DE3131675C1

DE3131675C1 - Verfahren zum Betätigen einer Schaltvorrichtung, wie Kupplung oder Bremse

Info

Publication number: DE3131675C1
Application number: DE3131675A
Authority: DE
Inventors: Knud 6430 Nordborg Blohm; Egon 6400 Soenderborg Krogh
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Laurence Scott and Electromotors Ltd
Priority date: 1981-08-11
Filing date: 1981-08-11
Publication date: 1983-02-24
Also published as: JPH0348526B2; DK150043B; DK150043C; DK311482A; FR2511520A1; FR2511520B1; JPS5875219A; GB2103838A; GB2103838B; US4506771A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betätigen einer Schaltvorrichtung, wie Kupplung oder Bremse, für ein Bewegungselement, das von einem Treiborgan antreibbar ist, dessen Geschwindigkeit sich periodisch ändert und durch Null geht, wobei die Periode durch einen kontinuierlich umlaufenden Signalgeber abgebildet wird, bei dem der Periodenfrequenz die Drehzahl und dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang der Periode ein Nullwinkel entspricht und der in einer vorgegebenen Winkellage ein Auslösesignal zur Betätigung der Schaltvorrichtung erzeugt, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art bekannt (Danfoss-Prospekt T.214.13.1, Seite 13), bei dem ein Motor über einen Exzentertrieb eine Zahnstange als Treiborgan sinusförmig hin und her bewegt. Die Zahnstange treibt ein Ritzel auf der Eingangsseite einer druckluftbetätigten Kupplung. Das Ausgangsglied der Kupplung ist eine als Bewegungselement dienende Transportwalze. Dadurch daß die Kupplung jeweils nur in der einen Bewegungsrichtung eingeschaltet wird, kann das Bewegungselement einsinnig intermittierend angetrieben werden. Die sich kontinuierlich drehende Motorwelle trägt eine Signalgeber-Scheibe, die eine als Ausschnitt augebildete, über 180° verlaufende Signalgabespur trägt, die fotoelektrisch abgetastet wird. Hierbei kann das die Kupplung während einer Halbperiode eingeschaltet haltende Betätigungssignal ohne wesentliche Umformung vom Signalgeber übernommen und durch die Steuervorrichtung abgegeben werden.
Schaltgeräte, wie Kupplungen und Bremsen, haben

eine gewisse Reaktionszeit zwischen dem Auftreten des Betätigungssignals und dem Wirksamwerden des Kupplungs- oder Bremseingriffs. Diese Reaktionszeit kollidiert mit dem Wunsch, die Schaltvorrichtung möglichst im Nulldurchgang der Geschwindigkeit des Treibelements wirksam werden zu lassen, damit die Beanspruchung der Bauteile und deren Abnutzung klein ist.

Im Zusammenhang mit der Zündzeitpunktverstellung bei Kraftfahrzeugen ist es bereits bekannt (»Elektrantsehe Schaltungen für Kraftfahrzeuge« Siemens AG, 1978, Seite 101 bis 105), ein Auslösesignal in einer Winkellage, die dem Nullwinkel vorauseilt, zu erzeugen, hiermit eine Verzögerungszeit auszulösen, die mit höher werdender Drehzahl kleiner wird, und nach Ablauf dieser Verzögerungszeit ein Zündsignal abzugeben. Auf diese Weise wird eine optimale Anpassung des Zündzeitpunktes an die Drehzahl erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem die Schaltvorrichtung unabhängig von der Drehzahl etwa oder genau im Geschwindigkeits-Nulldurchgang des Treiborgans wirksam gemacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Auslösesignal in einer Winkellage, die dem Nullwinkel voreilt, erzeugt wird und eine mit steigender Drehzahl kleiner werdende Verzögerungszeit auslöst, deren Ende einen Zeitpunkt bestimmt, der unabhängig von der Drehzahl etwa um die Reaktionszeit der Schaltvorrichtung vor dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang liegt, und daß nach Ablauf dieser Verzögerungszeit ein Betätigungssignal abgegeben wird.

Bei diesem Vorgehen ist das Betätigungssignal nicht mehr von der Winkellage des Signalgebers abhängig. Vielmehr wird infolge der variablen Verzögerungszeit, die in einer bestimmten Winkellage ausgelöst wird, für den Abgabezeitpunkt des Betätigungssignals ein mit zunehmender Drehzahl größer werdender Voreilwinkel festgelegt, so daß die Schaltvorrichtung tatsächlich unabhängig von der Drehzahl etwa im Geschwindigkeits-Nulldurchgang wirksam wird.

Eine besonders genaue Lösung des gestellten Problems ergibt sich dadurch, daß ein Bezugssignal in einer Winkellage, die dem Nullwinkel um den doppelten Auslösewinkel voreilt, erzeugt wird und eine konstante Laufzeit, die gleich der Reaktionszeit ist, auslöst, und daß die Zeitdifferenz zwischen dem Ende dieser Laufzeit und dem Auftreten des Auslösesignals gemessen und anschließend als Verzögerungszeit eingeführt wird. Dadurch daß zwischen dem Auftreten des Bezugssignals und dem Auftreten des Auslösesignals die gleiche Zeit wie zwischen dem Auftreten des Auslösesignals und dem Nulldurchgang der Geschwindigkeit vergeht und in der ersten Hälfte von dieser Zeit die Reaktionszeit abgezogen wird, erhält man als Zeitdifferenz genau diejenige Zeit, die in der zweiten Hälfte als sehr genaue Verzögerungszeit benutzt werden kann.

Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Betätigen einer Schaltvorrichtung wie Kupplung oder Bremse, für ein Bewegungselement, das von einem Treiborgan antreibbar ist, das von einem Motor über einen Kurbeltrieb od. dgl. periodisch in entgegengesetzter Richtung bewegt wird, wobei der Motor mit einem Signalgeber versehen ist, der eine umlaufende Scheibe mit Markierungen und mit einem dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang des Treiborgans entsprechenden Nullwinkel sowie eine zugehörige Abtastvorrichtung zur Abgabe eines Auslösesignals aufweist, und wobei eine Steuervorrichtung in Abhängigkeit vom Auslösesignal ein Betätigungssignal abgibt, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der Signalgeber-Scheibe um einen Auslörewinkel gegenüber dem Nullwinkel voreilend versetzt ist, und daß die Steuervorrichtung ein erstes vom Auslösesignal auszulösendes Zeitglied aufweist, das für eine mit steigender Drehzahl kleiner werdende Verzögerungszeit ausgelegt ist und an deren Ende das Betätigungssignal abgibt. Die Signalgeber-Scheibe braucht hierbei gegenüber dem Stand der Technik nur geringfügig modifiziert zu werden. Auch der Einbau eines Zeitgliedes in die Steuervorrichtung erfordert keinen großen Aufwand.

In weiterer Ausgestaltung empfiehlt es sich, daß eine zweite der Abgabe eines Bezugssignals dienende Markierung der Signalgeber-Scheibe um den doppelten Auslösewinkel gegenüber dem Nullwinkel voreilend versetzt ist und daß die Steuervorrichtung ein zweites, vom Bezugssignal auszulösendes Zeitglied, das für eine konstante Laufzeit, die gleich der Reaktionszeit der Schaltvorrichtung ist, ausgelegt ist, und eine Zeitdifferenz-Meßvorrichtung, die vom zweiten Zeitglied ausgelöst und vom Auslösesignal gestoppt wird, aufweist, und daß das erste Zeitglied mit der Zeitdifferenz-Meßvorrichtung derart verbunden ist, daß die gemessene Zeitdifferenz als Verzögerungszeit benutzbar ist. Hiermit ergibt sich eine außerordentlich genaue Festlegung des Abgabezeitpunkts für das Betätigungssignal.

Mit Vorteil sind das erste Zeitglied und die Zeitdifferenz-Meßvorrichtung durch einen mit Taktimpulsen gespeisten Vorwärts-Rückwärts-Zähler gebildet. Durch die Vereinigung von Zeitglied und Meßvorrichtung wird der Ausbau stark vereinfacht.

Das zweite Zeitglied kann durch einen mit Taktimpulsen voreinstellbaren Zähler gebildet sein. Auf diese Weise läßt sich die Laufzeit, die gleich der Reaktionszeit der Schaltvorrichtung ist, bequem festlegen.

Günstig ist es ferner, wenn die Signalgeber-Scheibe eine in Umfangsrichtung verlaufende Signalgabespur aufweist, die von der zweiten bis zur ersten Markierung reicht, und daher der Signalgeber am Ausgang einen Impuls abgibt, dessen Vorderflanke das Bezugssignal und dessen Rückflanke das Auslösesignal bildet. Die Enden der Signalgabespur, beispielsweise eines Ausschnitts, ergeben genau definierte Schaltpunkte und erlauben daher ein sichereres Arbeiten als bei Verwendung von Einzelimpulsen zur Kennzeichnung des Bezugssignals bzw. des Auslösesignals.

Insbesondere ist es möglich, daß der Ausgang des Signalgebers mit dem Start-Eingang des voreinstellbaren Zählers und dem Umschalteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers, der Ausgang des voreinstellbaren Zählers mit dem Starteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers und dessen Ausgang mit einer Logikschaltung zur Abgabe des Betätigungssignals verbunden sind. Hierbei werden keine Umformerstufen benötigt, um die Vorderflanke bzw. Rückflanke in gesonderte Signale umzusetzen. Vielmehr läuft der Start des voreinstellbaren Zählers, der Start des Vorwärts-Rückwärts-Zählers, sein Umschalten und die Abgabe des Betätigungssignals automatisch in der richtigen Reihenfolge ab.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfin-

dungsgemäß betriebenen Schaltvorrichtung,

Fig.2 eine Ausführungsform einer Signalgeber-Scheibe,

F i g. 3 in einem Zeitdiagramm die Geschwindigkeit des Treiborgans und

Fig.4 das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Steuervorrichtung.

In F i g. 1 ist eine Materialbahn 1 veranschaulicht, die mit Hilfe zweier Transportwalzen 2 und 3 in Richtung der Pfeile 4 transportiert wird. Die untere Transportwalze wird von einem Elektromotor 5 angetrieben, der auf seiner Welle 6 eine Antriebsscheibe 7 trägt. In einem Schlitz 8 dieser Scheibe ist ein Gelenk 9 verstellbar angeordnet. An ihm ist eine Zahnstange 10 angelenkt, die auf ein Ritzel 11 an der Eingangswelle 12 einer Schaltvorrichtung 13 wirkt. Zwischen dieser und der Transportwalze 3 ist eine Kupplung 14, zwischen der Transportwalze 3 und dem Gehäuse 15 der Schaltvorrichtung ist eine Bremse 16 vorgesehen.

Zur Betätigung der Kupplung 14 bzw. der Bremse 16 dient Druckluft aus einem Behälter 17. Die Druckluft wird mittels in dem Gehäuse 15 angeordneter Ventile zugeführt, wenn diese von einer Steuervorrichtung 18 Betätigungssignale Z_x für die Kupplung bzw. Z₂ für die Bremse erhalten. Die Steuervorrichtung 18 empfängt von einem Signalgeber 19 Bezugssignale A und Auslösesignale B. Der Signalgeber enthält eine Scheibe 20, die zwei als Ausschnitte ausgebildete Signalspuren 21,22 aufweist, und eine diese fotoelektrisch abtastende Abtastvorrichtung 23 (vgl. Fig.2). Das eine Ende der Spur bildet jeweils eine Markierung »A« zur Abgabe des Bezugssignals A, das andere Ende eine Markierung »B« zur Abgabe des Auslösesignals B. Ihr Winkelunterschied κ ist gleich dem Winkel zwischen dem Nullwinkel »0« und der Markierung »B«.

Die Zahnstange 10 ist ein Treiborgan, das die in Fig.3 veranschaulichte Geschwindigkeit ν über der Zeit t hat. Sie bewegt sich daher bei der kontinuierlichen Drehbewegung des Motors 5 gemäß Pfeil 24 hin und her, wie es die Pfeile 25 zeigen. Die Kupplung 14 wird jeweils während der Vorwärtsbewegung (Abschnitt v\ der Kurve in F i g. 3) und die Bremse 16 jeweils während der Rückwärtsbewegung (Abschnitt V₂) eingeschaltet. Auf diese Weise ergibt sich ein schrittweiser Vorschub entsprechend den Pfeilen 4 während des Abschnitts v\ und ein Stillstand während des Abschnitts V₂.

Zwischen dem Auftreten des Schaltsignals Zi bzw. Z₂ und dem Wirksamwerden der Kupplung 14 bzw. der Bremse 16 vergeht eine gewisse Reaktionszeit t\. Aus diesem Grund soll das Schaltsignal nicht erst im Geschwindigkeits-Nulldurchgang 0, sondern bereits im Zeitpunkt D vor dem Nulldurchgang abgegeben werden. Damit dies unabhängig von der Drehzahl des Motors 5 möglich ist, wird ein Auslösesignal B in einem festen Auslösewinkel α vor dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang 0 abgegeben und dann eine Verzögerungszeit t_a ausgelöst, die mit größer werdender Drehzahl geringer wird. Hiermit ergibt sich unabhängig von der Drehzahl des Motors 5 ein Zeitpunkt D, der etwa um die Reaktionszeit vor dem Nulldurchgang liegt.

Damit die Verzögerungszeit t_a möglichst genau festgelegt wird, erzeugt man, voreilend um den doppelten Auslösewinkel α, ein Bezugssignal A das eine Laufzeit ti auslöst, welche gleich der Reaktionszeit ίι ist. ι Die Zeitdifferenz Δ, zwischen den Zeitpunkten Cund B nimmt mit steigender Drehzahl ab. Wählt man diese Zeitdifferenz als Verzögerungszeit i_a, endet die Reaktionszeit U genau im Nulldurchgang 0, weil die Abschnitte A-Bund B-O gleich sind.

ίο Eine Ausführun^sform, um diese Betriebsweise zu verwirklichen, ist in F i g. 4 veranschaulicht. Über einen Eingang 26 werden Impulse 27 zugeführt, deren Vorderflanke das Bezugssignal A und deren Rückflanke das Auslösesignal B darstellen. Die Impulse 27 werden dem Starteingang 28 eines voreinstellbaren Zählers 29 und dem Umschalteingang 30 eines Vorwärts- Rückwärts-Zählers 31 zugeführt. Am Voreinstell-Eingang 31 des Zählers 29 wird die Laufzeit h auf den Wert der Reaktionszeit t\ eingestellt. Ein Taktimpulsgeber 33 versorgt den Takteingang 34 des Zählers 29 und den Takteingang 35 des Zählers 31 mit Taktimpulsen. Der Ausgang 36 des Zählers 29 ist mit dem Starteingang 37 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 31 verbunden. Dessen Ausgang 38 führt zu einer Logikschaltung 39 mit zwei UND-Gliedern 40 und 41. Die anderen Eingänge werden von den Ausgängen 42 und 43 eines Flip-Flops

44 versorgt, der immer dann, wenn an seinem Eingang

45 der Impuls 27 auftritt, umschaltet. Infolgedessen kann am Ausgang des UND-Gliedes 40 das Betätigungssignal

Zi für die Kupplung und am Ausgang des UND-Gliedes 41 das Betätigungssignal Z₂ für die Bremse abgenommen werden.

Beim Auftreten des Impulses 27 beginnt der Zähler 29 zu zählen, bis am Ende der Laufzeit ti der eingestellte Wert abgezählt ist, sei es vom eingestellten Wert rückwärts bis auf Null, sei es von Null bis zum eingestellten Wert. Sobald die Zählung beendet ist, wird ein Übertragungssignal X abgegeben, das den Zähler 31 im Vorwärtsbetrieb in Gang setzt. Sobald das Auslösesignal B auftritt, also der Impuls 27 beendet ist, schaltet der Zähler 31 auf den Rückwärtsbetrieb um und zählt von der bis zu diesem Zeitpunkt erreichten Zahl wieder rückwärts auf Null. Damit ist der Zeitpunkt D genau festgelegt. Es wird nunmehr ein Freigabesignal Y

auf die Logikschaltung 39 gegeben. Hier war zuvor der Flip-Flop 44 mit Hilfe des Impulses 27 voreingestellt, so daß jeweils die richtige Schaltvorrichtung betätigt wird, obwohl die beiden Signalspuren 21 und 22 gleich ausgebildet sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde eine Scheibe 20 aus schwarzem eloxiertem Aluminium benutzt. Der Winkel α betrug 45°. Bei einer Reaktionszeit fi = 19 ms und einer Drehzahl von 300 U/min ergab sich eine Auslösezeit f_a = 6 ms. Bei einer Drehzahl von 25 U/min ergab sich eine Auslösezeit, i_a = 281 ms. Die Taktimpulsfrequenz betrug 1OkHz. Der Zähler 29 war ein Drei-Dekaden-Dezimalzähler, der Zähler 31 ein Drei-Dekaden-Binärzähler. Die Auflösung bezüglich der Zeit betrug 0,1 ms.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betätigen einer Schaltvorrichtung, wie Kupplung oder Bremse, für ein Bewegungselement, das von einem Treiborgan antreibbar ist, dessen Geschwindigkeit sich periodisch ändert und durch Null geht, wobei die Periode durch einen kontinuierlich umlaufenden Signalgeber abgebildet wird, bei dem der Periodenfrequenz die Drehzahl und dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang der Periode ein Nullwinkel entspricht und der in einer vorgegebenen Winkellage ein Auslösesignal zur Betätigung der Schaltvorrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesignal (B) in einer Winkellage, die dem Nullwinkel voreilt, erzeugt wird und eine mit steigender Drehzahl kleiner werdende Verzögerungszeit (t_a) auslöst, deren Ende einen Zeitpunkt (D) bestimmt, der unabhängig von der Drehzahl etwa um die Reaktionszeit (ti) der Schaltvorrichtung (14,16) vor dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang (O) liegt, und daß nach Ablauf dieser Verzögerungszeit ein Betätigungssignal (Z\, Z₂) abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugssignal (A) in einer Winkellage, die dem Nullwinkel um den doppelten Auslösewinkei (<%) voreilt, erzeugt wird und eine konstante Laufzeit (t₂), die gleich der Reaktionszeit (ti) ist, auslöst, und daß die Zeitdifferenz (Δ i) zwischen dem Ende (C) dieser Laufzeit und dem Auftreten des Auslösesignals (B) gemessen und anschließend als Verzögerungszeit (t_a) eingeführt wird.

3. Vorrichtung zum Betätigen einer Schaltvorrichtung wie Kupplung oder Bremse, für ein Bewegungselement, das von einem Treiborgan antreibbar ist, das von einem Motor über einen Kurbeltrieb od. dgl. periodisch in entgegengesetzter Richtung bewegt wird, wobei der Motor mit einem Signalgeber versehen ist, der eine umlaufende Scheibe mit Markierungen und mit einem dem Geschwindigkeits-Nulldurchgang des Treiborgans entsprechenden Nullwinkel sowie eine zugehörige Abtastvorrichtung zur Abgabe eines Auslösesignals aufweist, und wobei eine Steuervorrichtung in Abhängigkeit vom Auslösesignal ein Betätigungssignal abgibt, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (»B«) der Signalgeber-Scheibe (20) um einen Auslösewinkel (α) gegenüber dem Nullwinkel (»0«) voreilend versetzt ist, und daß die Steuervorrichtung (18) ein erstes vom Auslösesignal (B) auszulösendes Zeitglied (31) aufweist, das für eine mit steigender Drehzahl kleiner werdende Verzögerungszeit (t_a) ausgelegt ist und an deren Ende das Betätigungssignal (Zi, Z₂) abgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite der Abgabe eines Bezugssignals (A) dienende Markierung (»A«) der Signalgeber-Scheibe (20) um den doppelten Auslösewinkel (oc) gegenüber dem Nullwinkel (»0«) voreilend versetzt ist und daß die Steuervorrichtung (18) ein zweites, vom Bezugssignal (B) auszulösendes Zeitglied (29), das für eine konstante Laufzeit (t₂), die gleich der Reaktionszeit (ti) der Schaltvorrichtung ist, ausgelegt ist, und eine Zeitdifferenz-Meßvorrichtung (31), die vom zweiten Zeitglied (29) ausgelöst

und vom Auslösesignal (B) gestoppt wird, aufweist, und daß erste Zeitglied mit der Zeitdifferenz-Meßvorrichtung derart verbunden ist, daß die gemessene Zeitdifferenz (Δ t) als Verzögerungszeit (t_a) benutzbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitglied und die Zeitdifferenz-Meßvorrichtung durch einen mit Taktimpulsen gespeisten Vorwärts-Rückwärts-Zähler (31) gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitglied durch einen mit Taktimpulsen gespeisten voreinstellbaren Zähler (29) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeber-Scheibe (20) eine in Umfangsrichtung verlaufende Signalgabespur (21,22) aufweist, die von der zweiten (»A«) bis zur ersten Markierung (»ß«) reicht, und daher der Signalgeber (19) am Ausgang einen Impuls (27) abgibt, dessen Vorderflanke das Bezugssignal (A) und dessen Rückflanke das Auslösesignal (B) bildet.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Signalgebers (19) mit dem Start-Eingang (28) des voreinstellbaren Zählers (29) und dem Umschalt-Eingang (30) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (31), der Ausgang (36) des voreinstellbaren Zählers (29) mit dem Starteingang (37) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (31) und dessen Ausgang (38) mit einer Logikschaltung (39) zur Abgabe des Betätigungssignals (Zi, Z₂) verbunden sind.