DE3317284A1 - Drehzahlmesseinrichtung fuer einen drehbeweglichen koerper - Google Patents

Description

• Drehzahlmeßeinrichtung für einen drehbeweglichen Körper
• Die Erfindung betrifft eine Drehzahlmeßeinrichtung für einen drehbeweglichen Körper.
• Für die Drehzahlmessung, insbesondere von elektrischen Maschinen, werden entweder Impulsgeber oder Tachodynamos vorgesehen Solche Impulsgeber sind empfindlich gegen äußere Einflüsse, z.B. gegen Verschmutzung oder auch gegen relative Lageänderung zusammenwirkender Teile oder arbeiten erst ab bestimmten Mindestdrehzahlen bzw. nur bis zu bestimmten relativ niedrigen Höchstdrehzahlen ausreichend genau. Bei Tachodynamos ist deren aufwendige Ausführung und die mechanisch bedingte Grenzdrehzahl sowie die Notwendigkeit der Anordnung am Wellenende der Maschine von Nachteil.
• Zur Erfassung von bewegten Körpern in Räumen sind aus der Siemens Preis- und Lagerliste SBS 4-83, Seiten 4.8 bis 4.10 Mikrowellenmodule bekannt, die in einem Gehäuse einen Hochfrequenzsignale aussendenden Sender in Gestalt einer Gunndiode, einen von den bewegten Körpern reflektierte Hochfrequenzsignale empfangenden und diese den ausgesendeten Hochfrequenzsignalen überlagernden Empfänger in Gestalt einer Schottkydiode, eine den Empfänger aufnehmende Hornantenne sowie einen Hohlraumresonator aufweisen. Die Anwesenheit eines bewegten Körpers wird dabei aus einer Differenz der Frequenz der gesendeten Mikrowellen und der geschwindigkeitsabhängigen Frequenz der empfangenen reflektierten Mikrowellen ermittelt. Eine Drehzahlmessung ist damit weder beabsichtigt noch möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, von Null bis zu höchsten Drehzahlen einsatzfähige genaue und von äußeren Einflüssen praktisch unabhängige Drehzahlmeßeinrichtung zu schaffen, die bei elektrischen Maschinen ein freies Wellenende zuläßt.
• Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1.
• Damit ist es möglich, den ruhenden Mikrowellenmodul als Meßfühler in einen gegenüber den bekannten Impuls gebern wesentlich größeren Abstand von der Geberscheibe in Gestalt einer Zahn- oder Lochscheibe anzuordnen. Die gesamte Drehzahlmeßeinrichtung kann auch außerhalb eines Maschinengehäuses vorgesehen sein und erfordert wegen der flachen Geberscheibe keine Verlängerung der Maschinenlänge, insbesondere wenn die Richtung des elektrischen Feldes des Mikrowellenmoduls parallel zur Ebene der Geberscheibe liegt.
• Bei einer Zahnscheibe sind die Zähne vorzugsweise in der Ebene der Zahnscheibe an deren Umfang angeordnet und können an sich einheitlich beliebig geformt sein. So ist es möglich, bei einer Zahnscheibe mit rechteckigen Zähnen und einer tangentialen Richtung der gesendeten Hochfrequenzsignale die Drehzahl zu messen, wozu als Zahnscheibe u.U.
• ein genutetes Läuferblech einer elektrischen Maschine verwendet werden kann.
• Die drehzahlabhängige Frequenz der aus der Uberlagerung der gesendeten Hochfrequenzsignale mit den reflektierten Hochfrequenzsignalen in einer Schottkydiode des Mikrowellenmoduls gewonnenen Sinusspannung ergibt sich aus dem Produkt aus Zahn- bzw. Lochzahl und Drehzahl, wobei die Zahnhöhe bzw. Lochdurchmesser und die Zahn- bzw. Lochteilung in Beziehung zur Wellenlänge der Mikrowellen stehen, die ihrerseits den Durchmesser der Geberscheibe und die Zahn-bzw. Lochzahl bestimmen. Bei Zahnscheiben sollen die Zahnformen als reflektierende bewegte Körper so gestaltet sein, daß zur möglichst großen Amplitude der Sinusspannung möglichst viel gleichphasige Anteile der reflektierten Hoch- frequenzsignale auf die Schottkydiode gelangen. ic Phase zwischen den gesendeten liochfrequenzsignalell und deii so reflektierten Hochfrequenzsignalen ist von der jeweiligen Stellung der Zahnscheibe abhängig, so daß aus der Sinusspannung die Stellung der Zahnscheibe innerhalb einer Zahnteilung genau ermittelt werden kann.
• Wenn außer der Drehzahl auch eine bestimmte Stellung des drehbeweglichen Körpers oder nur eine bestimmte Verdrehung aus einer Nullage ermittelt werden soll, kann dies auf einfache Weise dadurch erreicht. werden, daß ein der Nullage zugeordneter Zahn entweder weggelassen oder als Reflexionskörper unwirksam gemacht wird, z.B. durch Abwinkeln aus der Zahnscheibenebene. Es ergibt sich somit eine -von der Nulllage beginnende Sinusspannung, deren Nulldurchgänge ein Maß für die Winkelabweichung des verdrehten Körpers von der Nullage sind. Durch Auszählen der Nulldurchgänge ist die Winkelstellung erfaßbar. Das oben Gesagte gilt entsprechend auch für Lochscheiben.
• Um eine richtungsempfindliche Maßgröße, z.B. zur Drehzahlregelung zu erhalten, wie dies mit Tachodynamos bekannt -ist, kann man in der Hornantenne des Mikrowellenmoduls eine zweite Schottkydiode räumlich zur ersten so anordnen, daß ihre frequenzabhängige Sinusspannung zur gleichfrequenten Sinus spannung der ersten Schottkydiode phasenverschoben, insbesondere. um 900 el yhasenverschoben ist.
• Optimale Sinusspannungen lassen sich bei einem durch die Drehachse des Körpers gerichteten elektrischen Feld des Mikrowellenmoduls mit dreieckförmigen Zähnen erzielen, wobei die Zahnhöhe n rl (n = 1, 2, ..., A= Wellenlänge) gleich der Zahnteilung ist und die eine Zahnflanke radial erstreckt, die andere Zahnflanke einen konkaven Viertel kreis bildet. Auch mit dreieckförmigen Zähnen gleicher Zahnhöhe aber doppelter Zahnteilung n > mit radialen bzw. geraden schrägen Zahnflanken ergeben sich günstige Meßsignale.
• Die besagte Geberscheibe kann am Umfang auch mit anderen Mikrowellenresonatoren als Zähne oder Löcher versehen sein.
• 7 Patentansprüche

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Drehzahlmeßeinrichtung für einen drehboweglichen Körper, a a d u r c h g e k e n n z e i c h n c t daß mit dem Körper eine Geberscheibe mit gleichbleibender Zahn- bzw.

   Lochteilung verbunden ist, der ein ortsfester Mikrowellenmodul im Abstand so zugeordnet ist, daß die von dessen Sendediode (Gunndiode) ausgesendeten Hochfrequenzsignale von den Zähnen bzw. Löchern reflektiert und die reflektierten Hochfrequenzsignale in mindestens einer Empfangsdiode (Schottkydiode) des Mikrowellenmoduls den ausgesendeten Hochfrequenzsignalen überlagert sind und daraus eine Sinusspannung mit drehzahlproportionaler Frequenz als Meßgröße abgeleitet ist.
2. 2. Drehzahlmeßeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Feldrichtung der Hochfrequenzsignale parallel zur Ebene der am Umfang mit ebenen Zähnen bzw. Löchern versehenen Geberscheibe gerichtet ist.
3. 3. Drehzahlmeßeinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem senkrecht zur Drehachse gerichteten elektrischen Feld die Zahnscheibe mit dreieckförmigen Zähnen versehen ist, deren eine Zahnflanke radial erstreckt ist und eine Höhe h = n . #/ 2 aufweist, wobei die Zahnteilung höchstens gleich n X ist, mit ? als Wellenlänge der Mikrowellen und n = 1, 2 ......
4. 4. Drehzahlmeßeinrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die andere Zahnflanke ein konkaver Viertelkreis mit dem Radius gleich n 7/Z ist,
5. 5. Drehzahlmeßeinrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g c k c n n z e i c h n c t , <3aß bei einer Zahnteilung von n # die andere Zahnflanke eine schr.ige Gerade ist.
6. 6. Drehzahlmeßeinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei viereckigen radial erstreckten ebenen Zähnen das elektrische Feld tangential zur Zahnscheibe gerichtet ist.
7. 7. Drehzahlmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß in der Hornantenne des Mikrowellenmoduls zwei Empfangsdioden an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sind, so daß deren gleichfrequente Sinus spannungen gegeneinander phasenverschoben sind zur Bildung eines richtungserkennenden Drehzahlregelsignals.