23 mit der
Impulsfrequenz des Sensors 20, die mit der Tonfrequenz des Signalhornes 10 übereinstimmt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, da der Sehaltungsaufbau der einzelnen Schaltstufen
wahlweise geändert werden kann. Die Verwendung einer Kostantspannungsstufe
27 und des astabilen Multivibrators 23 ist nicht zwingend erforderlich. Die Ansteuerung einer monostabilen Kippstufe durch die Spannungsimpulse U20 des Sensors reichen bereits
aus, um den Erregerstrom II6 durch die Unterbrechereinrichtung
zu steuern. Wird ein astabiler Multivibrator 23 verwendet, dessen Ausgangssignale vom Geber 20 ausgelöst werden und deren Signallänge
durch ein entsprechend eingestelltes Tastverhältnis die gewünschte Aus schalt zeit _Ta des Erregerstromes hat, so kann auf
den monostabilen Multivibrator 24 verzichtet werden. Ferner kann anstelle eines induktiven Impulsgebers auch ein kapazitiver oder
ein optischer Sensor verwendet werden. Dabei ist wesentlich, daß
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- Io -
eier Steuerimpuls jewel.Is rait dem Aufschlag des Ankers lh am
Eisenkern 16 erzeugt wird»
- 11 -
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Claims (1)
- Ansprüche,/ Elektromagnetisches Signalhorn mit einem an der Membrane befestigten, in Schwingung versetzbaren Anker, der mit einem festangeordneten Eisenkern zusammenwirkt., welcher eine Erregerwicklung trägt, die über eine in Abhängigkeit von der Membranstellung steuerbare, kontaktlose Unterbrechereinrichtung an eine elektrische Stromquelle anzuschließen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein beim Aufschlag des Ankers (14) auf den Eisenkern (15) einen Spannungsimpuls (U20) abgebender Sensor (20) mit dem Steuereingang (a) eines Multivibrators-(23, 24) gekoppelt ist, dessen Ausgang (c) mit dem Steueranschluß der Unterbrechereinrichtung (19) derart verbunden ist, daß diese den Strom (116) in der Erregerwicklung (16) beim Auftreten eines Sensorimpulses für die vom Multivibrator (21I) vorgegebene Kippzeit (Ta) unterbricht.2. Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) als induktiver Geber ausgebildet ist.3. Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberwicklung (21) je nach Stellung des Ankers (14) von einem mehr oder weniger starken Streufluß ($) der Erregerwicklung (16) durchsetzt ist.- 12 609815/0574Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberwicklung (21) fest im Gehäuse (11) angeordnet und ein in die Geberwicklung eintauchender magnet:- tisch leitender Kern (22) am Anker (1*1) befestigt ist.5. Elektromagnetisches Signalhorn nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) über einen astabilen Mulitivibrator (23) mit dem Steuereingang eines monostabilen Multivibrators (24) gekoppelt ist.6. Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß bei eingeschaltetem Signalhorn (10) die Periodendauer (Ts) der Imupulsfrequenz des Sensors (20) kleiner ist als die Periodendauer (T) der Grundfrequenz des astabilen Mulitvibrators (23).7. Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer (T) des astabilen Multivibrators (23) durch die Spannungsimpulse (U20) des Sensors (20) zu verkürzen ist, wobei das Ausgangssignal des astabilen Multivibrators (23) an der Schaltstrecke seines ersten Transistors (3D abgegriffen ist.8. Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) an die Steuerstrecke eines Transistors (41) angeschlossen ist, dessen Schaltstrecke zur Steuerstrecke des zweiten Transistors (32) des astabilen Multivibrators (23) parallel geschaltet ist.609815/0574 -13-Elektromagnetisches Signalhorn nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinrichtung (19) aus einem mit der Schaltstrecke an die Erregerwicklung (16) angeschlossenen Darlington-Transistor (49) besteht, dessen Steuerstrecke einerseits über einen Widerstand (50) mit dem anderen Anschluß der Erregerwicklung (16) in Verbidung steht und andererseits von der Schaltstrecke eines Steuertransistors (51) überbrückbar ist, dessen Steuerstrecke am Ausgang (c) des monostabilen Multivibrators (24) angeschlossen ist.Elektromagnetisches Signalhorn nach einen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator (24) und der astabile Multivibrator (23) an eine Konstantspannungsstufe (27) angeschlossen ist-6098 15/0574
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