Die Erfindung betrifft einen Drehzahlwächter zum Feststellen des Über- bzw. Unterschreitens einer bestimmten Drehzahl einer Welle.
Beibekannten Drehzahlwächtern. welche feststen, ob die Drehzahl einer Welle eine bestimmte Nenndrehzahl über- bzw.
unterschreitet. wird eine der Drehzahl proportionale Gleichspannung erzeugt und diese dann mit einer der Nenndrehzahl entsprechenden Spannung verglichen. Ein Nachteil dieser Art von Schaltung ist das verzögerte Ansprechen, ein weiterer Nachteil die meistens auftretende Hysterese: d.h. hei ansteigender bzw. sinkender Drehzahl spricht die Schaltung nicht beim selben Drehzahlwert an.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe Drehzahlwächter ist gekennzeichnet durch einen mit der Welle verbundenen Impulsgeber zum Abgeben von mindestens einem Taktimpuls pro Umdrehung der Welle, eine mit dem Impulsgeber verbundene Impulserzeugerschaltung zum Erzeugen eines Impulses mit einer bestimmten Zeitdauer hei Eintreffen jedes Taktimpulses und eine mit dem Impulsgeber und der Impulserzeugerschaltung verhundene Speicherschaltung. in der hei einem zeitlichen Ahstand der Taktimpulse, welcher kleiner als die genannte Zeit dauer ist, ein Signal gespeichert und bei einem zeitlichen
Abstand der Taktimpulse. welcher grösser als die genannte
Zeitdauer ist. dass vorhergehend gespeicherte Signal gelöscht wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsheispiel der Erfindung anhand der heiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschema der Schaltung eines Drehzahlwächters, und
Fig. 2 den Spannungsverlauf an fünf verschiedenen Punkten im Blockschema nach Fig. 1.
An einer (nicht dargestellten) Welle, deren Drehzahl überwacht werden soll, ist ein Drehzahl-lmpuls-Wandler 1 angebracht, an dessen Ausgang pro Umdrehung der Welle mindestens ein Impuls U, erscheint. Der Drehwinkel-Impuls Wandler 1 kann heispielsweise ein Näherungsinitiator sein, dessen Ausgangsspannung sich sprungweise ändert, wenn eine an der Welle befestigte Metallfahne an ihm vorbeibewegt wird.
Der Ausgang 11 des Drehwinkel-Impuls-Wandler list mit dem Triggereingang 12 eines ersten monostabilen Multivibrators 2 verbunden. An den Anschlüssen 13 und 14 ist ein
Kondensator C3, der die Dauer des an den beiden Ausgängen
15, 16 erscheinenden Impulses U2 bestimmt, angeschlossen.
Ein erster Ausgang 15 des Multivibrators 2 ist mit dem Triggereingang 17 eines zweiten monostabilen Multivibrators
3, an dessen Ausgang 2() ein Messgerät M zur Anzeige des zur
Drehzahl proportionalen Mittelwertes Uoff der Ausgangs impulsfolge angebracht ist, verbunden. Die Impulsdauer des zweiten monostabilen Multivibrators 3 ist durch den an den
Eingängen 18, 19 angeschlossenen Kondensators C, und den zwischen dem Eingang 18 und der positiven Betriebsspannung eingeschalteten variahlen Widerstand R, bestimmt.
Ein zweiter Ausgang 16 des ersten monostabilen Multivibrators 2, an dem eine gegenüber dem ersten Ausgang
15 negierte Spannung liegt. ist mit dem Triggereingang 21 einer retriggerbaren Einschaltverzögerung 4 und dem Takteingang 22 eines ersten Flip-Flops 5 verbunden. Die Impulsverzögerung der retriggerbaren Einschaltverzögerung 4 wird durch den variablen Widerstand R2 und den Kondensator C2, die an den Eingängen 23, 24 angeschlossen sind, bestimmt. Der Ausgang
25 ist über einen Inverter I1 mit dem Rückstelleingang des ersten Flip-Flop 5 und eines zweiten Flip-Flop 6 verbunden.
Mit diesen beiden Eingängen ist auch der Ausgang eines zweiten Inverters I2. dessen Eingang am Kollektor eines Transistors T1 liegt, verbunden. Der Emitter dieses Transistors T1 ist über eine Zenerdiode Z1 mit Masse verbunden. Seine Basis ist über einen Widerstand R3 an der positiven Betriebsspannung. über einen Widerstand R4 und einen Kondensator C4 an Masse angeschlossen (Einschalt-Impulsunterdrückung).
Der Ausgang 28 des ersten Flip-Flop 5 ist mit dem Takteingang 29 des zweiten Flip-Flop 6 verbunden. an dessen erstem Ausgang 30 ein dritter Inverter 13 und der eine Eingang eines NAND-Gatters angeschlossen sind. während sein zweiter, negierter Ausgang 31 mit dem Sperreingang 32 des ersten Flip Flop 5 verbunden ist.
Zwischen dem Ausgang des Inverters 11 und der positiven Betriebsspannung ist eine Lampe L1 eingeschalten (optische Anzeige der Schaltstellung). Der zweite Eingang des NAND Gatters ist über einen Widerstand R6 mit einem Sperreingang S verbunden. Im Ausgangskreis des NAND-Gatters liegt ein Relais R parallel zu einer Diode D,. die beide an der positiven Betriebsspannung angeschlossen sind.
Die Multivibratoren 2, 3, die Einschaltverziigerung 4, die Flip-Flop 5, 6, die Inverter I1, I2, I3 und das NAND-Gatter bestehen vorzugsweise aus integrierten Bauelementen (langsame. störsichere Logik).
Die Funktionsweise des Drehzahlwächters nach Fig. 1 wird nun im folgenden unter Zuhilfenahme von Fig. 2 erklärt,
Am Ausgang 11 des Drehzahl-lmpulswandlers 1 erscheint eine Impulsfolge U,. Dabei entspricht eine Periodendauer T1 einer Umdrehung (oder einem definierten Bruchteil einer Umdrehung) der zu überwachenden Welle. Bei der positiven Impulsflanke von U, wird der erste monostabile Multivibrator 2 aus einem ersten in einen zweiten Zustand gekippt, aus dem er nach Ablauf,einer durch C3 bestimmten Zeitdauer zurückkehrt. Aus Ausgang 15 erscheint ein positiver Impuls, am Ausgang 16, der normalerweise positiv ist. ein Nullimpuls U2. Die abfallende Flanke des Impulses U2 liisst die Einschalt Verzögerung in ihre Grundstellung kippen.
Nach Ablauf des Nullimpulses U2, dessen Länge t vom monostabilen Multivibrator 2 bestimmt wird, wird die Einschalt-Verzögerung 4 durch die nachfolgende positive Impulsflanke getriggert, so dass die Einschaltverzögerung während einer Zeit T, die durch den Widerstand R2 und den Kondensator C2 hestimmt wird, in der Grundstellung bleibt. Nach Ablauf der Einschalt Verzögerung T kehrt der Ausgang 25 normalerweise wieder in seine Arbeitsstellung zurück. Trifft aber vor diesem Zurückkippen eine weitere negative mit einer anschliessenden positiven Impulsflanke am Triggereingang 21 ein. so bleibt die retriggerbare Einschalt-Verzögerung 4 noch während einer Zeitdauer T+ t in der Grundstellung.
Der Arheitsstellung entspricht eine positive Ausgangsspannung U3, der Grundstellung eine Ausgangsspannung U3 annäherend null, bzw. null.
Wenn die Drehzahl der Welle unterhalb der eingestellten
Drehzahl liegt, ist der zeitliche Abstand T, zwischen zwei Triggerflanken grösser als T+t, Die retriggerbare Einschalt
Verzögerung 4 kehrt nach Ablauf der Zeitdauer T aus der
Grundstellung in die Arbeitsstellung in der die Spannung U3 am Ausgang 25 positiv ist, zurück.
Wenn die Drehzahl der Welle die eingestellte Nenndrehzahl übersteigt, ist T+ t grösser als @. Die retriggerhare Einschalt
Verzögerung 4 bleiht in der Grundstellung für mindestens eine weitere Zeitdauer T+t nach Eintreffen der zweiten Impuls flanke. Die Spannung U3 am Ausgang bleibt null, solange die
Abstände T, zwischen aufeinanderfolgenden Triggerflanken kleiner sind als T + t.
Die negierte Spannung U3 wird an die Rückstelleingänge
26, 27 der heiden Flip-Flop 5, 6 angelegt. Wenn die an den
Rückstelleingängen 26, 27 anliegende Spannung null ist, wird die Spannung an den Ausgängen der Flip-Flop 5, 6 auf null gesetzt und ein Kippen der Flip-Flop durch Taktimpulse an den
Eingängen 22, 29 verunmöglicht. Dieser Fall tritt ein. wenn TI grösser ist als T+t.
Wenn die Spannung an den Rückstelleingängen positiv ist und dem logischen Spannungspegel H entspricht, wird das Flip Flop 5 hei Eintreffen einer negativen Takt-Impulsflanke in den andern Zustand gekippt.
Dies trifft dann ein, wenn Tl kleiner ist als T+tund die retriggerbare Einschalt-Verzögerung + bei Eintreffen der nächstfolgenden Impulsflanke noch in der Grundstellung mit
Ausgangsspannung U3 null ist. Am Rückstelleingang 26 des ersten Flip-Flop 5 liegt demnach eine positive Spannung. so dass das Flip-Flop 5 durch diesen Taktimpuls in den anderen Zustand mit positiver Spannung U4 am Ausgang 25 gekippt wird. Bei der nächsten Impulsflanke wird das Flip-Flop 5, falls T1 immer noch kleiner als T+ t ist, wieder in den ersten Zustand zuriickgekippt. Die ahfallende Impulsflanke der Ausgangsspannung U4 kippt das zweite Flip-Flop 6 in den anderen Zustand mit positiver Spannung Us am Ausgang 30 und Spannung null am negierten Ausgang 31.
Da nun am Sperreingang 32, der mit dem negierten Ausgang 30 verbunden ist, eine Spannung null liegt, kann das Flip-Flop 5 nicht mehr in den zweiten Zustand gekippt werden. Dies ist erst wieder möglich, wenn das zweite Flip-Flop 6 über den Riickstelleingang zurückgestellt wird, das heisst, wenn T1 wieder grösser als T + tund damit die Drchzahl der Welle kleiner als die Nenndrehzahl ist.
Wenn der Ausgang des Flip-Flop 6 positiv ist, was einer Überschreitung der Nenndrehzahl entspricht, wird dies durch Leuchten der Lampe L, angezeigt. Ist nun eine Ausgabe dieser Information erwünscht, so muss am Sperreingang S eine positive Spannung angelegt sein, damit das Relais R anziehen kann um z.B. einen Alarm auszulösen. Durch Trennung der Verbindung zwischen der positiven Spannung und dem Sperreingang S fällt dass Relais wieder ab, bzw, kann erst gar nicht anziehen. In diesem Falle wird die Schaltstellung nur durch die Lampe L1 optisch angezeigt.
Die Schaltelemente I,, T@. Z1, R3, R4 und C4 dienen dazu, beim Einschalten des Drehzahlwächters die Flip-Flop 5, 6 in einen definierten Zustand zu bringen und dadurch ein irrtümliches Ansprechen zu verhindern.