DE975788C - Drehzahlmesseinrichtung, insbesondere fuer die Geschwindigkeitsanzeige bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 6. SEPTEMBER 1962

S 44254 IXd/74b

bei Kraftfahrzeugen

Die Anzeige der Fahrgeschwindigkeit und der zurückgelegten Wegstrecke erfolgt bei der überwiegenden Mehrzahl aller Fahrzeuge auf mechanischem Wege, wobei eine biegsame Welle als Übertragungsmittel zwischen dem Rand oder einer Antriebswelle und dem Tachometer dient. Die biegsame Welle gibt immer wieder zu Störungen Anlaß und fällt oft gänzlich aus.

Man hat nun bereits rein elektrische Einrichtungen zur Geschwindigkeitsmessung gebaut, die mit Hilfe eines Tachometergenerators die Drehzahl in einen elektrisch meßbaren Wert umsetzen und in einem entsprechenden Meßgerät anzeigen. Der Anwendung solcher Einrichtungen stehen jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten entgegen. Es ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen wünschenswert, daß die Drehzahlmeßeinrichtung wenig Raum und Aufwand beansprucht und der Konstrukteur nicht schon von vornherein auf sie besonders Rücksicht nehmen muß. Dann ist auch ein nachträglicher Einbau leicht möglich. Diese Voraussetzungen wurden bisher von keiner der vielen bekannten elektrischen Drehzahlmeßeinrichtungen in genügendem Maße erfüllt, so daß sich auch keine im Kraftfahrzeugbau einbürgern konnte. Ein Tachometergenerator mit ausreichender Leistung ist schwer unterzubringen und teuer. Auch die verschiedentlich bekanntgewordenen Vorschläge, einem sehr kleinen Tachometergenerator einen Verstärker, insbesondere einen Röhrenverstärker, nachzuschalten, bringen als Ganzes gesehen keine Verbesserungen. Außerdem ist die Anwendung von Verstärkern nicht ohne weiteres möglich. Man kann wohl z. B. bei einer stationären Maschine einen

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Röhrenverstärker vorsehen, der von einer kleinen Induktionsspule eine unmittelbare drehzahlabhängige Steuerung erhält. Beim Kraftfahrzeug jedoch ist dies unvorteilhaft. Man müßte den Verstärker in gewisser Entfernung von der Induktionsspule anbringen und eine Verbindungsleitung zwischen Spule und Verstärker vorsehen. Nun ist es aber eine bekannte Tatsache, daß die Fortleitung schwacher Tonfrequenzströme mit veränderlicher

ίο Frequenz, und um solche handelt es sich in diesem Fall, ganz besondere Maßnahmen erfordert, wenn sie zu Meßzwecken erfolgt. Es sind z. B. umfangreiche Kompensierungsmaßnahmen notwendig, um die Leitungskapazität aus dem Meßergebnis auszuschalten. Auch bei großer Vorsicht werden sich jedoch Fehler kaum vermeiden lassen, die durch im Verhältnis zur Nutzspannung hohe Fremdspannungen am Verstärkereingang verursacht werden. Ganz abgesehen davon ist die Verwendung

ao von Elektronenröhren für Drehzahlmeßeinrichtungen in Kraftfahrzeugen schon vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit nicht zu rechtfertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere im Kraftfahrzeugbau mit Vorteil verwendbares, ohne mechanische Übertragungsmittel arbeitendes Drehzahlmeßgerät zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst von der Erkenntnis ausgegangen, daß eine Verstärkung einer sehr geringen Tachometergeneratorleistung dann zu einer erheblichen Verbilligung solcher Geräte führt, wenn man als Verstärkerelemente Transistoren benutzt und damit Aufwand und Raumbedarf für die Verstärkung verringert. Um hierbei die obengenannten Fehlerquellen in der Meßwertübertragung auszuschalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Transistor unmittelbar am Meßort anzuordnen und drehzahlabhängig zu steuern. Die Übertragungsschwierigkeiten fallen hierbei weg, da die Leitung zum Anzeigegerät verhältnismäßig hohe Ströme führt. Noch günstiger ist es unter Umständen, wenn der Transistor zugleich als Richtverstärker arbeitet und in der Leitung daher Gleichstrom fließt.

Die vom Generator aufzubringende Leistung braucht nur einige mW zu betragen. Die vom Verstärkertransistor abgegebene Leistung reicht zur Aussteuerung eines kleinen Meßinstrumentes aus,

: welches direkt in Einheiten der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl geeicht werden kann. Eine solche Einrichtung besitzt praktisch unbegrenzte Lebensdauer und macht der elektrischen Geschwindigkeitsmessung wegen ihrer Billigkeit und Einfachheit den Weg in den Kraftfahrzeugbau frei. Sie kann jedoch auch die sonst üblichen Tachometergeneratoren mit Vorteil ersetzen.

Die erwähnte geringe Generatorleistung führt zu Bauformen, die infolge ihrer Kleinheit gar nicht mehr als Generatoren erkennbar zu sein brauchen. Es genügt z. B. ein kleiner, an der umlaufenden Welle angebrachter Permanentmagnet, der in einer Spule, an der er vorbeiläuft, eine Wechselspannung induziert. Gemeinsam mit dem an die Spule angebauten, von ihr gesteuerten Transistor erhält man einen Generator, der um Größenordnungen kleiner und billiger ist als solche gleicher Leistung in üblicher Bauform. Der Meßwerterzeuger nach der Erfindung kann an Stellen angebracht werden, die für die bekannten Tachometergeneratoren ungeeignet sind, z. B. Lagerdeckel oder Getriebegehäuse, da er mechanisch völlig unempfindlich ist und, wenn nötig, durch Vergießen in einem Gehäuse auch ölfest und staubdicht ausgeführt werden kann.

Zur Geschwindigkeitsanzeige kann ein Wechselstrommeßgerät, in der Richtverstärkerschaltung des Transistors ein Gleichstrommeßgerät dienen. Ein anderer Generator gemäß der Erfindung, bei dem das Anzeigegerät als Frequenzmesser auszubilden ist, kann z. B. aus einem Fototransistor und einer Strahlungsquelle, etwa einer Glühlampe, einer Heizwicklung oder einem radioaktiven Präparat bestehen, wobei die Bestrahlung von einer auf der Welle angebrachten Blende periodisch unterbrochen wird.

Es ist einleuchtend, daß hiermit die Aufbaumöglichkeiten einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung noch keineswegs erschöpft sind. Der Grundgedanke der Erfindung, einen Transistor in Abhängigkeit von einer Wellenumdrehung zu steuern und den von ihm gelieferten Strom zur Drehzahlmessung zu verwenden, läßt noch vielerlei andere praktische Ausführungen zu.

Bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen muß neben der Geschwindigkeit auch der zurückgelegte Weg gemessen werden. Dies ist auf einfache Weise bei sämtlichen Ausführungsformen, bei denen eine Wechselspannung erzeugt wird, durch einen an den Transistor zusätzlich angeschlossenen kleinen Synchronmotor möglich, der ein Zählwerk betätigt. Der Synchronmotor muß Selbstanlauf aufweisen; er kann ähnlich den bei Synchronuhren verwendeten Motoren aufgebaut sein unter Berücksichtigung der durch den relativ großen Frequenzbereich erforderlich werdenden Abänderungen. Ferner ist eine Wegmessung möglich, indem man die vom Generator gelieferten Impulse zählt. Jeder Impuls entspricht einer bestimmten Wegstrecke.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger in den Zeichnungen dargestellter Beispiele. Es zeigt

Fig. ι eine Geschwindigkeits- und Wegmeßeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Fig. 2 eine Art des Einbaues von Induktionsspule und Transistor in ein Vergußgehäuse,

Fig. 3 den Einbau einer Drehzahlmeßeinrichtung in den Lagerdeckel eines Kugellagers im Schnitt,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Drehzahlmeßeinrichtung nach Fig. 3.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird auf die Abtriebswelle des Getriebes oder die Kardan- iao welle ι an Stelle der üblichen Schnecke für den Antrieb der biegsamen Welle ein Ring 2 aus vorzugsweise unmagnetischem Material aufgesetzt, der zwei oder mehrere kleine Permanentmagnete 3,4 trägt. Bei jedem Vorbeilaufen eines der Magnete ias an der Kernspule 5 wird in dieser eine Spannung

induziert, welche die Öffnung des Transistors 6 bewirkt. Die Anzahl der Magnete wird vorteilhaft so groß gewählt, daß bei der kÜsinstön zu messenden Geschwindigkeit die Frequenz der induzierten Spannungen groß genug ist, um ein Vibrieren des Anzeigegerätes 8 zu vermeiden. Man wird die Eigenresonanz des Zeigers möglichst tief legen, damit bei der höchsten Frequenz, entsprechend der höchsten Fahrgeschwindigkeit, der Synchronmotor

ίο io noch folgen kann.

Der vom Transistor 6 infolge seiner Steuerung aus dem Strom der Spannungsquelle 12 erzeugte pulsierende Gleichstrom ist ein Maß für die Drehzahl der Welle 1 und damit für die Fahrgeschwindigkeit. Sein Gleichstromanteil fließt über das Drehspulgerät, welches hoch ohmig ausgelegt und in Einheiten der Geschwindigkeit geeicht ist. Der größte Teil des Wechselstromanteils fließt über den Kondensator 9 großer Kapazität und den Synchronmotor 10, der ein Zählwerk 11 mit Schrittschaltung zur Registrierung des zurückgelegten Weges antreibt.

Um eine lineare Skala für das Instrument 8 zu erzielen, wird es gegebenenfalls notwendig sein, die Ausschlagkennlinie der Transistorkennlinie anzupassen, insbesondere bei kleinen Geschwindigkeiten und Strömen. Ferner ist darauf zu achten, daß bei der Höchstgeschwindigkeit der Transistor nicht übersteuert wird. Um eine Übersteuerung der Leistungshyperbel zu vermeiden, wird, falls erforderlich, ein Widerstand 7 in den Stromkreis gelegt.

Die Spule 5 und der Transistor 6 können vorteilhaft in ein Gehäuse, etwa von der Größe einer halben Zündholzschachtel, eingebaut und mit einer ölfesten Isolationsmasse vergossen werden. Ein Beispiel einer derartigen Ausführung zeigt Fig. 2 im Schnitt in natürlicher Größe. Das Gehäuse 13 besitzt Flansche 17 zur Befestigung. In seinem Innern sind Spule 5 und Transistor 6 angeordnet und mit der Isolationsmasse 14 vergossen. Emitter und ein Ende der Spulenwicklung sind mit dem Gehäuse unmittelbar verbunden, das, wie die bekannten Kondensatorenbecher, aus Aluminium oder verzinktem Eisenblech bestehen kann. Der Kollektoranschluß ist durch eine Isoliermuffe 15 zur Lötöse 16 geführt. Statt der Flansche 17 sind beliebige andere Befestigungsarten anwendbar, die eine leitende Verbindung zwischen Gehäuse und Masse gewährleisten. Eine solche Anordnung kann auch im Getriebegehäuse angebracht werden; in diesem Fall kann man z. B. einige oder alle Zähne des Abtriebszahnrades magnetisieren und die besonderen Magnete 3, 4 ersparen, oder mit Hilfe der Zähne die Feldstärke eines permanentmagnetischen Kreises, welcher den Eisenkern der Spule 5 enthält, modulieren.

Bei Fahrzeugen mit Heckmotor ist es bekannt, die Geschwindigkeitsanzeige von einem Vorderrad abzuleiten. Es wird z. B. die biegsame Welle durch eine Längsbohrung eines Achszapfens geführt und mit einem Kantbolzen in eine entsprechende öffnung am Radteller gesteckt. Auch hier ist es auf einfache Weise möglich, einen kleinen Tachometergenerator einzubauen, indem man etwa auf einen ähnlichen Bolzen einen kleinen Permanentmagnet aufsetzt und am Achszapfen eine Induktionsspule sowie den Transistor befestigt, vorteilhaft in einem Gehäuse nach Fig. 2, Die Bohrung des Zapfens nimmt dann das Kabel auf. Es ist jedoch bei solchen Fahrzeugen auch möglich, von der beschriebenen Ausführungsweise abzugehen und die Drehzahlmessung z. B. an der Kardanwelle vorzunehmen, da zwischen Meß- und Ableseort nur eine elektrische Leitung gelegt werden muß. Allgemein ist die Einrichtung gemäß der Erfindung für Drehzahlfernmessungen besonders geeignet und den bekannten Tachometergeneratoren für diesen Zweck überlegen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Tachometergenerator gemäß der Erfindung, und zwar handelt es sich um eine Bauform, welche mit Vorteil die üblichen Tachometergeneratoren ersetzen kann. In diesem Beispiel ist dargestellt, wie eine Meßeinrichtung 21 in das Kugellager einer Welle 20 eingebaut werden kann. Die elektrischen Anschlüsse sind durch Bohrungen im Lagerdeckel 22 an zwei isoliert aufgesetzte Lötösen 23 geführt. Fig. 4 zeigt in Ansicht und Schnitt längs der Ebene A-A die Meßeinrichtung selbst in Vergrößerung. Sie besteht aus einer Grundplatte 24 aus unmagnetischem Material, die mit einem Gewindeansatz 25 in den Lagerdeckel eingeschraubt wird. Auf der Grundplatte ist ein Kernblechpaket 26 mit Schrauben 27 befestigt und trägt eine Wicklung 28, deren beide Enden an Basis- und Emitterelektrode des Transistors 29 geführt sind. Von Emitter- und Kollektorelektrode führen Leitungen 30, 30' an die Lötösen 23 (Fig. 3). Der Permanentmagnet 31 hat zylindrische Form mit Magnetisierung in einer Durchmesserrichtung und ist in den Polschuhen 32 des Kerns 26 unmittelbar gelagert. Er trägt einen Gummibolzen 33, der in die erforderlichenfalls aufgerauhte Körnersenkung in der Mittelachse der Welle 20 (Fig. 3) gepreßt wird. Der Anpreßdruck wird von der Halbkugel 34 aufgenommen. Der Permanentmagnet induziert bei seiner Rotation in der Spule 28 Spannungen, die zur Steuerung des Transistors 29 herangezogen werden. Wicklung und Transistor werden vorteilhaft wieder mit ölfester Isolationsmasse 35 vergossen.

Es braucht wohl nicht besonders betont zu werden, daß die Anordnung nach den Fig. 3 und 4 nur eine aus der Vielzahl möglicher Ausführungsformen darstellt. Bei jedem beliebigen Lager wird dank der Kleinheit der Elemente eine Einrichtung gemäß der Erfindung ohne Änderung der Lagereinzelteile einbaubar sein.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Drehzahlmeßeinrichtung, insbesondere für die Geschwindigkeitsanzeige bei Kraftfahr- j.₂g zeugen, gekennzeichnet durch einen unmittelbar

   am Meßort angebrachten, drehzahlabhängig gesteuerten Transistor.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Induktionsspule, in der zwecks Steuerung des Transistors durch ein mit der Welle umlaufendes Magnetfeld Spannungen induziert werden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Induktionsspule und Transistor zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch ein Wechselstrommeßgerät zur Drehzahlanzeige.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch ein Gleichstrommeßgerät zur Drehzahlanzeige, wobei der Transistor als Richtverstärker dient.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mittels Strahlung Steuer- ao baren Halbleiter, insbesondere einen Fototransistor, eine Strahlungsquelle und eine mit der Welle umlaufende Blende, welche die Bestrahlung periodisch unterbricht.
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 6, gekennzeichnet durch ein Frequenzmeßgerät zur Drehzahlanzeige.
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen an den Transistor angeschlossenen Synchronmotor, der ein Schrittschaltwerk zur Anzeige des zurückgelegten Weges antreibt.
9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine an den Transistor angeschlossene Impulszähleinrichtung zur Anzeige des zurückgelegten Weges.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 580/49 8.56 (209 664ß 8.62)