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Rotierender Impulsgeber Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
einen rotierenden magnetischen Impulsgeber zur Erzeugung einer seiner Drehzahl frequenzproportionalen
Impulsfolge.
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Als rotierende Impulsgeber werden kleine Wechselstrommaschinen verwendet,
bei denen die Frequenz der in den feststehenden Anker induzierten Spannung ein Maß
für die Drehzahl des Läufers ist.
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Der Läufer ist mit einem Objekt gekoppelt, dessen Drehzahl gemessen
werden soll. Der Läufer einer solchen Wechselstrommaschine ist ähnlich wie ein Zahnrad
aufgebaut. Das Material der Zähne kann dabei aus Weicheisen bestehen. In diesem
Fall sind die gegenüberstehenden Polschuhe, die die Induktionsspulen tragen, aus
dauermagnetischem Material aufgebaut. Die an den Polschuhen sich vorbeibewegenden
Zähne des Rotors bewirken eine Änderung des magnetischen Leitwertes der Induktionsspule.
Diese wiederum hat eine Änderung des magnetischen Flusses zur Folge, wodurch eine
Spannung induziert wird.
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Eine andere Art solcher Impulsgebermaschinen benutzt nichtmagnetische
Polschuhe für die Induktionsspulen; vielmehr bestehen hier die Rotorzähne aus dauermagnetischem
Material, wobei die Zähne in wechselnder Folge als Nord- und Südpole orientiert
sind. Beiden erwähnten Impulsgebern haftet der Nachteil an, daß bei kleiner werdender
Relativgeschwindigkeit der Zähne gegenüber der Induktionsspule die induzierte Spannung
immer kleiner und bei Stillstand schließlich zu Null wird. Man kann mit ihnen also
sehr langsame Drehbewegungen nicht erfassen.
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Weiterhin sind Impulsgeber bekannt, bei denen ein gezahnter oder
mit Ausschnitten versehener Rotor an der Schwingkreisspule eines Oszillators vorbeigeführt
wird und die Schwingungen des Oszillators aus-und einschaltet. Das Aus- und Einsetzen
der Schwingung wird dabei durch eine Steuerblende bewirkt, die die Kopplung zwsichen
einer Oszillatorspule und einer Rückkopplungsspule unterbricht.
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Bei einer anderen Art von Impulsgebern wird ein Zahnrad an einem
Fühler vorbeibewegt und dadurch ein mit dem Fühler verbundener Oszillator aus- und
eingeschaltet. Die hochfrequente Oszillatorspannung wird gleichgerichtet und die
erhaltene Gleichspannung dem Gitter einer Röhre zugeführt. Durch das Ein- und Ausschalten
des Oszillators wird die Röhre nichtleitend bzw. leitend, und am Ausgang können
Rechteckgleichspannungsimpulse abgenommen werden.
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Es ist ferner bekannt, eine hochfrequente Schwingung dadurch zum
Aussetzen zu bringen, daß man
durch Einführung eines massiven Eisenkörpers in das
magnetische Feld der Schwingkreisspule eine sehr starke Dämpfung erzeugt. Aus diesem
Grund kann es als naheliegend angesehen werden, einen Impulsgeber zu bauen, der
aus einem hochfrequenten Oszillator besteht und an dessen Schwingkreisspule die
massiven Eisenzähne des rotierenden Impulsgebers vorbeilaufen, wobei die hochfrequente
Schwingung beim Vorbeilaufen eines Zahnes aussetzt und beim Vorbeilaufen einer Zahnlücke
wieder einsetzt. Eine nachteilige Eigenschaft eines solchen Impulsgebers besteht
darin, daß die Schwingfrequenz groß gegenüber der Zahnimpulsfrequenz sein muß.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impulsgeber
zu schaffen, der sowohl bei sehr kleinen als auch bei sehr großen Drehzahlen brauchbare
Impulse liefert und im übrigen die Nachteile der obengenannten Einrichtungen nicht
aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein rotierender magnetischer Impulsgeber
vorgeschlagen, bei dem in bekannter Weise ein Rotor mit aus massivem Eisen bestehenden
Zähnen verwendet wird, die an einer im Raum feststehenden Induktionsspule vorbeilaufen
und diese Spule zugleich als Schwingkreisspule eines hochfrequenten Oszillators
dient und so bemessen und angeordnet ist, daß die Schwingung aussetzt, wenn ein
Zahn an der Spule vorbeiläuft, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die beim Vorbeilaufen
der Zähne in der Spule induzierten Spannungsstöße gleichgerichtet werden und den
Oszillator durch Arbeitspunktverlagerung so beaufschlagen, daß mit zunehmender Größe
der induzierten Spannungsstöße (zunehmende Drehzahl) die relativen Zeitabschnitte
(bezogen auf die Zeit für das Vorbeilaufen eines Zahnes), in denen die hochfrequente
Schwingung wieder einsetzt, immer kleiner und schließlich zu Null werden und daß
die Ausgangsgröße des Impulsgebers
aus der Summe der (positiven
oder negativen) induzierten Spannungsstöße und den Schwingungsintervallen des Oszillators
besteht.
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In F i g. 1 ist die Erfindung schematisch angedeutet. Der Rotor 1
ist an seiner Peripherie mit Zähnen 2 versehen. Diese bestehen aus massivem Eisen,
bei dem die Wirbelstrombildung möglichst groß ist Die Zähne laufen am Polschuh 4
einer Induktionsspule 3 vorbei. Diese Induktionsspule ist zugleich die Schwingkreisspule
eines Oszillators 5. Die Spule ist so bemessen und angeordnet, daß die hochfrequente
Schwingung aussetzt, wenn ein Zahn vor dem Polschuh steht. Das Aussetzen der Schwingung
ist eine Folge der starken Dämpfung, die durch Wirbelströme und Hysteresisverluste
im Eisen des Zahnes entsteht.
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Die Schwingung setzt wieder ein, wenn dem Polschuh eine Zahnlücke
gegenübersteht. Unabhängig davon, daß die Spule 3 zur Erzeugung hochfrequenter Schwingungen
dient, wird in sie durch Vorbeilaufen der Zähne, wie bei den eingangs geschilderten
bekannten Impulsgebern, eine Spannung induziert. (Es ist im Prinzip gleichgültig,
ob die Zähne als magnetisch passives Material an Dauermagneten vorbeilaufen oder
selbst abwechselnd als Nord-Süd-Pole orientiert sind. Wichtig ist nur, daß sie massiv
sind, damit das hochfrequente Feld starke Eisenverluste in ihnen erzeugen kann).
Diese Impulsspannung dient zur Steuerung des Oszillators in der Weise, daß die Zeiten
des Schwingzustandes, bezogen auf die Zeit für den Vorbeilauf eines Zahnes, mit
zunehmender Impulsspannung immer kleiner werden und schließlich ganz verschwinden.
Dies kann in der Weise erreicht werden, daß die Impulsspannung gleichgerichtet wird
und den Arbeitspunkt der im Oszillator vorhandenen Röhre (oder Transistor) entsprechend
verschiebt.
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In den Fig. 2 und 3 sind diese Zusammenhänge schematisch angedeutet.
In F i g. 2 a sind die Zeitabschnitte, in denen ein Zahn an der Spule vorbeiläuft,
durch Rechtecke dargestellt. F i g. 2 b zeigt den Schwingungszustand des Oszillators
für eine angenommene sehr kleine Drehzahl. Bei dieser kleinen Drehzahl sind die
in die Spule induzierten Spanmmgsstöße sehr klein. Sie sind in F i g. 2 c dargestellt.
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Am Ausgang A des Impulsgebers werden die Summe der positiven induzierten
Impulse (a in F i g. 2 d) und die geglätteten positiven Halbwellen (b in Fig. 2
d) der hochfrequenten Schwingung abgegeben. Man erkennt, daß bei kleinen Drehzahlen
der Ausgangsimpuls praktisch nur durch die hochfrequente Schwingung gebildet wird.
In F i g. 3 sind die gleichen Verhältnisse für eine höhere Drehzahl dargestellt.
Die
Zeit für das Vorbeilaufen eines Zahns gemäß F i g. 3 a ist kleiner als die entsprechende
Zeit gemäß F i g. 2 a.
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Dieser Unterschied ist in der Figur jedoch nicht dargestellt, da es
nur auf die relativen Verhältnisse, d. h. die Verhältnisse bezogen auf die Zahnvorbeilaufperiode,
ankommt. In F i g. 3 c sind die induzierten Impulse bedeutend größer, ihrer Größe
entsprechend ist die Zeit für das Wiedererscheinen der hochfrequenten Schwingung
kleiner geworden (F i g. 3 b). Die Ausgangsimpulse in F i g. 3 d bestehen hier zu
etwa gleichen Teilen aus den induzierten Impulsen und den Schwingungszeiten des
Oszillators. Bei weiterer Drehzahlsteigerung verschwinden die Schwingungsintervalle
des Oszillators vollständig. Die induzierten Impulse haben dann eine für jede Verarbeitung
ausreichende Größe, d. h. eine Amplitude erreicht, die gleich oder größer derjenigen
ist, die bei kleinen Drehzahlen von der hochfrequenten Schwingung gebildet wurde.