DE2445344B2 - Elektromagnetisches Signalhorn - Google Patents

Elektromagnetisches Signalhorn

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DE2445344B2 DE19742445344 DE2445344A DE2445344B2 DE 2445344 B2 DE2445344 B2 DE 2445344B2 DE 19742445344 DE19742445344 DE 19742445344 DE 2445344 A DE2445344 A DE 2445344A DE 2445344 B2 DE2445344 B2 DE 2445344B2
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Description

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 Abhängig-
i* keit von der Membranstellung steuerbare kontaktlose Unterbrechereinrichtung an eine elektrische Stromquelle anzuschließen ist
Bei derartigen Signalhörnern ist es bekannt, die üblicherweise verwendeten mechanischen -Unterbreeher 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 andere Behördenfahrzeuge verwendet werden
Es ist bei einem jlektronisch gesteuerten Signalhorn (FR-PS 14 28 483) bekannt, din Schwingung der
μ 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 erhebi:':he 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 möglichstgering wird.
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 Unterbrechereinrichtung 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 Unterbrechereinrichtung 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 Ober 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 SignaJhorns und folglich als die Impulsfrequenz des Sensors bei eingeschaltetem Signalhorn. Bei intaktem Sensor steuert dieser mit der Tonfrequenz des Signalhorns den astabilen Multivibrator. Eeim Ausfall des Sensors oder bei festgeklemmter Membrane arbeitet der astabile Multivibrator mit seiner Grundfrequenz, so daü auch in diesem Fall der is monostabile Multivibrator den Erregerstrom intermittiert und steuert.
Einzelheiten der Erfindung sind an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch das erfindungsgemä-Be elektromagnetische Signalhorn,
Fig.2 ein Blockschaltbild mit den elektronischen Bausteinen des Signalhorns,
F i g. 3 den genauen Schaltungsaufbau des in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbildes und
F i g. 4 den Strom- und Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der in F i g. 3 dargestellten Schaltung.
Das elektromagnetische Signalhorn ist in F i g. 1 mit 10 bezeichnet Es besteht aus einem becherförmigen Gehäuse 11, an dessen Stirnseite eine Membrane 12 festgespannt ist Die Membrane 12 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 SteckanschluB 17 an eine nicht dargestellte Stromquelle anzuschließen. Die kontak'.'.ose 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 Horngehäjse 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 21 fest an der Außenseite des Eisenkern./ 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 Φ 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 &o 14 von einem mehr oder weniger starken Streufluß Φ' 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 Flußänderung wird in der Geberwicklung 21 ein Spannungsimpuls zur Steuerung der Unterbrechereinrichtung 19 abgegeben.
Das in F i g. 2 gezeigte Blockschaltbild des Signalhor
nes besteht aus einem astabilen Multivibrator '23 einem monostabilen Multivibrator 24 und der Unterbrechereinrichtung 19, Der Sensor 20 ist über den astabüen 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 Multivibrator 24 vorgegebene Zeit unterbricht
F i g. 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 U 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-Däode 29 ist eine Leitung 30 angeschlossen, die eine von Schwankungen der Eingangsspannung am Anschluß 17 unabhängige, dem Z-Wert der Z-Diode 29 entsprechende konstante Spannung führt Übei diese Leitung 30 ist dr.r astabile Multivibrator 23 und der monostabile Multivibrator 24 an die Konstantspannungsstufe 27 angeschlossen. Der astabile Multivibrator 23 ist in üblicher Weise mit einem ersten Transistor 21 und einem zweiten Transistor 32 versehen, deren Basisanschlüsse jeweils über Schutzdioden 33 und dazu 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 Transisors 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 Freilaufwidcrstände 40 sind jeweils zur Steuerstrecke der beiden Transistoren 31,32 parallelgeschaltet.
Der Sensor 20 ist mit seiner Geberwicklung 21 einerseits an Masse angeschlossen und andererseits an die Steuerstrecke eines weiteren Transistors 4t, dessen Schaltstrecke zur Steuerstrecke des zweiten Transistors 32 des astabilen Multivibrators 23 parallelgeschaltet ist. Der Anschluß a der Geberwicklung 21 erfolgt über einen Widerstand 42 zur Strombegrenzung an der Basis des Transistors 41. Das Ausgangssignal des astabilen Multivibrators 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 41 mit der Leitung 25 verbunden ist und dessen Basis einerseits über einen Kondensator 45 am Ausgang ödes astabilen Multivibrators 23 angeschlossen ist und andererseits über einen Widerfand46mit der Leitung 30 verbunden ist. Ein Störschutzkondensator 47 ist zur Steuerstrecke dieses Transistors 43 parallel geschaltet Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 24 erfclgi Ober eine Diode 48 am Kollektoranschluß des Transistors 43. Dieser Ausgang c bildet sogleich den Steuereingang der kontaktlosen Unter ^rechceinheit 19. Dies besteht im wesentlichen aus einem mit der Schaltstrecke an die Erregerwicklung 16 angeschlossenen Darlington-Tran-
sistor 49, dessen Steuerstrecke über einen Widerstand SO mit dem an die Anschlußleitung 25 angeschlossenen anderen Ende der Erregerwicklung 16 in Verbindung steht.
Die Schaltstrecke eines Steuertransistors 51 ist ferner zur Steuerstrecke des Darlington-Transistors 49 parallelgeschaltet, dessen Basis mit dem Kathodenanschluß der Diode 48 am Ausgang c 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 F i g. 3 gezeigten Schaltung und der in F i g. 4 gezeigten Strom- und Spannungsverläufe beschriebenen. Im Diagramm a der Fig.4 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U 20 des Sensors 20 aufgetragen, die im Punkt a der Schaltung abgegriffen hat. 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 (724 am Ausgang c des monostabilen Multivibrators 24 aufgetragen und im Diagramm d ist der Verlauf des von der Unterbrechereinrichtung 19 gesteuerten Erregerstromes /16 aufgetragen, der im Punkt i/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 der F i g. 4 dargestellt Die Periodendauer der Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 23 ist im Diagramm b gestrichelt eingetragen und mit T bezeichnet. Der Transistor 43 de 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 eder Schaltung praktisch das Massepotential, so daß der Steuertransistor 51 gesperrt wird. Bei gesperrtem 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 Darlington-Transistors 49 zunächst der volle Erregerstrom. Da der Kondensator 45 des monostabilen Multivibrators 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 c 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
ίο /16 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 folglich der Dariington-Transisior 45 erneut stromleitend.
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 Signalhorns 10. Die Tonfrequenz entspricht der Aufschlagfrequenz des Anker: 14 am Eisenkern 15 und sie entspricht folglich
jo der beim Aufschlag im Sensor 20 erzeugten Impulsfrequenz. Demzufolge ist auch die Periodendauer Ts der Impulsfrequenz kleiner als die ?eriodendauer T der Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 23. Durch die vom Sensor 20 abgegebenen Spannungsimpulse t/20, welche über den Widerstand 42 zu Basis des Transistors 41 gelangen, wird dieser in den stromleitenden Zustand umgeschaltet. Dadurch wiird 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 Γ des astabilen Multivibrators 23 durch die Spannungsimpulse L/20 des Sensors 20 verkürzt. Auf diese Weise arbeitet bei intaktem Signalhorn 10 der mit den Spannungsimpulsen L/20 des Sensors 20 gesteuerte astabile Multivibrator 23 mit der Impulsfrequenz des Sensors 20, die mit der Tonfrequenz des
Signalhorns 10 übereinstimmt.
Der Schakungsaufbau der einzelnen Schaltstufen kann wahlweise geändert werden. Die VerwenJung einer Konstantspannungsstufe 27 und des astabilen Multivibrators 23 ist nicht zwingend erforderlich. Die Ansteuerung einer monostabilen Kippstufe durch die Spannungsimpulse U 20 des Sensors reichen bereits aus, um den Erregerstrom /16 durch die Unterbrechereinrichtung 19 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 Ausschaltzeit 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 der Steuerimpuls jeweils mit dem Aufschlag des Ankers 14 am Eisenkern 16 erzeugt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. 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 (24) 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 (Φ') der Erregerwicklung (16) durchsetzt ist.
    4. Elektromagnetisches Signalhorn nach Anspruch
    3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberwicklung (21) fest im Gehäuse (11) angeordnet und ein in die Geberwickli-.ng eintauchender magnetisch leitender Kern (22) am Anker (14) befestigt ist.
    5. Elektromagnetisches Signalhorn nach einem der vorherigen Ansprüche-, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) über einen dstabilen Multivibrator (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 Impulsfrequenz des Sensors (20) kleiner ist als die Periodendauer (T) der Grundfrequenz des astabilen Multivibrators (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 (31) abgegriffen ist.
    3. 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) parallelgeschaltet ist.
    9. Elektromagnetisches Signalhorn nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Uriterbrechereinrichtung (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 Verbindung steht und andererseits von der Schaltstrecke eines Steuertransistors (51) überbrückbar ist, dessen Steuerstrecke am Ausgang (ς/des monostabilen Multivibrators (24) atigeschlossen ist,
    10, Elektromagnetisches Signalhorn nach einem
    der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator (24) und der astabile Multivibrator (23) an eine Konstantspannungsstufe (27) angeschlossen ist.
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