DE19902736C2 - Elektronischer Umdrehungszähler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Umdrehungszähler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Anlagen- und Apparatebau müssen Bauteile häufig sich wie­ derholende Bewegungen ausführen und dabei bestimmte Positio­ nen anfahren. Die kostengünstigste Lösung zur Positionsbe­ stimmung besteht darin, die Umdrehungen des Antriebsmotors des jeweiligen Bauteiles zu zählen und mit einem Sollwert zu vergleichen.

Beim Zählen der Umdrehungen ist dafür Sorge zu tragen, daß die jeweilige Positionsangabe nicht flüchtig ist, d. h. auch nach Abschalten der Energieversorgung (Stillstand nach Ar­ beitsende oder während der Betriebsferien) nicht verloren geht.

Eine weitverbreitete Lösung besteht in einer mechanischen Speicherung der Information mit Hilfe eines vielstufigen Ge­ triebes, bei dem jeder Getriebestufe ein bestimmter Zählwert zugeordnet wird. Nach Einschalten der Energieversorgung läßt sich der aktuelle Zählerstand ablesen. Bei hochtourigen An­ trieben ist diese mechanische Lösung weniger vorteilhaft, da zumindest die erste Stufe der mechanischen Untersetzung einem hohen Verschleiß unterliegen kann. Entsprechende Verschleiß­ probleme lassen sich dadurch vermeiden, daß man die Umdrehun­ gen elektronisch erfaßt und speichert. Dies geschieht bei einem aus der EP 0 550 794 B1 bekannten Umdrehungszähler da­ durch, daß zwei Aufnehmer vorhanden sind, aus deren zeitli­ cher Reihenfolge des Ansprechens die Drehrichtung bestimmt wird, und daß ein elektronischer Zähler jeweils herauf- oder heruntergesetzt wird. Der Zählerstand kann dann gelesen und weiterverarbeitet werden.

Der elektronische Zähler muß seine Information auch nach Ab­ schalten der Energieversorgung der Anlage über längere Zeit speichern, dies bedeutet, daß der Energieverbrauch der gesam­ ten Zählschaltung so klein wie möglich gehalten werden muß, damit eine Batterie oder ein Kondensator als Energiequelle ausreicht. Bei dem bekannten Umdrehungszähler liegen mecha­ nisch schließende Schaltelemente in Reihe mit sehr hochohmi­ gen Widerständen an der Batteriespannung. Beim Schließen der Schaltelemente erhält die elektronische Auswerteschaltung Low-Signale und beim Öffnen der Schaltelemente über die hochohmigen Widerstände High-Signale. Damit die Eingänge der elektronischen Schaltung nicht zu störempfindlich werden, sind dem Widerstandswert Grenzen gesetzt. Andererseits stel­ len diese Widerstände eine Belastung für die Batterie oder den Kondensator dar, wenn die Schaltelemente geschlossen sind. Abgesehen hiervon bildet bei dem bekannten Gerät eine gewisse Gefahr, daß im praktischen Einsatz unter dem Einfluß von Schock oder Vibration ein Schaltelement oder auch beide kurzfristig schließen oder öffnen. Hierdurch können fehler­ hafte Zählimpulse ausgelöst werden.

Während bei dem elektronischen Umdrehungszähler nach der EP 0 550 794 B1 als Schaltelemente Reed-Schalter zum Einsatz ge­ langen, dienen bei einer aus der US-PS 3 866 092 bekannten Schaltung zum Zählen von Signalen als Schaltelemente Umschalter, die zum Unterdrücken eines sogenannten Rebonnel- Effektes mit einer Entprellschaltung kombiniert sind, die aus einem nicht invertierenden Gatter und einem Rückkopplungswi­ derstand besteht. Durch die Entprellschaltung wird erreicht, daß beim Umschalten das Potential des Umschaltkontaktes fest­ gehalten wird, bis der Umschaltkontakt seine Endstellung er­ reicht hat.

Würde man bei dem bekannten Umdrehungszähler die Reed-Schal­ ter durch Umschalter ersetzen, so wäre dadurch noch nicht die Gefahr gebannt, daß es unter äußeren Stoß- oder Vibrations­ einwirkungen auf die Schaltelemente zu kurzfristigen Schließ- oder Öffnungsvorgängen und daraus resultierenden fehlerhaften Zählimpulsen kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umdrehungszähler der in Betracht gezogenen Gattung zu schaffen, der unempfindlich gegen von außen auf ihn einwir­ kende Schockbelastungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsge­ mäß durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die gegenläufige Bewegungsrichtung der Kontaktzungen der Umschalter wird bei einem Schock jeweils ein Umschaltkon­ takt in seiner Lage festgehalten, während der andere unter dem Einfluß des Schocks möglicherweise öffnet oder gar umschaltet.

Durch eine geeignete, in Hardware oder Software realisierte Logikschaltung läßt sich sicherstellen, daß sich nur dann ihr Ausgangszustand ändert, wenn beide Umschaltkontakte eines Paares gemeinsam umschalten. Schaltet nur einer der Kontakte um, so ändert die Logikschaltung ihren Zustand am Ausgang nicht.

Auf der Basis der durch die erfindungsgemäße Anordnung gewon­ nenen Impulse werden nach bekannten Verfahren Signale zum Herauf- oder Herabsetzen eines elektronischen Zählers er­ zeugt. Der Zählerstand kann dann in üblicher Weise gelesen werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung und die elektronische Auswer­ tung verbrauchen im Ruhezustand, wenn keiner der Umschaltkon­ takte seine Position ändert, nur wenig Strom. Will man den Stromverbrauch auf ein Minimum begrenzen, so empfiehlt es sich, nur noch den eigentlichen Zähler zum Aufrechterhalten des Zählerstandes mit Energie zu versorgen und die restliche Schaltung komplett von der Energieversorgung abzutrennen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß jeder Umschalter in einer Spule angeordnet ist, die in Abhängigkeit von den die Umschalter beaufschlagenden Magnetfeldänderungen Spannungsim­ pulse zur Aktivierung der Schaltung liefert.

Wenn sich bei Drehung der zu erfassenden Welle das Magnetfeld ändert, das die Umschalter durchsetzt, so wechseln ab einer bestimmten Größe des Magnetfeldes die Umschaltkontakte schlagartig ihre Schaltposition. Diese Bewegung führt zu ei­ ner abrupten Änderung des Magnetfeldes, was in der das jewei­ lige Umschalterpaar umgebenden Spule zu einem Spannungsimpuls führt, mit dessen Hilfe die elektronische Schaltung aus ihrem "Ruhezustand" in den aktiven Zustand zurückgesetzt werden kann. Nachdem die neue Position der Umschaltkontakte und da­ mit die Drehung der zu messenden Welle erfaßt ist, kehrt die Schaltung in den "Ruhezustand" zurück, sofern sie nicht durch weitere Spannungsimpulse im aktiven Zustand gehalten wird.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnungen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Umdrehungs­ zählers und

Fig. 2 das Prinzip der Impulsgewinnung bei dem Umdrehungs­ zähler gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 liegen die Umschalter 1 und 1' sowie 2 und 2' mit jeweils einem ihrer Kontakte 1.1 bzw. 1.2' und 2.1 bzw. 2.2' gemeinsam an einer Versorgungsspannung U_B. Der jeweils andere Kontakt 1.2 bzw. 1.1' und 2.2 bzw. 2.1'. liegt an Masse. Je­ weils zwei Kontaktzungen 1.3 bzw. 1.3' und 2.3 bzw. 2.3' liegen in der gezeichneten Stellung jeweils an Masse. Die Kontaktzungen werden durch ein Magnetfeld, das von der umlau­ fenden Welle moduliert wird, in die jeweils andere Stellung gebracht. Handelt es sich um monostabile Umschalter, so keh­ ren die Kontaktzungen in ihre stabile Position zurück, wenn das Magnetfeld einen gewissen Minimalwert unterschritten hat. Die Modulation des Magnetfeldes kann dadurch erfolgen, daß ein Magnet mit der zu messenden Welle umläuft oder daß ein den Umschaltern ortsfest zugeordnetes Magnetfeld von einer mit der Welle umlaufenden Blende periodisch abgeschattet wird.

Die Umschalter 1 und 1' bzw. 2 und 2' sind mechanisch so an­ geordnet, daß bei der Verwendung von monostabilen Umschaltern die Kontaktzungen 1.3 und 1.3' bzw. 2.3 und 2.3' näherungs­ weise zeitgleich vom Magnetfeld betätigt werden, und zwar in entgegengesetzter Richtung, wie in Fig. 1 dargestellt. Bei einem Schock aus Richtung 7 oder 7' wird jeweils eine der Kontaktzungen 1.3 oder 1.3' bzw. 2.3 oder 2.3' in ihrer mo­ mentanen Lage bestätigt, wohingegen es möglich ist, daß die jeweils andere Kontaktzunge unter dem Einfluß des Schocks ihre momentane Lage verläßt und vorübergehend in die andere Kontaktstellung umschaltet.

Im normalen Betrieb, wenn sich die Kontaktzungen 1.3 und 1.3' bzw. 2.3 und 2.3' näherungsweise gleichzeitig, aber in entge­ gengesetzter Richtung bewegen, treten an den Ausgängen 5 und 5' bzw. 6 und 6' von Entprellschaltungen 3 und 3' bzw. 4 und 4' die identischen Logikpegel low (entspricht Masse) und high (entspricht Pluspotential der Stromversorgung U_B) auf. Wenn jedoch die Kontaktzungen 1.3 oder 1.3' bzw. 2.3 oder 2.3' unter dem Einfluß von Schock unterschiedliche Schaltstellun­ gen einnehmen, so treten an den Ausgängen 5 und 5' bzw. 6 und 6' voneinander abweichende Logikpegel auf.

Jede Entprellschaltung 3 bzw. 3' und 4 bzw. 4' besteht aus einem nicht invertierenden CMOS-Gatter 3.1 bzw. 3.1' und 4.1 bzw. 4.1' und einem Rückkopplungs-Widerstand 3.2 bzw. 3.2' und 4.2 bzw. 4.2', der den Ausgang des Gatters jeweils mit dem Eingang verbindet. An den Ausgängen 5, 5', 6 und 6' er­ scheint das von der Kontaktzunge 1.3, 1.3', 2.3 bzw. 2.3' jeweils abgegriffene Potential, in der dargestellten Stellung der Kontaktzungen Masse. In der oberen Position wäre es das Plus-Potential der Versorgungsspannung U_B. Wenn die Kontakt­ zungen 1.3, 1.3', 2.3 bzw. 2.3' von den Kontakten 1.2, 1.1' bzw. 2.2, 2.1' oder 1.1, 1.2' bzw. 2.1', 2.2' wegen Prellens oder Umschaltens abheben, so bleibt an den Ausgängen 5 bzw. 5' und 6 bzw. 6' das Potential der Kontaktzungen 1.3, 1.3' bzw. 2.3, 2.3', das vor dem Abheben bestand, so lange erhal­ ten, bis die Kontaktzunge den jeweils anderen Kontakt erst­ mals berührt.

Die Entprellschaltungen können bei gleicher Funktion auch durch andere Hardware-Lösungen realisiert werden. Wird das Potential der Kontaktzungen 1.3, 1.3' bzw. 2.3, 2.3' einem Prozessor zur Weiterverarbeitung übergeben, so kann die Ent­ prellung auch durch eine Software realisiert werden, die das rückgekoppelte Gatter nachbildet.

Die nachfolgende Logikschaltung 8 bzw. 8' sorgt dafür, daß ihr Ausgang 9 bzw. 9' nur dann seinen Logikpegel ändert, wenn sich die Logikpegel ihrer Eingänge 5 und 5' bzw. 6 und 6' gemeinsam geändert haben, ändert nur einer der Eingänge 5 oder 5' bzw. 6 oder 6' seinen Logikpegel, so ändert sich der Logikpegel des Ausgangs 9 bzw. 9' nicht.

Die Logikschaltung 8 und 8' kann aus Zweifach-NAND-Gattern 8.1, 8.2. und 8.3. bzw. 8.1' 8.2' und 8.3' mit nachfolgendem Dreifach-NAND-Gatter 8.4 bzw. 8.4' aufgebaut sein. Es sind auch andere Hard- und Software-Lösungen möglich, die die o. g. Verknüpfungsbedingung erfüllen.

Die Signale 9 und 9' gelangen an eine Schaltung 10 mit Dreh­ richtungs-Erkennung, Zählung und Speicherung. Das Auslesen des aktuellen Zählerstandes erfolgt über eine Leitung 11.

Wenn die gesamte Schaltung mit hochintegrierten Schaltkreisen oder einem speziellen Mikroprozessor aufgebaut wird, ist der Stromverbrauch in der Ruhe- oder Speicherstellung, wenn also keine der Kontaktzungen 1.3, 1.3' oder 2.3, 2.3' ihre Positi­ on ändert, sehr klein. Er läßt sich auf das absolute Minimum verringern, wenn nur noch der eigentliche Speicher mit Strom versorgt wird, während die restliche Schaltung von der Strom­ versorgung U_B, in diesem Fall eine Batterie, abgetrennt wird. Wenn jedoch eine der Umschaltzungen ihren Logikpegel ändert, muß die Schaltung wieder vollständig mit Strom versorgt wer­ den. Diese Aufgabe übernimmt eine Schaltung 12 der in Fig. 2 dargestellten Art, in der die Umschalterpaare 1, 1' bzw. 2, 2' jeweils von einer Wicklung 12 bzw. 12' umgeben sind. Wenn eine oder beide Umschaltzungen 1.3 und 1.3' bzw. 2.3 und 2.3' schalten, was aufgrund des Reluktanzeffekts schlagartig er­ folgt, so ändert sich auch das die Umschalter 1 und 1' bzw. 2 und 2' durchsetzende Magnetfeld 13, 13' schlagartig. Dies ruft in der Wicklung 12 bzw. 12' einen Spannungsimpuls her­ vor, den die Schaltung 12 auswertet mit der Folge, daß über die Leitungen 14, 15 und 16 die nicht zur eigentlichen Spei­ cherung erforderlichen Schaltungsteile an Strom gelegt wer­ den. Die Leitung 17 mit dem Speicher wird ständig mit Strom versorgt. Die Schaltung 12 bleibt solange aktiv, wie die Kon­ taktzungen 1.3, 1.3', 2.3 und 2.3' ihren Schaltzustand än­ dern. Anschließend kehrt sie in den stromsparenden Zustand zurück und verharrt dort bis zur nächsten Änderung.

Claims (5)

1. Elektronischer Umdrehungszähler für Antriebsmotore von Arbeitsgeräten mit einer Schaltung zum Erfassen der Umdrehun­ gen und der Drehrichtung einer Geberwelle sowie mit einer drehrichtungsabhängigen Zähleinheit, die die Umdrehungen zwecks Anzeige eines jeweils aktuellen Summenwertes addiert bzw. subtrahiert, wobei zur Stromversorgung der Schaltung bei einer Unterbrechung einer normalerweise genutzten externen Stromversorgung eine Hilfsstromquelle vorgesehen ist, und wobei zur Erzeugung von den Umdrehungszahlen entsprechenden Impulsen mehrere in Drehrichtung der Geberwelle zueinander versetzt angeordnete, durch ein mit der Drehung der Geberwel­ le sich änderndes Magnetfeld betätigte Schaltelemente dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente von zwei Paa­ ren von Umschaltern (1, 1'; 2, 2') gebildet werden, daß die jeweils ersten Kontakte (1.1, 1.2'; 2.1, 2.2') eines jeden Umschalters (1, 1'; 2, 2') miteinander und mit einem Pol der Stromversorgung (U_B) verbunden sind, während ihre jeweils zweiten Kontakte (1.2, 1.1'; 2.2, 2.1') als Massekontakte ausgebildet sind, und daß die Kontaktzungen (1.3, 1.3') der Umschalter (1, 1') des ersten Umschalterpaares und die Kon­ taktzungen (2.3, 2.3') der Umschalter (2, 2') des zweiten Umschalterpaares sich jeweils in entgegengesetzter Richtung bewegen und an jeweils elektrisch miteinander in Verbindung stehenden Kontakten (1.2, 1.1' und 2.2, 2.1' bzw. 1.1, 1.2' und 2.1, 2.2') anliegen, um die Schaltung mit Zählimpulsen zu versorgen.

2. Umdrehungszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Umschalter (1, 1'; 2, 2') jeweils eine Entprellschal­ tung (3, 3' bzw. 4, 4') zugeordnet ist.

3. Umdrehungszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entprellschaltungen (3, 3' bzw. 4, 4') aus jeweils ei­ nem nicht invertierenden Gatter (3.1, 3.1' bzw. 4.1, 4.1') und jeweils einem Rückkopplungswiderstand (3.2, 3.2' bzw. 4.2, 4.2') bestehen, die die Gatter (3.1, 3.1' bzw. 4.1, 4.1') überbrücken.

4. Umdrehungszähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Umschalterpaar eine Logikschaltung (8, 8') zugeordnet ist, die ihren Ausgangszustand zum Zwecke der Weitergabe eines Zählimpulses nur dann ändert, wenn je­ weils beide Umschalter (1, 1' bzw. 2, 2') eines Umschalter­ paares gemeinsam umschalten.

5. Umdrehungszähler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umschalter (1, 1', 2, 2') in einer Spule (12, 12') angeordnet ist, die in Abhän­ gigkeit von den die Umschalter (1, 1'; 2, 2') beaufschlagen­ den Magnetfeldänderungen Spannungsimpulse zur Aktivierung der Schaltung liefert.