DE2541538B2 - Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad - Google Patents
Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein RadInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
In der DE-OS 21 37 800 ist ein Radgeschwindigkeitsmesser
beschrieben, bei dem zwei von einem Permanentmagneten getragene Kerne unter solchem Abstand
in Umfangsrichtung eines mit einer Zahnung versehenen
Rades angeordnet sind, daß der eine Kern jeweils mit einem Zahn und der andere Kern jeweils mit einer
Zahnlücke fluchtet. Eine Aufnehmerspule ist magnetisch an den magnetischen Kreis angekoppelt, dessen
Widerstand sich beim Drehen des mit der Zahnung versehenen Rades periodisch ändert. Die in der
Aufnehmerspule induzierte Spannung wird durch einen durch sie in Sättigung treibbaren Verstärker verstärkt,
und die Frequenz der so erhaltenen Rechteckspannung gibt dann die Geschwindigkeit des Rades wieder.
In der DE-OS 17 98 316 ist ferner ein Radgeschwindigkeitsmesser beschrieben, der insbesondere für kleine
Drehzahlen gut arbeitet, bei denen die bei einem Radgeschwinciigkeitsmesser nach der DE-OS 21 37 800
in der Aufnehmerspule induzierten Signale sehr klein werden. Bei dem Radgeschwindigkeitsmesser nach der
DE-OS 17 98 316 sind drei gleiche Aufnehmerspulen vorgesehen, die in unterschiedlichem Abstand von
einem Erregerspulenpaar, aber auf gleichen Querschnitt aufweisenden Kernabschnitten eines durch die Erregerspulen
mit einem Gleichfeld durchfluteten Kernes angeordnet sind. Dabei ist die Gesamtgeometrie des
Kernes so ausgelegt, daß dann, wenn ein Zahn des Rades dem Kern gegenübersteht, beide mit Aufnehmerspulen
versehene Kernabschnitte gesättigt werden, während bei nicht auf den Kern ausgerichtetem Zahn,
d. h. großem Luftspalt und großem Streufeld, nur der den Erregerspulen benachbarte Kernabschnitt gesättigt
wird, der andere aber nicht. Man hat also eine zur Drehung des Rades synchrone Umschaltung des vom
magnetischen Widerstand des zugeordneten Kernabschnittes abhängigen elektrischen Wechselstromwiderstandes
der zweiten Aufnehmerspule, und diese elektrische Widerstandsänderung wird unter Verwendung
einer Wechselstrombrückenschaltung gemessen. Man erhält so an deren Nullzweig ein Signal mit für die
Raddrehzahl charakteristischer Frequenz, dessen Amplitude von der Raddrehzahl jedoch nicht abhängt.
Gegenüber diesem zusammengenommenen Stand der Technik, dem im Oberbegriff des Anspruches 1
Rechnung getragen ist, soll durch die Erfindung eine Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad geschaffen
werden, die mit geringem Aufwand eine deutlich erhöhte Empfindlichkeit und eine geringere Abhängigkeit
von Störeinflüssen hat.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Bei der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsfühleinrichtung sind in allen vier Zweigen der Brückenschaltung
Wicklungen des magnetischen Aufnehmers angeordnet, wodurch einerseits die Amplitude des am
Brückennullzweig erhaltenen Signals auf das Doppelte erhöht wird, zugleich aber auch automatisch eine völlige
Kompensation von allen die Geschwindigkeitsmessung beeinflussenden Parameterschwankungen erhalten
wird, welche alle Kerne und Wicklungen gleichermaßen betreffen. Derartige Schwankungen können z. B. sein:
Schwankungen der magnetischen Permeabilität des für die Kerne verwendeten Materials in Folge nicht
gleichbleibender Lieferqualität oder Materialalterung; Schwankungen eines etwa verwendeten magnetischen
Vorspannfeldes durch Alterung der verwendeten Permanentmagnete; Änderungen des magnetischen
Widerstandes in den Kernen oder des elektrischen Widerstandes in den Wicklungen sowie Abmessungsänderungen,
die durch Temperatureinflüsse bedingt sind; Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Zahnung
des Rades.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform,
bei der zwei Wicklungen der vierarmigen induktiven Brücke um jeden der Kerne der Fühleinrichtung
herumgewickelt sind,
F i g. 2 eine verbesserte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1, bei der die beiden Kerne aus einem
einzigen Stück magnetischen Kernmaterials gebildet sind,
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsforrr, bei der jeder der Kerne mit nur einer
Wicklung der vierarmigen Brücke bewickelt ist, während ein Rückschlußmagnet, welcher die Kerne
überbrückt und an seinen Enden zwei öffnungen aufweist, mit den anderen beiden Wicklungen bewickelt
ist,
F i g. 4 eine schematische Darstellung einer verbesserten Ausführungsform der Einrichtung nach F i g. 3,
bei der die beiden Kerne aus einem einzigen Stück Magnetkernmaterial gebildet sind, und
F i g. 5 eine schematische Darstellung eines vierarmigen Brückenkreises, der bei den Einrichtungen nach den
F i g. 1 bis 4 verwendet wird.
In F i g. 1 wird eine Fühleinrichtung zum Feststellen
der Bewegung eines umlaufenden Rades allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das umlaufende
Rad 14 ist vorzugsweise aus einem weichen Magnetmaterial gebildet, welches nicht dauerhaft
magnetisiert ist, und es weist auf seinem Umfang eine Anzahl Zähne 16 auf. In F i g. 1 werden die Zähne als auf
dem Innenumfang des Rades 14 geformt gezeigt, jedoch ist die Erfindung ebenso anwendbar auf Zähne, die auf
dem Außenumfang eines Rades gebildet sind. Nicht magnetisierte Räder werden gegenüber magnetisierten
Rädern bevorzugt, da sie sehr viel weniger kostspielig sind.
An den am weitesten nach innen liegenden Kanten der Zähne 16 sind zwei ringförmige Magnetkerne 18,20
angeordnet. In Fig. 1 sind die Kanten der ringförmigen Kerne 1:8, 20 gezeigt und sie sind so angeordnet, daß
ihre mittleren öffnungen 19,21 durch punktierte Linien
dargestellt sind. Wenn die Mittellinie 22 des Kerns 18 mit dem Mittelpunkt des Zahnes 16a fluchtet, dann
fluchtet die Mittellinie 24 der Kante des Kernes 20 mit der Mitte des Raumes 17 zwischen dem Zahn 16a und
dem nächsten Zahn 16b, welcher sich an den Kernen 18, 20 vorbeibewegt, wenn sich das Rad in Richtung des
Pfeiles 23 dreht. Wicklungen 26 und 28 sind beide auf den Kern 18 aufgewickelt; und Wicklungen 30, 32 sind
beide auf den Kern 20 aufgewickelt, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Wicklungen 26, 28, 30, 32 sind untereinander
verbunden, wie in F i g. 5 gezeigt, um eine vierarmige Brücke 45 zu bilden, in welcher jede der
Wicklungen 26, 28, 30, 32 durch die Umlaufbewegung des Rades 14 beaufschlagt werden. An die Endanschlüsse
der Brücken 36, 38 ist ein Oszillator 34 angekoppelt. Der Endanschluß 40 ist geerdet, und der Ausgang wird
über die Endanschlüsse 40, 42 abgenommen. Die Endanschlüsse der Spule 28 sind mit A und B bezeichnet.
Die Endanschlüsse der Spule 26 sind mit C und D bezeichnet; diejenigen der Spule 32 mit E und F,
während die Endanschlüsse der Spule 30 in den F i g. 1 und 5 mit G und H bezeichnet sind. Aus Fig.5 ist
ersichtlich, daß die Enden A und F mit dem geerdeten Anschluß 40 verbunden sind; die Enden Fund Csind mit
dem Anschluß 36 verbunden; die Enden B und H sind mit dem Anschluß 38 und die Enden D und G sind mit
dem Ausgangsanschluß 42 verbunden.
Der Magnetfluß, der infolge der Wechselsiromquelle
34 in den Kernen 18,20 erzeugt wird, ist weitgehend auf
die geschlossene Struktur der Kerne begrenzt. Wenn das umlaufende Rad 14 aus magnetischem Material, wie
beispielsweise aus weichmagnetischem Eisen hergestellt ist, dann ist es erforderlich, eine Vormagnetisierung zu
liefern. Dies kann erfolgen durch Anordnung eines Magneten 44 im Bereich der Kerne 18, 20. Wenn ein
Dauermagnetrad benutzt wird, dann ist der Magnet nicht notwendig; aber die Kerne 18, 20 könnten
gegebenenfalls durch einen Magneten verstärkt werden, selbst wenn das umlaufende Rad 14 ein gewisses Maß an
Dauermagnetismus aufwiese. Der Magnetfluß von dem Magneten 44 der Fig. 1 geht durch den Kern 18, die
Zähne des Rades 14 und zurück zu dem Magneten 44 durch die Luft, wie durch die punktierten Linien 46, 48
gezeigt, welche die Magnetflußwege darstellen. Bei der Drehbewegung des umlaufenden Rades 14 in Richtung
des Pfeiles 23 entsteht eine Modulation des durch den Oszillator 34 in die Brücke 45 eingespeisten Trägersignals
aufgrund der gegenseitigen Einwirkung der
so beweglichen Zähne 16 und der Kerne 18, 20. Das modulierte Ausgangssignal erscheint an den Endanschlüssen
42, 40, um so an einer entfernten Stelle eine Anzeige der Geschwindigkeit des umlaufenden Rades
14 zu ermöglichen.
Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform ist funktionell die gleiche wie die in F i g. 1 gezeigte und ist mit
denselben Bezugszeichen versehen. Die schematische Darstellung der F i g. 5 bezieht sich daher auch auf diese
Ausführungsform. Obwohl die Magnetkerne 18, 20 der Fig. 2 allgemein rechtwinklig und in einer Lage
angeordnet sind, die mit Bezug auf die Ausrichtung der Kerne in F i g. 1 um 90° gedreht ist, sind sie dennoch so
angeordnet, daß die Mittellinie 22 des Kernes 18 mit dem Mittelpunkt des Zahns 16a fluchtet, wenn die
Mittellinie 24 des Kerns 20 mit dem Raum 17 zwischen dem Zahn 16a und dem nächstfolgenden Zahn 16i>
fluchtet. Die Ausführungsform nach F i g. 2 weist gegenüber derjenigen der Fig. 1 den Vorteil auf, daß
die Kerne 18, 20 nicht als getrennte Kerne ausgebildet
sind, sondern als ein Teil von einem einzigen Stück Magnetmaterial mit einem Verbindungsjoch 50, welches
die Kerne 18, 20 verbindet. Bei dieser Konstruktion ist eine genaue Temperaturkompensation und Wahl der
Kerne 18, 20 nicht erforderlich, da aufgrund der Tatsache, daß sie aus demselben Stück Magneteisenmaterial
hergestellt sind, ihr Temperaturverhalten im wesentlichen gleich ist.
Die Ausführungsformen der F i g. 3 und 4 bilden eine weitere Verbesserung der Einrichtung gemäß der
Erfindung. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. I
und 2 strömt der Rückfluß von dem Magneten 44 für einen erheblichen Teil seiner Länge über die Luftwege
46, 48. Die Empfindlichkeit einer Fühleinrichtung kann verbessert werden durch die Anordnung von Rückflußwegen
mit niedrigem magnetischem Widerstand für die Flußwege 46, 48. In den Ausführungsformen nach den
F i g. 3 und 4 ist dieser Rückflußweg mit niedrigem magnetischen Widerstand verkörpert durch einen
U-förmigen Magnetkörper 52 mit Öffnungen 55, 57 an seinen Enden für eine geschlossene Schleife zur
Aufnahme der Wicklungen 28, 32 der vierarmigen Brücke der Fig. 5. Die öffnungen 55, 57 für die
geschlossenen Schleifen bilden in den Schenkeln 54, 56 des Körpers 52 die geschlossenen Flußwege für den
durch den Oszillator 34 erzeugten Magnetwechselfluß. Gleichzeitig wird durch die Schenkel 54,56 und das Joch
59 ein Magnetflußweg mit geringem magnetischen Widerstand für die Vormagnetisierungs-Flußwege 46,
48 vorgesehen. Das Joch 59 ist hier in Berührung mit dem Magneten 44, wie in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Die
Kerne 18, 20 benötigen somit in den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 nur eine einzige Wicklung. Der
Flußabschlußkörper, wie der Körper 52 ohne die Öffnungen 55, 57 kann gegebenenfalls auch in
Verbindung mit den Ausführungsformen der F i g. 1 und 2 benutzt werden.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Schenkel 54 so angeordnet ist, daß seine Mittellinie 60 mit der Mitte des
s Zahnes 16c (das ist der Zahn, welcher dem Zahn 16a an
den Kernen 18, 20 vorbei vorangeht) fluchtet, wenn der Schenkel 56 mit seiner Mittellinie 62 in der Mitte der
Lücke 27 zwischen dem Zahn 16Z> und dem Zahn 16c/
liegt. Die Breite der Zahnlücken 17 des Rades 14 ist
ίο vorzugsweise die gleiche wie die Breite der Zähne 16.
Die Mittellinie 22 des Kerns 18 und die Mittellinie 60 des Schenkels 54 sind vorzugsweise durch die Breite von
zwei Zähnen voneinander auf Abstand gehalten, wie auch die Mittellinie 24 des Kernes 20 und die Mittellinie
ιr, 62 des Schenkels 56. Die Abmessungen der Kerne 18,20
und der Zähne 16 sind vorzugsweise so eingerichtet, daß dieser Absland gegeben ist, so daß der Kern 18 und der
Schenkel 54 den maximalen Fluß führen, wenn der Kern 20 und der Schenkel 56 den Mindestfluß führen, und
umgekehrt.
F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, die derjenigen der Fig. 2 ähnlich ist, indem die Kerne 18, 20 allgemein
rechtwinklig und aus einem einzigen Stück Kernmaterial hergestellt sind, um die Temperatureinflüsse
2r, herabzusetzen, die durch Verwendung von zwei
getrennten ringförmigen Kernen verursacht würden, wie es in der Ausführungsform nach F i g. 3 der Fall ist.
Die öffnungen 55, 57 in den Schenkeln 54, 56 in der
Ausführungsform nach Fig.4 sind ebenso um 90° mit
in Bezug auf die Ausrichtung der Öffnungen 55, 57 der
Ausführungsform nach F i g. 3 verdreht. Der elektrische Betrieb der Ausführungsformen nach den F i g. 3 und 4
ist jedoch der gleiche, abgesehen von der Herabsetzung der Temperatureinflüsse, die bei der Ausführungsform
si nach F i g. 4 erzielt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad, das auf einem Umfang eine aus magnetisch
leitendem Material bestehende gleichmäßige Zahnung aufweist, mit zwei feststehenden Kernen aus
magnetisch leitendem Material, die den Zähnen derart gegenüberliegen, daß wenn der eine Kern auf
einen Zahn ausgerichtet ist, der andere Kern auf eine Lücke zwischen zwei Zähnen ausgerichtet ist, je
einer auf den Kernen vorgesehenen Wicklung und einer von einer Trägerfrequenz gespeisten, aus vier
Zweigen bestehenden Brückenschaltung, die die beiden Wicklungen in je einem Zweig enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß in den zwei weiteren Zweigen der Brückenschaltung (45) zwei
weitere Wicklungen (28, 32) liegen, und daß diese weiteren Wicklungen auf Kernen aus magnetisch
leitendem Material angeordnet sind, die den Zähnen (16) in der gleichen Weise gegenüberliegen wie die
Kerne (18,20) der beiden ersten Wicklungen (26,30).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der beiden weiteren Wicklungen
(28,32) auf einem der Kerne (18,20) der beiden ersten Wicklungen (26,30) angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (18, 20) Ringkerne
sind und mit zur Bewegung der Zähne (16) tangentialen zusammenfallenden Ringachsen mit
gegenseitigem Abstand angeordnet sind (F i g. 1).
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Kerne (18, 20) Ringkerne sind, mit zur Bewegungsrichtung der Zähne im
wesentlichen normalen parallelen Ringachsen mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und in ihren
den Zähnen (16) abgewandten Bereichen durch ein Joch (50) aus magnetisch leitendem Material
verbunden sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Wicklungen (28, «
32) auf eigenen weiteren Kernen (54,56) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kerne (54,56) der beiden weiteren Wicklungen (28, 32) Ringkerne sind, die mit zur
Bewegungsrichtung der Zähne (16) tangentialen zusammenfallenden Ringachsen mit gegenseitigem
Abstand angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (54,56) der beiden weiteren
Wicklungen (28, 32) Ringkerne sind, die mit zur Bewegungsrichtung der Zähne im wesentlichen
normal liegenden parallelen Ringachsen mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (54, 56) der
weiteren Wicklungen (28, 32) in von den Zähnen abgewandten Bereichen durch ein Joch (59) aus
magnetisch leitendem Material verbunden sind.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kerne (18,20)
der beiden ersten Wicklungen (26,30) als Ringkerne ausgebildet und mit der gleichen Orientierung ihrer
Achsen angeordnet sind wie die Kerne (54, 56) der weiteren Wicklungen (28,32).
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Kerne mit zur
Bewegungsrichtung der Zähne (16) im wesentlichen normalen Ringachsen die Kerne (18, 20) der ersten
Wicklungen (26, 30) in von den Zähnen (16) abgewandten Bereichen durch ein Joch (59) aus
magnetisch leitendem Material verbunden sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Joch und die durch es verbundenen Kerne aus demselben Material bestehen.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Gleichfeld-Vormagnetisierungseinrichtung (44) vorgesehen ist.
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