DE3231259A1

DE3231259A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachung

Info

Publication number: DE3231259A1
Application number: DE19823231259
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(grad.) 7730 Villingen-Schwenningen Moosmann; Rolf Dr.-Ing. 7742 St. Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1983-03-10
Anticipated expiration: 2002-08-24
Also published as: USRE33167E; DE3231259C2; FR2513379A1; FR2513379B1; US4544852A

Description

Schaltungsanordnung zur
Drehzahl überwachung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahl überwachung, insbesondere für Lüfterantriebe.
Solche Drehzahlüberwachungsanordnungen werden beispielsweise in Verbindung mit Lüftern zum Kühlen v<>n elektronischen Computern oder anderen temperaturempfindlichen Baugruppen eingesetzt. Sie erfüllen dabei den Zlteck.Alarm-und/oder Schaltvorgänge auszulösen, sobald d<r Lüfter stehenbleibt oder die Lüfterdrehzahl unter einen vorbestimmten Mindestwert absinkt, um Schäden der gekühlten Baugruppen zu vermeiden. Bei Anwendungen der vorstehend skizzierten Art kann ein Lüfterausfall empfindliche Schäden nach sich ziehen. Der sicheren Erkennung einer Lüfter fehl funktion kommt infolgedessen große praktische Bedeutung zu. Bei anderen Anwendungsfällen kdnn es wichtig sein, das Überschreiten einer vorgegebenen tlöchstdrehzahl zuverlässig zu erfassen bzw. anzuzeigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahl überwachung zu schaffen, die relativ einfach aufgebaut ist und hohe Funktionssicherheit hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Erfassungseinrichtung zur Erzeugung einer Eingangssignalfolge, die eine drehzahlabhängige Folgefrequenz hat, einen Signalumsetzer zur Umwandlung der Eingangssignalfolge in ein Ausgangssignal, dessen Amplitude eine Funktion der Folgefrequenz der Eingangssignalfolge ist, und eine Auswerteschaltung mit mindestens einem mit dem Ausgangssignal beaufschlagten Schwellwertglied, dus anspricht, wenn die Ausgangssignalamplitude einen Wert erreicht, der dem Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl bzw. dem Überschreiten einer vorgegebenen l/öchstdrehzahl entspricht.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt Drehzahlen sicher erkennen* die oberhalb oder unterhalb einer vorbestimmten Mindestdrehzahl oder einer vorgegebenen llöchstdrehzahl liegen. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel ist die Unterschreitung einer kritischen Mindestdrehzahl bei einem Lüfterantrieb. Bevorzugte weitere Ausgestaitungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Für viele praktische Anwendungen ist es von besonderem Vorteil, wenn die Auswerteschaltung eine vorgegebene Ansprechaerzögerung hat. Es wird dadurch möglich, kurzzeitige llrehzahlunterschreitungen oder -überschreitungen von er Erfassung auszuschließen. Beispielsweise läßt sich auf diese Weise einfach verhindern, daß eine für die Erkennung des Unterschreitens einer Mindestdrehzahl ausgelegte Schaltungsanordnung bereits beim Hochlauf unerwünscht anspricht.
Vorzugsweise ist ferner das Schwellwertglied mit einer positiven Rückkopplung (Mitkopplung) versehen. Eine solche Rückkopplung führt zu einer weiteren Erhöhung der Funktionssicherheit, indem sie ein einwandfreies Schalten des Schwellwertgliedes gewährleistet.
Wichtig ist es auch häufig, daß die Auswerteschaltung eine Latchfunktion, d.h. eine Speicher- oder Verriegelungswirkung, hat. Auf diese Weise können erkannte Drehzahlüberschreitungen oder -unterschreitungen gespeichert werden. Beispielsweise kann erreicht werden, daß sich die Auswerteschaltung nach Ablauf der Verzögerungszeit bei Absinken der Folgefrequenz der Eingangssignale unter einen vorbestimmten Grenzwert unter Abgabe eines Ausgangssignals verriegelt. Durch die Verriegelung wird bei unerwünschtem Drehzahlabfall ein insbesondere als Alarm- oder Schaltsignal nutzbares Ausgangssignal erzwungen. Es läßt sich eine besondere Sicherung der Anzeige gegen unbeabsichtigtes Löschen erreichen.
Wird die Auswerteschaltung mit einer eigenen Stromversorgung versehen. ist eine Auswertung auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung des Antriebs und/oder des Signalumsetzers gewährleistet.
Die Eingangssignalfolge läßt sich grundsätzlich auf beliebige Weise gewinnen. Im Falle der Überwachung der Drehzahl eines Elektromotors, beispielsweise eines Lüftermotor;, kann der Eingang der Impulsformerstufe einfach an reine Sensorspule angeschlossen sein, die als Zusatzwicklung auf mindestens einem Statorpol des überwachten Motors sitzt. Eine andere konstruktiv einfache Lösung besteht darin, an den Eingang der Impulsformerstufe eine Sensorspule mit zugeordnetem Sensormagnet anzuschließen, an der ein ferromagnetisches Teil, beispielsweise Lüfterschaufeln aus Stahl, vorbeiläuft.
Weitere linzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erläuterung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Drehzahlüberwachungsschaltung nach der Erfindung, Fign. 2 und 3 Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise des Signalumsetzers nach Fig. 1, Fign. 4 und 5 Ergänzungsbaugruppen für die Drehzahlüberwachungsschal tung nach Fig. 1, Fig. 6 eine abgewandolte Ausführungsform der Auswerteschaltung sowie deren Verbindung mit dem Signalumsetzer.
Fig. 7 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Drehzahl überwachungsschaltung nach der Erfindung, Fig. 8 Impulsdiagramme für die Anordnung nach Fig. 7 während des Anlaufvorgangs, Fig. 9 lmpulsdiagramme entsprechend Fig. 8 für den Fall, daß die überwachte Anordnung mit normaler Drehzahl läuft, Fig. 10 lmpulsdiagramme entsprechend Fig. 8 für den Fall, daß die überwachte Anordnung mit Unterdrehzahl läuft, Fig. 11 in Prinzipdarstellung den Sensor eines überwachten Cleichstrommotors mit zusätzlich aufgebrachter Sensorspule, und Fig. 12 schematisch eine abgewandelte Ausführungsform der Sensoranordnung.
Fig. 1 zeigt einen Motor 10, bei dem es sich beispielsweise um einen kollektorlosen Gleichstrommotor der im einzelnen in der älteren Anmeldung P 30 44 027.8 beschriebenen Art handeln kann. Der Motor 10 treibt einen Tachogenerator 14 an, der an seinem Ausgang Rechteckimpulse 15 liefert. Das Ausgangssignal des Tachogenerators 14 wird dem Eingang eines Signalumsetzers 9 zugeführt, der als Frequenz/Spannungswandler ausgelegt ist. Anstelle eines Tachogenerators kann auch eine beliebige andere Erfas ungseinrichtung zur Erzeugung einer Eingangssignalfolge mit von der Drehzahl des rotors 10 abhängiger Folgefrequenz vorgesehen sein. Beispiele dafür sind weiter unten in Verbindung mit den Fign. 11 und 12 erläutert. Der Signalumsetzer 9 weist eine Differenzierstufe bestehend aus einem Kondensator 16 und einem Widerstand 17 auf. Diese differenziert die Rechteckimpulse 15 zu relativ kurzen Nadel impulsen 18, von denen im vorliegenden Fall nur die positiven impulse wirksam sind.
Die Nadelimpulse 18 werden der Basis eines npn-Entladetransistors 19 zugeführt, dessen Emitter an eine negative Leitung 20 angeschlossen ist, während sein Kollektor mit einem Knotenpunkt 23 und über diesen mit dem Eingang einer Schwllwrtstufe 24 verbunden ist. Zwischen dem Knotenpunkt 23 und der negativen Leitung 20 liegt ein Kondensator 25. Zwischen eine positive Leitung 26 und den Knotenpunkt 23 ist ein Widerstand 27 geschaltet, der einstellbar ausgebildet sein kann. Der Widerstand 27 bildet die Ladestrecke für den Kondensator 25, der über den Transistor 19 entladen werden kann. Ausgangsimpulso 30 der Schwellwertstufe 24 werden über eine Diode 56 einem Integrator zugeführt, der einen Integrierkondensator 33 und diesem parallelgeschaltete passive Entlademittel, hier in Form eines Widerstands 34, aufweist. Die Impulse 30 werden mittels des Integrierkondensators 33 integriert, so daß an einem den Ausgang des Signalumsetzers 9 bildenden Knotenpunkt 35 ein drehzahlabhängiges Analogsignal 141 auftritt, dessen Amplitude durch die fiäufigkeit und Länge der Impulse 30 bestimmt ist und mit steigender Drehzahl abnimmt.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Signalumsetzers 9 wird auf die Fign. 2 und 3 Bezug genommen. Fig. 2 zeigt schematisch die Verhältnisse bei einer relativ niedrigen Drehzahl, Fig. 3 bei einer höheren Drehzahl. Es werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in big. 1. Am Ausgang der Differenzierstufe 16, 17 treten die Nadelimpulse 18 (Fign. 2A und 3A) mit einer Frequenz auf, die der Drehzahl des Motors -10 proportional ist. Die positiven Nadelimpulse 18 schalten jeweils den Transistor 19 kurzzeitig voll ein; letzterer entlädt dabei den Kondensator 25. Der Kondensator 25 wird über den Ladewiderstand 27 ständig nach einer e-Funktion aufgeladen (naturgemäß wäre auch eine andere Ladecharakteristik möglich). Die Ladezeitkonstante ist dabei wesentlich größer als die Entladezeitkonstante. Je nach dem, wic dicht die impulse 18 aufeinander folgen, erreicht die Spannung 39 am Kondensator 25 eine bestimmte Höhe, bevor der Kondensator wieder entladen wird. Man erkennt das durch einen Vergleich von Fig. 2B und Fig. 3B. Bei Fig. 2 läuft der Motor 10 langsam, und die Spannung 39 erreicht eine relativ hohe Amplitude. Im Falle der Fig. 3 läuft der Motor 10 schneller; die Amplitude der Spannung 39 ist niedriger. Diese Amplitude ist also ein Maß für die Drehzahl des Motors 10.
Die Schwellwertstufe 24 ist auf eine bestimmte Schwellenspannung 1' eingestellt, die in Fig. 2B und 3B eingetra-5 gen ist. l'bersteigt die Spannung 39 am Kondensator 25 den Wert l , gibt das Schwellwertglied 24 so lange ein Ausgangssignl 30 von vorbestimmter, konstanter Amplitudc ab, bi: die Spannung 39 wieder unter den Schwellwert ll 5 gefallen ist.
In Fig. 2 übersteigt z.B. die Spannung 39 zum Zeitpunkt t den Schweilwert Us, und zum Zeitpunkt t2 wird sie wieder 5 kleiner ais dieser. Man erhält so Ladestromimpulse 30 am Ausgang der Schwellwertstufe 24, welche gemäß Fig. 2C relativ lang sind, wenn die Drehzahl niedrig ist und welche gemäß Fig. 3C mit steigender Drehzahl immer kürzer werden.
Die impul:e 30 werden dem Integrator 33, 34 zugeführt und dort integriert. Bei niedrigen Drehzahlen ist deshalb die Amplitude des Analogsignals 141 am Knotenpunkt 35 hoch; bei höheren Drehzahlen sinkt die Amplitude des Signals 141 ab.
Der Ausgang des Signalumsetzers 9 ist mit dem Eingang eines Schwellwertgliedes 142 verbunden, das der Auswertung des drehzahlabhängigen Analogsignals 141 dient. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß das Schwellwertglied 142 gekippt wird, wenn das Analogsignal 141 eine vorbestimmte Amplitude übersteigt, d.h.
die Drehzihl des Motors 10 unter einen vorgegebenen unteren Grenzwert absinkt. In diesem Fall erscheint am Ausgang 143 des Schwellwertglieds 142 ein entsprchendes Erkennungssignal. Stattdessen könnte die Schaltungsauslegung auch so getroffen sein, daß das Schwellwortglied 142 umschaltet, wenn das Analogsignal 141 unter eine vorbestimmte Amplitude abfällt, d.h. die Drehzahl des Motors 10 einen vorgegebenen Höchstwert übersieigt.
Als Erläuterungsbeispiel sei angenommen, daß der Gleichstrommotor 10 eine Nenndrehzahl n1 = 1000 min 1 hat und Drehzahlen n2 600 min erkannt werden sollen. In diesem Foll braucht der Schwellwert des Kippglieds 112 nur entsprechend eingestellt zu sein, um ein Kippen desselben bei der kritischen Drehzahl von 600 min 1 zu gewirken.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zeigt, w<inn keine besonderen Vorkehrungen getroffen sind, ein Fhlersignal (n24 600 min 1) auch während der Hochlaufphase des Motors 10 an. Um dies zu vermeiden, kann entsprechend Fig. 4 an den Ausgang 143 ein beispielsweise aus einem Widerstand 144 und einem Kondensator 145 bestehendes statisches Zeitglied 146 mit nachgeschaltetem Schwellwertglied 147 angeschlossen sein. Die Zeitkonstante T des Zeitglieds 146 ist vorzugsweise etwas größer als die Hochlaufzeit des Motors 10, beispielsweise gleich der doppelten Hochlaufzeit, gewählt. Das bewirkt, daß am Ausgang 14.d der auf diese Weise erweiterten Überwachungsschaltung nur Drehzahlunterschreitungen angezeigt werden, die länger als die Zeitkonstante T andauern.
in der Praxis kann es sich als wünschenswert erweisen, eine Unterschreitung oder Überschreitung einer kritischen Drehzahl zu speichern. Für diesen Zweck kann <ntsprechend Fig. 5 an den Ausgang 148 des Schwellwertglieds 147 der Setzeingang S eines Digitalspeichers 151 angeschlossen sein, bei dem es sich beispielsweise um ein RS-Kippglied mit einem Rückstelleingang 149 (R) handeln kann. Die Anzeige geschieht in diesem Fall an dem Ausgang 150 (0) des rücksetzbaren Speichers 151.
Fig. 6 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, welche die Funktionen der Fign. 4 und 5 vereint. Der Schaltungsanordnung gemäß Fig.6 ist der Signalumsetzer 9 vorgeschaltet. Bei 20 und 26 sind wiederum die negative bzw. die positive Leitung angedeutet. Das drehzahlabhängige Analogsignal 141 vom Ausgang 35 des Signalumsetzers 9 geht an die Basis eines pnp-Transistors 167, dessen Kollektor/Emitterstrecke mit einem Widerstand 152 und der Lichtemissionsdiode eines für eine Potentialtrennung sorgenden optoelektronischen Kopplers 159 in Reihe liegt. Der Koppler 153 weist einen Fototransistor auf, dessen Ausgang mit dem Eingang 169 einer insgesamt mit 168 bezeichneten Auswerteschaltung verbunden ist.
Die Ausw<.rteschaltung 168 ist mit einer eigenen Spannungsversorgung in Form der positiven Leitung 164 und der negativen leitung 166 versehen. Damit bleibt die Auswerteschaltun;: 168 in vorteilhafter Weise auch bei einem Zusammenbrich der Spannungsversorgung des Motors 10 funktionsfäheg, die die gleiche wie diejenige des Signalumsetzers 9 sein kann. Die Kollektor/Emitterstrecke des Fototransistors des Kopplers 153 liegt in Reihe mit einem Arbeitswiderstand 154. Der Eingang 169 stellt den Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 154 und dem Kollektor des Fototransistors des Kopplers 153 dar. Am Eingang 169 erscheint ein dem drehzahl abhängigen Analogsignal 141 entsprechendes Signal. das dem (+)-Eingang eines Schwellwertgliedes 155 zugeht, das funktionsmäßig dem Schwellwertglied 142 der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht.
I)er (-)-Eingang des Schwellwertgliedes 155 ist an einen Knotenpunkt 171 zwischen zwei Widerständen 159, 160 angeschlossen. die einen zwischen der Spannungsversorgung 164, 166 liegenden Spannungsteiler bilden. Dieser Spannung teiler kann zweckmäßig ein Teilerverhältnis von 1:2 haben.
Der Ausgang des Schwellwertglieds 155 steht über die Reihenschaltung eines Widerstands 156 und zweier Dioden 157, 158 mit der positiven Leitung 164 in Verbindung. An den Knotenpunkt 170 zwischen dem Widerstand 156 und der Anode der Diode 157 ist das statische Zeitglied bestehend aus den Widerständen 144,156 unddem Kondensator 145 angeschlossen. Der Knotenpunkt 172 zwischen dem Widerstand 144 und dem Kondensator 145 ist mit dem (-)-Eingang eines weiteren Schwellwertgliedes 163 verbunden, dessen (+)-Eingang an den Knotenpunkt 171 des Spannunsteilers 15, 160 angeschlossen ist. Der Knotenpunkt 171 steht feiner über eine Diode 162 mit dem Ausgang des Schwellwertglieds 163 in Verbindung, während der Knotenpunkt 172 über eine Diode 161 mit der positiven Leitung 164 verbunden ist. Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 168 erscheint am Ausgang 150 des Schwellwertgliedes 163.
Die Auswerteschaltung 168 mit den beiden als Komparatoren ausgebildeten Schwellwertgliedern 155, 153 arbeitet wie folgt: Solange der Motor 10 mit einer Drehzahl läuft, die höher als die zu erkennende niedrige kritische Drehzahl n2 ist, hat die Amplitude des Analogsignals 141 und damit auch die Amplitude des am Einfang 169 auftretenden drehzahlabhängigen Analogsignals einen Wert, der kleiner als der vom Spannungsteiler 159, 160 bestimmte Spannungswert am (-)-Eingang des Schwellwertgliedes 155 ist. Der Ausgang des Schwellwertglieds 155 liegt niedrig. Der Kondensator 145 wird nur minimal - nämlich auf die zweifache Diodenspannung der Dioden 157 bzw. 158 - aufgeladen. Das Signal am (-)-Eingang des Komparators 163 liegt niedriger als die Spannung am (+)-Eingang dieses Komparators.
Am Ausgang 150 tritt ein hochliegendes Signal auf. Die Dioden 161 und 162 sind gesperrt.
Sobald die Drehzahl des Motors 10 auf den kritischen unteren Drehzahl wert n2absinkt, bringt das Signal am Eingang 169 das Schwellwertglied 155 zum Kippen. Der Ausgang des Schwellwertgliedes 155 geht hoch. Der Kondensator 145 lädt sich über die Widerstände 144 und 156. Der Widerstand 156 (Arbeitswiderstand des Schwellwertgliedes 155) ist wesentlich kleiner als der Widerstand 144 und somit an der Ladezeitkonstante T nur unmerklich beteiligt. Sobald die Spannung am Knotenpunkt 172 einen Wert erreicht, der über dem Wert der Spannung am Knotenpunkt 171 liegt, wird das Schwellwertglied 163 an seinem (-)-Eingang gekippt. Der Ausgang 150 des Schwellweltgliedes 163 springt auf niedriges Potential.
Dadurch wird am Ausgang 150 ein Erkennungssignal abgegeben. Über die Diode 162 wird der (+)-Eingang des Komparators 163 niedrig gehalten. Cleichzeitig wird der (-)-Eingang des Komparators 155 vom Knotenpunkt 171 aus mit diesem niedrigen Potential beaufschlagt. Das Schwellwertglied 155 wird ebenso wie das Schwellwertglied 163 verriegelt, wobei die Serienschaltung der Dioden 157, 158 dafür sorgt, daß am Knotenpunkt 170 ein etwas höheres Potential (entsprechend dem zweifachen Wert der Diodenspannung der Dioden 157 bzw. 158) als am Knotenpunkt 171 (entsprechend der Diodenspannung der Diode 162) liegt.
Die Drehzahl erkennung wird auf diese Weise zuverlässig gespeichert. Der von dem Schwellwertglied 163 gebildete Speicher läßt sich zurücksetzen, indem die Versorgungsspannung der Auswerteschaltung 168 abgeschaltet wird.
Dann wird der Kondensator 145 über die Diode 161 entladen.
Es versteht sich, daß die Entladung des Kondensators 145 zwecks Rückstellen des Speichers 163 auch auf andere Weise, beispielsweise über einen zusätzlichen Entladetransistor, bewirkt werden kann. Zur Verriegelung des Speichers 1o3 in der Erkennungsstellung können die Dioden 157, 158 auch durch einen Widerstand ersetzt werden, der zusammen mit dem Widerstand 156 einen Spannungsteiler biLdet, der nch Kippen des Schwellwertglieds 163 den Knotenpunkt 170 positiver als den Knotenpunkt 171 hält.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 erlaubt es, die Funktion der Fign. 4 und 5 mit einer besonders kleinen Anzahl von Bauelementen zu verwirklichen. Die erläuterte Anordnung läßt sich auch einsetzen, um an Stelle des Unterschreitens eines Mindestdrehzahlwertes das Überschreiten eines Höchstdrehzahlwertes zu erkennen. Außerdem versteht es sich, daß an den Ausgang des Signalumsetzers 9 mehrere Auswerteschaltungen mit unterschiedlichen Schwellwerten angeschlossen werden können, um das Unter- oder Überschreiten mehrerer unterschiedlicher Drehzahl werte anzuzeigen.
Die abgewandelte Drehzahlüberwachungsanordnung nach Fig. 7 weist vier Komparatoren 210, 211, 212, 213 auf, die zweckmäßig Teil einer integrierten Vierfachkomparatorschaltung (beispieLsweise vom Typ 2901N, National Semiconductor) sind. Der erste Komparator 210 bildet eine lmpulsformerstufe, an deren Eingang A eine Sensorspule 215 angeschlossen ist. Über Widerstände 221, 222 ist der Komparator 210 gegengekoppelt, um jeder Schwingneigung entgegenzuwirken, Der Ausgang des Komparators 210 steht über einen Arbeitswiderstand 223 und eine Leitung 216 mit der Betriebsspannung +UB in Verbindung. An den Ausgang B der vom Komparator 210 gebildeten Impulsformerstufe ist eine Differenzierstute bestehend aus einem Kondensator 224 und einem Widerstand 225 angeschlossen. Auf die Differenzierstufe 224, 225 folgt ein Signalumsetzer, zu dem die beiden Komparatoren 211 und 212 gehören und der in diesem Fall eine nachtriggerbare monostabile- Kippschaltung darstellt.
Die invertierenden Eingänge der Komparatoren 211 und 213 sowie der nichtinvertierende Eingang des Komparators 212 sind über einen von Widerständen 230, 231 gebildeten Spannungsteiler an eine feste Bezugs- oder Schwellspannung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweckmäßig die Hälfte der Betriebsspannung +UB gelegt. Zwischen der die positive Betriebsspannung +UB führenden Leitung 216 und einer Masseleitung 217 liegt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 228 und einem Kondensator 229, denen verstellbare Widerstände 226 bzw. 227 parallelgeschaltet sind. Der Verbindungspunkt von Widerstand 228 und Kondensator 229 steht mit dem Ausgang D des Komparators 211 in Verbindung, der an den invertierenden Eingang des Komparators 212 angeschlossen ist. Der Ausgang 1- des Komparators 212 steht mit dem Verbindungspunkt eines Widerstands 232 und eines Kondensators 233 in Verbindung, die in Reihe zwischen den Leitungen 216, 217 liegen Der Ausgang E des Komparators 212 ist des weiteren über einen Widerstand 234 mit dem nichtinvertierenden Eingang des ein Schwellwertglied bildenden Komparators 213 verbunden. Dem Widerstand 234 ist ein verstellbarer Widerstand 235 parallelgeschaltet. Zwischen der Leitung 216 und dem Ausgang F des Komparators 213 liegt eine Reillenschaltung aus Widerständen 237, 238. Der Verbindungsputikt zwischen den Widerständen 237, 238 steht über einen Kondensator 236 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 213 in Verbindung. Zwischen die Ausgänge E, I der Komparatoren 212, 213 ist eine Diode 239 geschaltet. Der Ausgang der Drehzahlüberwachungsanordnung ist mit 241 bezeichnet. Zwischen diesen Ausgang 241 und die Leitung 216 kann, wie gestrichelt angedeutet ist, beispielsweise eine lichtemittierende Diode 242 mit Vorwiderstand 243 geschaltet sein.
Fig. I1 zeigt schematisch den Stator 244 eines Lüfterantricbsmotors mit vier ausgeprägten Polen 245, 246. 247, 248, die die Statorwicklung 249 tragen. Bei dem Motor kann es sich beispielsweise um einen kollektorlosen Cl ei chstrommotor mit elektronischer Kommutierung handeln, der einen (nicht dargestellten) dauermagnetischen Außenläuier aufweist. Auf dem einen Pol 245 sitzt zusätzlich die Sensorspule 215.
Die Fign. 8, 9 und 10 zeigen jeweils die Signale, die an den mit gleichen Buchstaben bezeichneten Punkten der Schaltung gemäß Fig. 7 auftreten.
Wird der Lüftermotor eingeschaltet und beginnt der Rotor hochzulaufen, erscheint am Eingang A der Fig. 7 eine Eingangssignalfolge 251 gemäß Fig. 8A. Der als Impulsformer wirkende Komparator 210 wertet die Null durchgänge der Eingangssignalfolge 251 aus, und am Ausgang B des Komparators 210 tritt eine Rechteckimpulsspannung 252 gemäß Fig. 8B iuf. Die Rechteckimpulse 252 werden von der Differenzierstufe 224, 225 differenziert, so daß am Signal eingang C des Komparators 211 eine Nadelimpulsfolge 253 gemäß Fi1,'. 2C erscheint. In dem Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden negativen Impulsen 253 wird der Kondensator 229 über den Widerstand 228 (und gegebenenfalls 226) aufgeladen. Bei jedem negativen Impuls 253 schaltet der Komparator 211 an seinem Ausgang D nach Masse durch. Der Kondensator 229 wird entladen. Auf die positiven Nadel impulse der Impulsfolge 253 spricht der Komparator 211 nicht an. Am Ausgang D desKomparators 211 erscheint ein Sägezahnsignal 254 gemäß Fig. 8D. Die Säznhnspantiung 254 wird auf den in ver ti orenden Eingang dox Komp.irators 212 gegeben und dort wiederum mit der von den Widerständen 230, 231 bestimmten Bezugsspannunu UB /2 ver.lichen. Überschreitet die Sägezahnspannung 254 die Schwellspannung U5.=.U8/2 (Fig. 8D), schaltet der Komparator 212 an seinem Ausgang E nach Masse durch, wodurch der sich über den Widerstand 232 aufladende Kondensator 233 entladen wird. Am Ausgang E des Komparators 212 tritt daher ein Spannungssignal 255 gemäß Fig. 8 E auf. Wie die Fig. 8 erkennen läßt, überschreitet die Sägezahnspannung 254 den Schwellwert US nur bei niedriger Drehzahl. Sobald sich die Drehzahl der normalen Betriebsdrehzahl entsprechend dem rechten Teil der Fig.2 nähert, wird der Schwellwert U5 am invertierenden Eingang des Komparators 212 nicht mehr erreicht. Die Entladung des Kondensators 233 über den Ausgangskreis des Komparators 212 unterbleibt. Der Kondensator 233 lädt sich auf die volle Spannung +UB auf (Fig. 8E).
Ohne besondere Vorkehrungen würde während de in Fig. 8 vcranschaulicten Anlaufs am Ausgang 241 der Drehzahl -überwachungsanordnung ein Alarm-oder Schaltsignal ausgelöst werden, sobald das Sägezahnsignal 254 den Schwellwert U5 übersteigt (Fig. 8D, linke Hälfte) und der Kondensator 233 entladen wird, bzw. bevor der Kondensator 233 auf B aufgeladen ist. Ein solches unerwünschtes Ansprechen beim Hochlauf wird durch das Verzögerungsglied 234, 235, 236 verhindert, weil mittels des Kondensators 236 der nichtinvertierende Eingang des Komparators 213 zunächst auf einer über der Schwelispannung U5 liegenden Spannung gehalten wird. Mit anderen Worten, das Zeitglied 234, 235, 236 unterdrückt für eine voregebene, mittels des Widerstands 235 einstellbare Zeitspanne von beispielsweise 10 s die Ansteuerung des Komparators 213 durch den Komparator 212. Das von dem Komparator 213 gebildete Schwellwertglied bleibt während dieser Anlaufphase nichtdurchgeschaltet. Am Ausgang F des Komparators 213 erscheint kein Alarmsignalt d.h. es liegt dort ununterbrochen die Spannung UB an (Fig. 8F).
Beim Lauf mit normaler Drehzahl stellen sich die in Fig. 9 veranschaulichten Signalverläufe ein. Wie aus Fig. 9D folgt, überschreitet die Sägezahnspannung 254 zu keinem Zeitpunkt die Schweilspannung US. Der Komparator 212 wird nicht durchgeschaltet. Der Kondensator 233 bleibt ständig auf die Spannung tVB geladen. Der Ausgang F des Schwellwertgliedes 213 liegt ebenso wie der Ausgang E des Komparators 212 auf +U. Am Ausgang 241 tritt kein Signal auf.
Sinkt jedoch die überwachte Drehzahl unter den vorbestimmten Mindestwert (Fig. 10), steigt die Spannung am Ausgang des Komparators 211 intermittierend über den Schwellwert U5 an (Fig. iOD). Der Komparator 212 wird dann durchgeschaltet, um den Kondensator 233 zu entladen (Fig. 10E).
Das Eingangssignal am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 213 sinkt unter den Schwellwert. Der Komparator 213 schaltet um. Der Ausgang F des Komparators wird durch die (im einzelnen nicht dargestellte) Endstufe.z.B.
in Form eines Transistors, des Komparators 213 auf Massepotential gezogen. Alarm wird ausgelöst (Fig. IOF). Der negative Sprung am Ausgang F überträgt sich über den ondcnsatr 236 momentan auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 213. Die auf diese Weise erzielte positive Rückkopplung sorgt für ein sicheres Umschalten des Komparators 213. Wenn das Potential am Ausgang F fällt, wird über die Diode 239 der Ausgang des Komparators 212 auf Masse heruntergezogen, so daß der Widerstand 232 den Kondensator 233 nicht mehr aufladen kann. Dies sorgt für die Latchfunktion. Der vom Komparator 213 gebildete Schwellwertschalter wird im Alarmzustand verriegelt. Er bleibt in dieser Stellung verriegelt, bis durch einen externen Eingriff die Speisespannung abgeschaltet wird.
Fig. 12 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform für die Gewinnung der Eingangssignalfolgc (entsprechend den Fign. 8A, 9A und lOA). Der Sensorspule 215 ist dabei ein Sensormagnet 218 zugeordnet, und an.der Kombination von Sensorspule 215 und Sensormagnet -218 läuft im Takt der zu überwachenden Drehzahl ein ferromçgnetisches Bauteil 219, beispielsweise ein aus Stahlblech bestehender Flügel eines Lüfters, vorbei.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die in den Fign. 1, 11 und 12 skizzierte Art der Gewinnung der Eingangssignalfolge beschränkt ist. Bei dieser Eingangssignalfolge kann es sich grundsätzlich um ein auf beliebige Weise abgeleitetes, in seiner Frequenz von der zu überwachenden Drehzahl abhängiges Signal handeln.
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Claims

Ansprüche Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung, insuesondere für Lüfterantriebe, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (14, 210, 215) zur Erzeugung einer Eingangssignalfolge, die eine drehzahlabhängige Folgefrequenz haL, einen Signalumsetzer (9, 211, 212) zur Umwandlung der Eingangsignalfolge in ein Ausgangssignal, dessen Amplitude eine Funktion der Folgefrequenz der ßingangssignalfolge ist, und eine Auswerteschaltung mit mindestens einem mit dem Ausgangssignal beaufschlagten Schwellvertglied (142, 155, 213), das anspricht, wenn die Ausgang signalamplitude einen Wert erreicht, der dem Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl bzw.

dem Überschreiten einer vorgegebenen Höchst drehzahl entspricht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (210, 215) eine Impulsformerstufe (210) aufweist, die als Eingangsimpulsfolge eine Folge von Rechteckimpulsen erzeugt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumsetzer (9, 211, 212) eine der Erfassungseinrichtung (14, 210, 215) nachgeschaltete Differenzierstufe (16, 17, 224, 225) aufweist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumsetzer (9, 211, 212) mit einem aus einer Gleichspannungsquelle über eine Ladestrecke (27, 228) aufladbaren ersten Ladungsspeicher (25, 229) und einer in einer Entladestrecke des Ladungsspeichers liegenden Schaltstufe (19, 211) vorsehen ist, die zwecks Entladung des Lndungspci -chcrs mittels Ausgangssignalen der Differengierstufe (16, 17, 224, 225) triggerbar ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeitkonstante für den Ladungsspeicher (25, 229) ein Vielfaches der Entladezeitkonstante ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsspeicher (25, 2 in Eingangskreis einer ersten Schwellwertstufe (24, 212) liegt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, d'durch gekennzeichnet, daß die erste Schwellwertstufe (24) Ausgangsimpu1se von konstanter Amplitude während der Zeitspannen abgibt, während deren die <sn dem ersten Ladungsspeicher (25) anstehende Spannung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, und daß der ersten Schwellwertstufe ein Integrator (33, 34) zum Integrieren der Ausgangsimpulse der ersten Schwellwertstufe nachgeschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, d.idurch getennzeichnet, daß mittels der ersten Schwellwertstufe (212) ein über eine Ladestrecke (232) aus einer Gleichspannungsquelle aufladbarer zweiter Ladungsspeicher (233) während der Zeitspannen entladbar ist, während deren die an dem ersten Ladungsspeicher (229) anstehende Spannung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine vorgegebene Ansprechverzögerung hat.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Schwellwertglieds (142, 155) ein statisches Zeitglied (146) mit einem nachfolgenden weiteren Schwellwertgiied (147, 163) zum Unterdrücken der Erkennung von kurzzeitigen Drehzahlunterschreitungen oder -überschreitungen angeschlossen ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein RC-Glied (234, 235, 236) mit einer zwischen den Ausgang des Signalumsetzers (211, 212) und den Signaleingang des Schwellwertgliedes (213) geschalteten ohmschen Komponente (234, 235) und einer auf ihrer einen Seite mit dem Signaleingan des Schwellwertgliedes verbundenen Kapazität (236) vorgesehen ist, die erst nach Aufladung auf einen vorbestimmten Wert das Schwellwertglied zum Ansprechen freigibt.
12. Sch.iltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertglied (213) mit einer positiven Rückkopplung (236) versehen ist.
13. Schsitungsanordnung nach Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite der Kapazität (236) mit einem Teil des Ausgangssignals des Schwellwertgliedes (213) beaufschlagt ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Latch-Funktion hat.
15. Schzltungsanordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Speichergied (151, 157, 158, 161, 162, 163, 213) zum Speichern der Anzeige der Drehzah lunter- oder -überschreitung.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherglied ein rücksetzbarer Digitalspeicher vorgesehen ist.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der rücksetzbare Digitalspeicher einen Komparator (163, 213) mit einer rückführung (162, 239) aufweist, über die sich der Komparator nach dem Setzen im Setzzustand selbst verriegelt und nur durch externen Eingriff wieder zu entriegeln ist.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung (162) des Digitalspeichers mit einem Eingang des vorceschalteten Schwellwertgliedes (155) zwecks Verriegelung auch des Schwellwertgliedes verbunden ist.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertglied (213) selbst als Speicherglied ausgebildet ist.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertglied (213) eine nur durch externen Eingriff entriegelbare Verriegelungsanordnung (239) zugeordnet ist.
21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine zwischen die Ausgänge dcs Signalumsetzers (211, 212) und des Schwellwertgliedes (213) geschaltete Diode (239).
22. Schiltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertesch>ltung (168) mit einer eigenen Stromversorgung vergehen ist.
23. Schiltungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (168) an den Ausgang des Signalumsetzers (9) über einen optoelektronischen Koppler (153) angeschlossen ist.
24. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Komponenten der Impulsformerstufe, des Signalumsetzers und der Auswerteschaltung von einer integrierten Vierfach-Komparatorschaltung (210, 211, 212, 213) gebildet sind.
25. Schnltungwsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsei ii richtung eine Sensorspule (215) aufweist, die als Zusatzwicklung auf mindestens einem Statorpol (245) eines zu überwachenden Elektromotors sitzt.
26. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Sensorspule (215) mit zugeordnetem Sensormagnet (218) aufweist, an der ein ferromagnetisches Teil (219) der zu überwachenden Anordnung vorbeiläuft.