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Elektrisches Drehzahl-, Geschwindigkeitsanzeige-und -schreibgerät,
insbesondere elektrischer Tachograph für Kraftfahrzeuge Bei elektrischen Drehzahl-,
Geschwindigkeitsanzeige- und -schreibgeräten, bei denen die Meßwerte über große
Entfernungen übertragen werden müssen, bereitet die Erzeugung genügend großer Drehkräfte
im Empfänger nicht unerhebliche Schwierigkeiten.
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Bei Tachographen für Fahrzeuge mit Unterflur- und Heckmotor ist die
Verlegung sehr langer biegsamer Wellen zum Antrieb der Tachographen nahezu ausgeschlossen,
da diese Bauelemente infolge der Belastung durch die Tachographen Verdrehungen um
ungewöhnlich große Winkel erleiden. Dadurch aber ergehen sich eine Neigung zu Drehschwingungen
sowie Meßfehler, so daß auf diese Weise eine exakte Messung praktisch unmöglich
gemacht wird. Infolgedessen ist in diesen Fällen eine elektrische Ubertragung der
Drebwerte notwendig. Man hat schon versucht, elektrische Ubertragungseinrichtungen,
z. B. in Gestalt der sogenannten elektrischen Welle, vorzusehen. Diese sind aber
infolge ihres großen Aufwandes uiid komplizierten Aufbaues sehr teuer und benötigen
bei einer besonderen Ausführung Wechselstrom, der jedoch im Fahrzeug meist nicht
vorhanden ist. Zwar sind auch schon Geräte mit Brückenschaltungen vorgeschlagen
worden, jedoch sind diese Gerate für Tachographen nicht zu gebrauchen, da die von
ihnen gelieferten Verstellkräfte zum Schreiben nicht ausreichen. Diese Nachteile
sollen durch die Erfindung vermieden werden.
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Bei der Fernanzeige der Geschwindigkeit umlaufender Körper ist es
bereits bekanntgeworden, einen aus einer Batterie entnommenen Gleichstrom an der
Meßstelle in einem der Drehzahl proportionalen Rhythmus zu zerlegen und mittels
einer Kunstschaltung in einen drehstromartigen Strom zu verwandeln, der auf der
Empfängerseite einem ein umlaufendes Drehfeld erzeugenden Stator zugeführt wird,
in dessen Magnetfeld ein Anker entgegen der Kraft einer Feder verstellt wird. Um
nun in ähnlicher Weise auch stärkere Verstellkräfte im Empfänger zu erzeugen, wie
sie insbesondere für Tachographen erforderlich sind, geht die Erfindung davon aus,
daß bekanntlich durch entsprechende Abstimmung des Verhältnisses zwischen Polpaar
und Frequenz die Drehzahl elektrischer Maschinen in bestimmten Stufungen wählbar
ist.
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Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß die Umformereinrichtung
auf der Geberseite derart ausgebildet ist, daß zur Erzielung einer größeren Leistung
auf der Empfängerseite das Drehfeld im Stator bei jeder einmaligen Umdrehung der
Welle, deren Geschwindigkeit gemessen werden soll, zweimal umläuft.
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Eine konstruktiv sehr einfache Gestaltung besteht darin, daß die
Umformereinrichtung auf der Geberseite sechs ortsfest angeordnete Lamellen besitzt,
die
von zwei je mit dem negativen oder positiven Pol einer Gleichstromquelle verbundenen,
mit der Welle, deren Geschwindigkeit gemessen werden soll, umlaufenden Schleifbürsten
nacheinander bestrichen werden.
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Hierbei wird gerade im Hinblick auf die bevorzugte Anwendung der
Erfindung auf Tachographen die Anordnung so getroffen, daß der entsprechend der
Frequenz des Drehfeldes im Stator verstellte Anker außer einem an sich bekannten
Anzeigeorgan auch noch ein Schreiborgan zum Aufzeichnen der gemessenen Drehzahl-
bzw. Geschwindigkeitswerte betätigt, wobei vorzugsweise im Drehfeld des Stators
noch ein ein weiteres Schreiborgan und ein Zählwerk betätigender Rotor angeordnet
ist.
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Zweckmäßig besitzt das Anzeige- und Schreibgerät einen magnetischen
Nebenfluß für das Feld des Stators, der aus einem solchen Werkstoff besteht, daß
die magnetische Leitfähigkeit mit zunehmender elektrischer Leitfähigkeit einer im
Feld des Stators befindlichen Wirbelstromtrommel ebenfalls zunimmt.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt Abb. 1 das elektrische Schaltschema und Abb.
2 eine perspektivische Ansicht des Gerätes, teilweise im Schnitt.
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Das bei dem Ausführungsbeispiel angewendete Prinzip ist folgendes:
Durch ein von der Meßwelle angetriebenes rotierendes Schleifbürstensystem wird der
Gleichstrom der Fahrzeugbatterie in bestimmten Zeitabschnitten unterbrochen, deren
Folge proportional
z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit ist und abwechselnd
den drei Statorphasen eines »gefesselten« Kurzschlußläufermotors zugeführt wird,
der das Anzeige- und Schreibsystem beeinflußt. Von der Fahrzeugbatterie 1 wird über
einen Spannungsregler 2 beliebiger Bauart der Gleichstrom einem Schleifbiirstenumformer
3 zugeführt. Dieser besitzt sechs ortsfeste Lamellen 4 bis 9. Innerhalb dieser Lamellen
läuft eine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit angetriebene Welle 10
mit einem isoliert auf ihr angebrachten Bürstenhalter 11 um. Dieser besitzt zwei
in radialer Richtung federnde Schleifbürsten 12 und 13, die beim Umlauf der Welle
10 die Lamellen 4 bis 9 nacheinander berühren. Der Bürstenhalter 11 trägt stirnseitig
zwei Schleifringe 14 und 15, auf dem die ortsfesten, in axialer Richtung federnden
Schleifbürsten 16 und 17 schleifen. Der Schleifring 14 ist mit der Schleifbürste
12, der Schleifring 15 mit der Schleifbürste 13 leitend verbunden.
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Die elektrischen Verbindungen sind folgende: Vom Pluspol der Batterie
1 führt eine Leitung 18 über den Spannungsregler 2 zur Schleifbürste 17, während
vom Minuspol eine Leitung 19 zur Schleifbürste 16 führt.
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Bei den ortsfesten Lamellen 4 bis 9 sind jeweils die gegenüberliegenden
miteinander über die Leitungen 20 bis 22 verbunden. Die Lamelle 4 und die mit ihr
über die Leitung 20 verbundene Lamelle 7 sind über eine Leitung 23 mit der Klemme
V verbunden. Die Lamellen 5 und 8 sind über eine Leitung 21 miteinander und über
eine Leitung 24 mit der Klemme W verbunden, die Lamellen 6 und 9 sind über eine
Leitung 22 miteinander und über eine Leitung 25 mit der Klemme U verbunden. Die
Klemmen U, V, W sind die Anschlußpunkte der Wicklungen 26 bis 28 des Stators 29
(Abb. 2) eines das Anzeigegerät 30 betätigenden »gefesselten« Kurzschlußläufers.
Die Wicklungen 26 bis 28 sind nach Abb. 1 im Dreieck geschaltet, können jedoch ebensogut
in Stern geschaltet sein.
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Die Spulen 26 bis 28 sind auf den Stator 29 in der bei Drehstrommotoren
üblichen Weise gewickelt, allerdings mit dem Unterschied, daß der Stator innen angeordnet
ist und dementsprechend die Spulennuten außen liegen. Die beim normalen Drehstrommotor
übliche Anordnung mit åußerem Stator, bei dem die Spulennuten von der Motorbohrung
ausgehen, ist an sich auch möglich, jedoch ist die räumliche Anordnung der Teile
bei der in Abb. 2 gezeigten Ausführung günstiger. In einem bestimmten Abstand vom
Stator 29 ist konzentrisch zu ihm ein Rückschlußkörper 31 angeordnet. In dem Luftspalt
zwischen dem Stator 29 und dem Rückschlußkörper 31 befindet sich eine Wirbelstromtrommel
32, welche fest mit der Welle 33 verbunden ist. Diese ist an ihrem oberen Ende mit
einer Spiralfeder 34 verbunden, deren anderes Ende in einem ortsfesten Halter 35
festgeklemmt ist. Der mittlere Teil der Welle 33 trägt ein Ritzel 36, das mit einer
in ortsfesten Lagern 37 und 38 gehalterten Zahnstange39 im Eingriff ist. Ferner
ist auf der Welle 33 ein Zeiger 40 befestigt, der über einer Anzeigeskala 41 spielt.
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Zwischen dem Rückschlußkörper 31 und dem Stator 29 befindet sich
ein Zentrierring 42, der in einer weiter unten beschriebenen Weise zur Temperaturkompensation
herangezogen wird.
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Konzentrisch zum unteren Ende des Stators 29 ist ein fest auf einer
Welle 43 sitzender U-förmiger Magnet 44 angeordnet. Die Welle 43 treibt über eine
Schnecke 45 und ein Schneckenrad 46 eine Welle 47 eines Zählwerkes 48. Die Welle
47 besitzt ferner eine
Schnecke 49, die mit einem auf einer Welle 50 sitzenden Schneckenrad
51 im Eingriff steht. Die Welle 50 trägt noch eine herzförmige Kurvenscheibe 52,
gegen die der Stift 53 eines fest mit einer Welle 54 verbundenen Hebels 55 durch
eine Feder 56 angedrückt wird. Hierdurch wird ein am oberen Ende der Welle 54 sitzender
Schreibhebel 57 mit einem Schreibstift 58 bei der Drehung der Welle 54 mittels der
Kurvenscheibe 52 in hin- und hergehende Bewegung versetzt.
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Der Schreibstift 58 schreibt auf einer zeit- oder wegabhängig angetriebenen
Diagrammscheibe 59 eine Kurve 60 auf. Die Zahnstange 39 besitzt einen Schreibstift
61, der auf der Diagrammscheibe 59 eine weitere Kurve 62 aufschreibt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die (s. Abb. 1) von einer Welle des
Fahrzeuges proportional zu dem zurückgelegten Weg oder der Motordrehzahl angetriebene
Welle 10 dreht den Bürstenhalter 11, so daß die Bürsten 12 und 13 nacheinander mit
den Lamellen 4 bis 9 in Berührung kommen. In der gezeid; neten Stellung fließt der
Strom vom Pluspol der Batterie über den Spannungsregler 2 und die Leitung 18 zur
Schleifbürste 17 und zur Schleifbürstel3) von da über die Lamelle 4, die Leitung
23 zur Spule 26 und zu den Spulen 28 und 27 und von da über die Leitungen 24 und
21, die Lamelle 8, die Schleifbürsten 12 und 16 und die Leitung 19 zum Minuspol
der Batterie.
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Wird die Welle 10 um 600 weitergedreht, so ist der Stromweg: Pluspol,
Leitung 18, Schleifbürsten 17 und 13, Lamelle 5, Leitung 24, Spulen 27 und 26, 28,
Leitung 25, Lamelle 9, Schleifbürsten 12, 16, Leitung 19 zum Minuspol der Batterie.
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Wird die Welle 11 um weitere 600 gedreht, so erhalten nunmehr die
Spulen 28 und 27, 26 Strom. Infolge dieser Stromflüsse entsteht also im Stator 29
eine Art Drehfeld' das mit einer der Drehzahl der Welle 11 proportionalen Drehzahl
umläuft.
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Die Kraftlinien gehen (vgl. Abb. 2) vom Stator 29 durch die im Luftspalt
befindliche Wirbelstromtrommel 32, über den Rückschlußkörper 31 und wieder durch
die Wirbelstromtrommel 32 zurück zum Stator 29. Das umlaufende Magnetfeld des Stators
29 erzeugt in der Wirbelstromtrommel 32 ein Drehmoment, das bei konstanter Stromaufnahme
der Spulen 26 bis 28 der Drehzahl der Welle 10 proportional ist. Dieses Drehmoment
der Wirbelstromtrommel 32 wirkt entgegen der Kraft der Spiralfeder 34 auf die Welle
33, so daß der Zeiger 40 einen Winkelausschlag proportional oder wenigstens annähernd
proportional zur Drehzahl der Welle 10 erhält. Gleichzeitig bewegt die WeIle 33
über das Ritzel 36 auch die Zahnstange 39 und damit den Schreibstift 61 nach links.
Dieser schreibt somit eine Kurve der Geschwindigkeit bezogen auf die Zeit trzw.
auf den Weg.
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Das umlaufende Magnetfeld des Stators 29 nimmt den U-förmigen Magneten
44, der auch als Hystereseläufer ausgebildet sein kann, synchron mit und treibt
über den Schneckentrieb 45, 46 das Zählwerk 48 und über den Schneckentrieb 49, 51
den Schreibstift 58 an. An dem Zählwerk 48 ist also der zurückgelegte Weg oder die
Gesamtzahl der Umdrehungen des Fahr zeugmotors unmittelbar abzulesen. Diese Werte
werden als Funktion der Zeit bzw. des Weges durch die Kurve 60 aufgeschrieben, wobei
der Wert eines Auf- und Abstieges von der Wahl der Untersetzung von der Schnedie
49 zum Schneckenrad 51 abhängt, also z. B. 1, 10, 100, 1000 km bzw. Motorumdrehungen
bedeuten kann.
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Um die temperaturabhängigen Änderungen des elektrischen Leitwertes
der Wirbelstromtrommel 32 auszugleichen, wird zweckmäßig eine Temperaturkompensation
vorgesehen. Diese kann z. B. erfindungsgemäß mit Hilfe des Zentrierringes 42 in
der Weise erfolgen, daß dieser aus einem Werkstoff hergestellt wird, dessen magnetische
Leitfähigkeit mit Fallen der Temperatur, also zunehmender elektrischer Leitfähigkeit
der Wirbelstromtrommel 32, ebenfalls zunimmt. Die durch diese Vergrößerung des magnetischen
Nebenschlusses bedingte Verkleinerung des auf die Wirbelstromtrommel 32 entfallenden
Anteiles des magnetischen Flusses gestattet es, das Drehmoment der Wirbelstromtrommel
bei Temperaturänderungen in weiten Grenzen konstant zu halten.
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Die Erfindung ist nicht auf die im Beispiel dargestellte Ausführungsform
beschränkt. Bei dieser ist der »gefesselte« Kurzschlußläufer 29, 31, 32, 42 mit
dem synchron umlaufenden Magneten 44 zu einem Gerät 30 vereinigt. Es kann sich jedoch
empfehlen, aus Platzgründen dieses Gerät in zwei Einzelgeräte aufzuteilen. Es kann
ferner auch zweckmäßig sein, zur Betätigung des Zählwerkes und des Schreibwerkes
ein magnetisch geschaltetes Schaltwerk zu verwenden, besonders dann, wenn das Zählwerk
in dem aufklappbaren Deckel des Tachographen untergebracht werden soll. Der Umformer
3 kann selbstverständlich auch so gebaut sein, daß die Lamellen umlaufen und die
Bürstenhalter ortsfest angeordnet sind. Weiterhin können sämtliche Schleifbürsten
auf der Stirnseite anliegen. Endlich kann der Umformer auch so gebaut werden, daß
an Stelle der Schleifbürsten und der Lamellen durch Nocken betätigte Kontaktsätze
verwendet werden, die dann die Statorspulen entsprechend schalten.
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PATENTANSPROCHE 1. Elektrisches Drehzahl-, Geschwindigkeitsanzeige-
und -schreibgerät, insbesondere elektrischer Tachograph für Kraftfahrzeuge, bei
dem ein aus der Fahrzeugbatterie entnommener Gleichstrom an der Meßstelle in einem
der Geschwindigkeit oder der Drehzahl proportionalen Rhythmus zerlegt und mittels
einer Kunstschaltung in einen drehstromartigen Strom verwandelt wird, der auf der
Empfängerseite einem ein umlaufendes Dreh-
feld erzeugenden Stator zugeführt wird,
in dessen Magnetfeld ein Anker entgegen der Kraft einer Feder entsprechend der Frequenz
des Drehstromes und damit entsprechend der Geschwindigkeit oder der Drehzahl verstellt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformereinrichtung (3) auf der Geberseite
derart ausgebildet ist, daß zur Erzielung einer größeren Leistung auf der Empfängerseite
(30) das Drehfeld im Stator bei jeder einmaligen Umdrehung der Welle, deren Geschwindigkeit
gemessen werden soll, zweimal umläuft.
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2. Elektrisches Drehzahlmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umformereinrichtung (3) auf der Geberseite aus sechs ortsfest angeordneten
Lamellen besteht, die von zwei je mit dem negativen oder positiven Pol einer Gleichstromquelle
verbundenen, mit der Welle, deren Geschwindigkeit gemessen werden soll, umlaufenden
Schleifbürsten nacheinander bestrichen werden.
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3. Elektrisches Drehzahlmeßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der entsprechend der Frequenz des Drehfeldes im Stator (29) verstellte Anker
außer einem an sich bekannten Anzeigeorgan (40) auch noch ein Schreiborgan (61)
zum Aufzeichnen der gemessenen Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitswerte betätigt.
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4. Elektrisches Drehzahlmeßgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß im Drehfeld des Stators (29) noch ein ein weiteres Schreiborgan (57) und ein
Zählwerk (48) betätigender Rotor (44) angeordnet ist.
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5. Elektrisches Drehzahlmeßgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anzeige- und Schreibgerät (30) einen magnetischen Nebenschluß (42) für das
Feld des Stators besitzt, der aus einem solchen Werkstoff besteht, daß die magnetische
Leitfähigkeit mit zunehmender elektrischer Leitfähigkeit einer im Feld des Stators
befindlichen Wirbelstromtrommel ebenfalls zunimmt.