DE3442483A1

DE3442483A1 - Verfahren zum kontaktlosen steuern der aufschlagfrequenz des schwingankers eines elektromagnetischen signalhorns

Info

Publication number: DE3442483A1
Application number: DE19843442483
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Brüggen; Dieter Dipl.-Phys. 7250 Leonberg Karr; Hans-Dieter Dipl.-Ing. Dr. 8500 Nürnberg Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-11-22
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1986-05-22
Also published as: IT1186086B; IT8522858A0; FR2573559A1; FR2573559B1

Description

R. 19733 ,

9.11.198U St/Pi

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Verfahren zum kontaktlosen Steuern der Aufschlagfrequenz des Schwingankers eines elektromagnetischen Signalhorns

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs. Ein nach diesem Verfahren arbeitendes Signalhorn ist "beispielsweise aus der FR-PS 1 U28 U83 bekannt. Dort steuert ein auf die Eigenresonanz der bewegten Teile des Signalhorns abgestimmter, selbst schwingender Verstärker die Durchflutung der Erregerwicklung und damit die Aufschlagfrequenz des Schwingankers in Eigenresonanz. Eine zugleich von der Membranbewegung induktiv, kapazitiv oder piezoelektrisch erzeugte Wechselspannung wird phasenrichtig in die Re^ sonanzschaltung des yerstärkers eingegeben, um etwaige Abweichungen zwischen elektrischer Schwingfrequenz und tatsächlicher, mechanischer Schwingfrequenz der Resonanz' frequenz des elektrischen Schwingkreises nachzuführen.

Aus der DE-OS 25 57 713 ist es ferner bekannt, einen Sensor, der beim Aufschlag des Schwingankers auf einen Eisenkern einen Spannungsimpuls abgibt, über ein Kompensationsglied mit dem Steuereingang einer Kippschal-.

tung zu koppeln, welche eine Unterbrechereinrichtung für den Erregerstrom der Ankerspule beim Auftreten eines Sensorimpulses für eine vorgegebene Kippzeit sperrt.

Die DE-OS 2k U8 685 zeigt eine kontaktlose Unterbrecherschaltung für ein elektromagnetisches Signalhorn, dessen mit dem Schwinganker mechanisch verbundene Membran mit Eigenresonanz frei schwingt und zur Schwingungsanregung in Abhängigkeit von zwei definierten Momentanpositionen des Schwingankers bezüglich seines Eisenkerns den Erregerstrom für die Ankerwicklung ein bzw. ausschaltet, wobei diese beiden, die Schaltvorgänge bestimmenden Momentanstellungen des Schwingankers von einem induktiven Geber abgetastet und über Modulation einer Hilfsschwingung in das Steuersignal für die Unterbrecherschaltung umgewandelt werden.

Solche Schaltungen zum kontaktlosen Steuern der Aufschlagfrequenz des Schwingankers sind zwar etwas aufwendiger als die herkömmliche Unterbrecher schaltung eines mit der Erregerspule des Schwingankers in Serie geschalteten Kontaktunterbrechers nach Art des sogenannten Wagner'sehen Hammers. Jedoch ist ein derartiger herkömmlicher Kontaktunterbrecher störanfällig, insbesondere wegen des hohen Verschleißes, dem er unterworfen ist. Gerade bei Signalhörnern ist aber großer Wert auf zuverlässige Betriebsweise und lange Lebensdauer, vor allem also auf Ausschalten der mechanischen Störq.uelle, zu legen. Durch Verwendung kontaktloser Steuervorrichtungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, konnte die Lebensdauer des Horns bei sonst unverändertem Aufbau vervielfacht werden.

Neben langer Lebensdauer ist bei einem elektromagnetischen Signalhorn auf Klangreinheit des erzeugten akustischen Signals zu achten. Dieses Signal entsteht durch periodisches Aufschlagen des Schwingankers auf einen Eisenkern. Dadurch

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wird die mit dem Anker verbundene Membran und der Schwingteller zu Eigenschwingungen angeregt. Die zeitliche Abfolge des Aufschiagens des Schwingankers bestimmt die Grundfrequenz des Signals (300 bis 500 Hz). Die Formantfrequenz wird durch die Eigenfrequenz der Membran bzw. des Schwingtellers definiert. Sie liegt in der Größenordnung von ca. 3000 Hz. Beträgt die Eigenfrequenz der Membran bzw. des Schwingtellers ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz, dann ist der Hornklang rein. Um dies zu gewährleisten, war es bisher notwendig an jedem einzelnen Horn bei der Fertigung die Grundfrequenz durch Verändern der Steifigkeit der Schwingankerfeder an die Eigenfrequenz des Schwingtellers und der Membran anzupassen. Dieser Justiervorgang ist zeitraubend und verursacht zusätzliche Kosten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum kontaktlosen Steuern der Aufschlagfrequenz des Schwingankers erbringt demgegenüber den Vorteil, daß es zur Erzielung der Klangreinheit des Hornsignals keiner zusätzlichen Einjustierung der Grundfrequenz mehr bedarf, da die Steuerfrequenz für die Durchflutung der Erregerspule des Sehwinkankers aus der Eigenfrequenz der Membran bzw. des Schwingtellers gewonnen wird. Die Auswertung der von der Membran erzeugten Impulsfolge zur Erzeugung einer in einem ganzzahligen Verhältnis unterteilten Steuerfrequenz für den Schwinganker kann mit einer relativ einfachen elektrischen Schaltung realisiert werden, die im Schaltbetrieb entsprechend der Betriebsart mit mechanischem Kontaktunterbrecher arbeitet und daher besonders verlustarm und betriebssicher ist.

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Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen eines Horns, das nach dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren gesteuert wird.

Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung, wobei in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild der elektrischen Beschaltung des Signalhorns, Figur 2 das Signalhorn in einem Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das dargestellte Signalhorn 10 (Figur 1) ist zur Verwendung an einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug bestimmt und besitzt deshalb einen Befestigungsbügel 11, der das Hornge-r hause 12 trägt. Das Gehäuse J2 besteht aus überall gleiche Stärke aufweisendem Blech, vorzugsweise Stahlblech. Es hat kreisförmigen Querschnitt und ist durch eine Membran 13 abgeschlossen. An dem der Membran J3 gegenüberliegenden Boden 1 U des Gehäuses 12 ist ein Kern 15 mit kreisförmigem Querschnitt verankert, der in das Gehäuse J2 hineinragt und aus magnetisch leitfähigem Material, Vorzugs·^ weise Weicheisen, besteht. Die Verankerung des Kerns 15 im Gehäuse 12 erfolgt durch einen sich an den Kern anschließenden Schraubenbolzen .16, der einen kleineren Durchmesser hat als der Kern und durch den Boden Jk des Gehäuses 12 sowie durch den Befestigungsbügel JJ ragt. Eine auf den Bolzen 16 aufgeschraubte Mutter 17 hält die Teile 11, 12 und 15 zusammen. Auf dem Kern 15 sitzt eine Erregerspule 18, die während des Betriebes im Rhytmus aufeinanderfolgender Stromstöße die Membran 13 gegen den Kern 15 zieht. Zu diesem Zweck steht der freien Stirn^ fläche des Kerns J 5 unter Freilassung eines Luft spalt s·

das bolzenförmige Ende 19 eines an der Membran 13 befestigten Schwingankers gegenüber. Zum Befestigen des Ankers 20 an der Membran 13 hat der Anker einen zentrischen ITietbolzen 21 mit kleinerem Durchmesser, welcher die Membran 13, eine Spannscheibe 22 sowie einen zwischen Unterlegscheiben 23, 2k gelagerten Schwingteller 25 durchgreift und durch einen an seinem Ende gebildeten Nietkopf 26 die Teile 33, 20, 22, 23, 2k, 25 fest zusammenhalt.

Die Erregerspule 18 ist über eine nachstehend näher beschriebene kontaktlose elektronische Steuerschaltung sowie über ein- in Figur 2 nur symbolisch angedeutetes Anschlußkabel 27 an eine Stromquelle 28 anschließbar.

Die elektronische Steuerschaltung besteht im wesentlichen aus einer Auswerteschaltung 29 mit Vorwahlzähler und Triggerstufe für die aus der Eigenfrequenz der Membran 13 gewonnene elektrische Impulsfolge, einer an deren Ausgang angeschlossenen Endstufe 30, die zusammen mit einem Schalter 3J in der die Stromquelle 28 mit der Erreger spule 38 verbindenden Leitung 27 angeordnet ist, einem Frequenzgenerator 32, dessen Impulse beim Schließen des Schalters 33 kurzzeitig in die Auswerteschaltungen 29 eingespeist werden, um den Anker 20 anzuregen, und einer zwischen Frequenzgenerator 32 und Auswerteschaltung 29 angeordneten Signalweiche 33, welche nach Einsetzen der Membranschwingung die Generatorimpulse unterdrückt und statt ihrer die aus der Membranschwingung gewonnene elektrische Impulsfolge in die Auswerteschaltung 29 einleitet.

Voraussetzungen für die Klangreinheit des von einem elektromagnetischen Horn erzeugten akustischen Signals ist, daß die Aufschlagfrequenz des Schwingankers 20 auf den Kern 15 und die Eigenfrequenz der Membran 13 bzw. des Schwingtellers 25 in einem ganzzahligen Verhältnis zu-

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einander stehen. Die Eigenfrequenz der Membran und des Schwingtellers ist durch deren Konstruktion vorgegeben und kann beispielsveise in der Größenordnung von 3000 Hz liegen. Beträgt diese Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Aufschlagfrequenz des Schwingankers 20, so ist der Hornklang rein. Um dies ohne zusätzliche Justierarbeiten sicherzustellen, ist vorgesehen, daß aus der Eigenfrequenz der Membran bzw. des Schwingtellers eine elektrische Impulsfolge mit gleicher Frequenz gewonnen wird, welche zur Erzeugung einer in einem ganzzahligen Verhältnis unterteilten Steuerfrequenz für die Durchflutung der Erregerspule 18 des Schwingankers 20 ausgewertet wird. Im Ausführungsbeispiel wird die aus der Membranbewegung gewonnene Impulsfolge, wie vorstehend angedeutet, über die Signalweiche 33 in die Auswerteschaltung 29 eingespeist. Wird z.B. ein Verhältnis 1 : 8 zwischen der Aufschlagfrequenz des Schwingankers 20 und der Formantfrequenz der Membran 13 angestrebt, so aktiviert der in der Auswert eschaltung 29 enthaltene Vorwahlzähler bei jeder achten Membranschwingung die Triggerstufe der Auswerteschaltung, welche ihrerseits die Endstufe 30 durchschaltet. Dadurch gelangt bei geschlossenem Schalter 3t ein kurzer Stromimpuls in die Erregerspule .18, der bewirkt, daß der Schwinganker 20 durch magnetische Kraft angezogen wird und auf den Kern 15 aufschlägt.

Um aus den Schwingungen der Membran 3 3 bzw. des Schwingtellers 25 eine elektrische Impulsfolge mit gleicher Frequenz zu gewinnen werden bevorzugt Wandler, insbesondere piezoelektrische Wandler, benutzt, welche auf Formänderungen ansprechen und bei kleinen Abmessungen die Eigenschaft haben, daß ihre Ladungsänderungen auch hochfrequenten Wechselbeanspruchungen zu folgen vermögen. Im Ausführungsbeispiel ist ein piezokeramischer Wand"-ler in Form eines flachen Plättchens 3^ an der dem Horngehäuse J2 zugekehrten Innenfläche der Membran 13

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in der Nähe des Gehäuserandes angeordnet. Die Befestigung des Plättchens 3^ an der Membran kann durch Kleben erfolgen. Unterhalb des Plättchens 3^ ist im Horngehäuse 12 ein Kästchen 35 befestigt, in dem die im Schaltbild nach Figur 1 schematisch dargestellten Elektronikkomponenten untergebracht sind. Der beim Aufschlag des Ankers J9 auf den Kern 15 durch Verformungen der Mebran 13 erzeugte
Spannungsimpuls wird über flexible Leitungen 36 der im Kästchen 35 befindlichen Signalweiche 33 zugeführt.

Anstelle des an der Membran 13 befestigten Wandlers 3^· könnte auch ein auf dem Wietbolzen 2k zwischen Membran 13 und Schwingteller 25 angeordneter Druckwandler verwendet werden. Diese Anordnung erbringt den Vorteil,
daß der Druckwandler nicht mit der Membran verbunden
zu werden verbraucht. Als Druckwandler könnte in diesem Fall eine piezokeramische Lochscheibe dienen, die anstelle der Spannscheibe 22 zwischen Membran 13 und Unterlegscheibe 2k eingesetzt wird. Zur Übertragung der von der Lochscheibe gelieferten Spannungsimpulse auf die im Kästchen 35 untergebrachte Steuerelektronik können Streifenleiter dienen, die an der Innenseite der Membran 33 verlegt sind.

Eine weitere Möglichkeit zum Erfassen der Schwingungen der Membran 13 bzw. des Schwingtellers 25 besteht darin, als Wandler einen piezoelektrischen Beschleunigungsauf*■ nehmer zu verwenden. Ein solcher, in Figur 2 strichpunktiert angedeuteter Beschleunigungsaufnehmer 37, dessen Aufbau und Wirkungsweise als bekannt unterstellt wird, ist im Ausführungsbeispiel im Inneren des Horngehäuses 12 an einer Stelle angebracht, die bei geschlossenem
Schalter 30 synchron mit der Membran ]3 schwingt.

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Zum Einschalten des Horns 10 wird der Schalter 31 geschlossen. Dadurch erhält der Frequenzgenerator 32 Strom und liefert eine Impulsfolge mit vorgegebener konstanter Frequenz, die der Schwingungsfrequenz der Membran 13 bzw. des Schwingtellers 25 entsprechen kann. Die Generatorimpulse gelangen über die Signalweiche 33 in die Auswerteschaltung 29 welche ihrerseits die Endstufe 30 im Rhythmus der von der Schaltung 29 gelieferten Triggerimpulse durchsteuert. Dadurch erhält die Erregerspule 18 des Horns Strom und zieht den Anker 20 an, so daß dieser auf den Kern 15 aufschlägt und die Eigenschwingung der Membran 13 und des Schwingtellers 25 auslöst. Aus dieser Eigenschwingung wird mit Hilfe des piezoelektrischen Wandlers 3^ eine elektrische Impulsfolge mit gleicher Frequenz gewonnen, die über die Signalweiche 33 in die Auswerteschaltung 29 eingespeist wird. Die vom Wandler 3^ erzeugten Impulse sorgen dafür, daß die Signalweiche 33 umgeschaltet wird, und die vom Frequenzgenerator 32 ausgehenden Impulse blockiert. Es werden also nur die Signale des piezoelektrischen Wandlers 3^ verarbeitet, wobei der diese Impulse erfassende Vorwahlzähler der Auswerteschaltung 29 nach jeweils η Impulsen die Triggerung der Endstufe 30 veranlaßt. Auf diese Weise ist die durch die Aufschlagfrequenz des Schwingankers 20 auf den Kern 15 bestimmte Grundfrequenz durch die Eigenfrequenz der Membran 13 bzw. des Schwingtellers 25 vorgegeben und kann mit Hilfe der Auswerteschaltung 29 in einem beliebigen ganzzahligen Verhältnis zur Membranfrequenz unterteilt werden. Der Oszillator 32 kann sehr einfach ausgebildet sein, da er lediglich dazu dient, die Auswerteschaltung 29 kurzzeitig zu aktivieren, um das Schwingen der Membran 13 einzuleiten. Sobald dies geschehen ist und die Signalweiche 33 Impulse vom piezoelektrischen Wandler 3^ erhält, schaltet diese um und sperrt den Durchgang der vom Frequenzgenerator 32 erzeugten Impulsfolge.

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Hornkonstruktionen mit unterschiedlichen Grundfrequenzen können mit ein und derselben Schaltung realisiert werden, da die Grundfreq.uenz an der Auswerteschaltung einstellbar ist. Durch entsprechende Einstellung der Triggerschwelle der Auswerteschaltung ist es außerdem möglich, nicht nur ganze Membranschwingungen zu erfassen, sondern auch alle Zwischenstufen einer Amplitude, so daß mit der Fahl der Triggerschwelle die Verzögerung des Magnetkreises des Signalhorns berücksichtigt werden kann.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1. Verfahren zum kontaktieren Steuern der Aufschlagfrequenz des an einer Membran befestigten Schwingankers eines elektromagnetischen Signalhorns in Abhängigkeit von der Membranbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Eigenfrequenz der Membran (13) eine elektrische Impulsfolge mit gleicher Frequenz gewonnen wird, welche zur Erzeugung einer in einem ganzzahligen Verhältnis unterteilten Steuerfrequenz für die Durchflutung einer Erregerspule (18) des Schwingankers (20) ausgewertet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Eigenfrequenz der Membran (13) gewonnene elektrische Impulsfolge von einem auf die Membranbewegung ansprechenden Wandler, vorzugsweise einem piezoelektrischen Wandler erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (3*0 an der Membran (J3) gelbst, vorzugsweise an einer dem Horngehäuse CJ2) zugekehrten Innenfläche derselben, angeordnet ist.

h. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler als Lochscheibe auf einem Fortsatz (2.1) des Schwingankers (20), vorzugsweise zwischen der Membran (13) und einem mit dieser, verbundenen Schwingteller (25), angeordnet ist.

-ν:

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandler ein Beschleunigungsaufnehmer (37)> vorzugsweise aus piezoelektrischem Material, dient, der im Horngehäuse (12) verankert ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Eigenfrequenz der Membran (13) gewonnene elektrische Impulsfolge in eine Auswerteschaltung (29) mit Vorwahlzähler
und Triggerstufe eingespeist wird, welche die Steuerimpulse für die Durchflutung der Erregerspule (18) des
Schwingankers (20) liefert.

T. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Eigenfrequenz der Membran (-13) gewonnene elektrische Impulsfolge eine der Auswerteschaltung (29) vorgeschaltete Signalweiche (33) steuert, die mit dem
Ausgang eines an den Speisestromkreis des Horns (10) angeschlossenen Frequenzgenerators (32) verbunden ist.