DE2726242C2 - Rotationsimpulsgeber - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rotationsimpulsgeber mit wenigstens einer opto-elektronischen Lichtschranke
zur Auflösung von Drehbewegung in einzelne Impulse, bei der die Impulse durch die Bewegung einer
Schlitzscheibe mit gleichmäßig nach innen verlaufender Verjüngung der Zahn-Lücken-Flanken im Lichtstrahlengang
zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger erzeugt werden.
Bei Rotationsimpulsgebern der vorbezeichneten Art verwendet man auf der Senderseite eine modulierte
Strahlenquelle. Als Lichtquelle werden hierbei in stark verbreitetem Maße Ga-As-Lumineszenzdioden eingesetzt.
Die Modulation erfolgt auf einfache Weise mechanisch durch eine Loch- oder Schlitzscheibe. Die Impulse
werden dadurch erzeugt, daß die auf einer drehbar gelagerten Welle befestigte Schlitzscheibe die Lichtstrahlen
auf dem Wege von der Strahlungsquelle zu einem entsprechend angeordneten Lichtempfänger alternierend
unterbricht und wieder freigibt. Die Anzahl der Impulse je Umdrehung richtet sich nach der Anzahl der auf dem
Umfang angeordneten Zähne.
Auf der Empfängerseite sind es Photobauelemente, die je nach Anwendungsfall im Hinblick auf die erforderliche
Empfindlichkeit und Bauform ausgewählt werden. In einer verbreiteten Ausführungsform sind es Si-Photo-Transistoren,
die in einer Kombination von zwei oder mehr Transistoren zu einem sogenannten Photodarlington
zusammengeschaltet sind. Diese Maßnahme dient der Verstärkung des Photostromes, verbessert dadurch
die Empfindlichkeit des Photo-Transistors und erhöht jedoch auch die Ansprechzeit entsprechend.
Lichtstrahlenquelle und Lichtempfänger zusammen bilden in optimaler Funktionslage zueinander in einem
Gießharzkörper fest angeordnet eine Lichtschranke, begrifflich determiniert auch als Gabel-Lichtschranke,
bekanntgeworden wegen der gabelförmigen Anordnung von der Lichtquelle zum Lichtempfänger im Zusammenwirken
mit einer zwischen beiden bewegten Schlitzscheibe, Lochscheibe oder dergl., letztere als Modulator.
Der Gießharzkörper selbst ist an seiner äußerlichen Form mit einem Steg oder einer Nut versehen,
durch welche eine bestimmte Einbaulage der Lichtschranke bezogen auf den Modulator vorgegeben ist.
Überdies sind die einzelnen Bauelemente wie Lichtquelle und Lichtempfänger nicht von gleichbleibender
technischer Beschaffenheit, so daß in Abhängigkeit von Bauteilen-Toleranzen unvermeidlich unterschiedliche
Schaltcharakteristiken entstehen. Nur für einmal festgelegte Testbedingungen lassen sich über Meßreihen die
Grenzen des Bereiches einer Signalbildung ermitteln, welche Grenzen der Funktionstüchtigkeit in Form von
Datenblättern einer Lichtschranke beigegeben sind.
Aus der US-PS 26 56 106 ist eine lichtelektrische Positions-Anzeigeeinrichtung
für eine in beide Richtungen
ίο drehbare Welle angegeben. Sie besteht aus einer
Schlitzscheibe, die verdrehfest auf der Welle angeordnet ist. Im Bereich der Schlitze auf der Schlitzscheibe
sind auf der einen Seite in einem bestimmten Drehwinkelabstand zwei Lichtquellen, auf der anderen Seite der
Schlitzscheibe zwei Photobauelemente vorgesehen. Durch Rotation der Schlitzscheibe werden aufgrund der
Unterbrechungen des Lichtstrahlenganges im photoelektrischen Empfängerteil Impulse in Abhängigkeit der
Anzahl der auf dem Umfang angeordneten Schlitze erzeugt Bei der bekannten Einrichtung zur Impulserzeugung
sind die den Zahn und entsprechend die Zahnlücke markierenden Flanken exakt in radial verlaufender
Richtung ausgebildet. Das bedeutet bei der Bewegung der Zahlflankenlinie durch den Lichtstrahlengang steht
für eine Modulationsphase nur der kürzestmögliche Winkelweg zur Verfügung. Dieser kürzeste Winkelweg
reicht nicht aus, eine Schalthysterese der pliotoelektrischen Lichtrehranke und zusätzlich eine eventuelle
Rücklaufsperrtoleranz der Welle zu überdecken. Ais Folge hiervon entstehen Fehlimpulse, die einen Zählvorgang
verfälschen. Von der Lichtschranke gegebene Fehlerimpulse sind nicht oder nur sehr schwer und mit
erheblichem Aufwand an elektronischen Schaltungsmitteln zu identifizieren.
In der US-PS 34 36 655 ist eine Wellen-Drehzahlmeßeinrichtung
angegeben, die insbesondere für die Messung der Drehzahl pro Zeiteinheit für sehr langsam laufende
Wellen ausgebildet ist. Eine genaue Messung einer langsamen Drehbewegung ist normalerweise
schwierig, weil die drehende Welle zittert oder in Bewegungsrichtung flattert. Diese Erscheinung zu eliminieren
ist fast unmöglich und deshalb versucht man, die Auswirkung derselben zu beseitigen. Hierzu sind zwei
Lichtschranken in Drehwinkelrichtung einer Schlitzscheibe so versetzt angeordnet, daß niemals gleichzeitig
die erste und die zweite Photozelle in einen Lichtstrahlengang gelangen. Die beiden Photozellen sind mit einem
RS-Flip-Flop verbunden, durch welches dann Flattererscheinungen
in der Umschaltphase eliminiert werden. Die Schlitzscheibe weist enge, radial verlaufende
Schlitze auf, zwischen welchen relativ breite, lichtundurchlässige Zonen angeordnet sind. Die Modulatorzone
für die Lichtschranke ist damit ebenfalls auf einen minimalen Drehwinkel beschränkt, der für die Schalthysterese
der Lichtschranke keine Korrektur zuläßt.
Werden Rotationsimpulsgeber beispielsweise im Zusammenhang mit Mengenmessern oder zur Preisberechnung
in einem Verkaufsautomaten, so für die Abgabe von Treibstoff an einer Tanksäule, angewandt, wo
eine entsprechend proportionale Anzahl der Geberimpulse für die Weiterverarbeitung in Zähl- und Recheneinheiten
dient, sind an die Schaltsicherheit der Impulsgeber, auch wegen der eichamtlichen Bestimmungen,
höchste Anforderungen gestellt. Zu beachten ist in solchen Anwendungsfällen, daß bei einem Start-Stop-Betrieb
eines Flüssigkeitsstromes ein möglichst direkt mit dem Mengenmesser verbundener Impulsgeber keine
Fehlerimpulse erzeugt, die in eine Anzeige oder Berech-
nung eingehen. Eine Maßnahme zur weitgehenden Vermeidung von Rückdrehimpulsen ist durch den Einbau
eines Rollenrücklaufgesperrs auf der gleichen Welle, auf der die Schlitzscheibe befestigt ist, gegeben. Aber auch
ein Rollenrücklaufgesperre ist nicht frei von einem Rückdrehschiupf herstellbar, so daß diese Maßnahme
nur bedingt wirksam ist, zur Vermeidung von Fehlerimpulsen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung an impulsgebern der bezeichneten Art zu schaffen, mit deren
Hilfe es möyüch ist systembedingte Schaltfehler an einer
derartigen Lichtschranke, wie sie unvermeidlich beispielsweise durch die Lagetoleranz der Lichtschranke,
den unterschiedlichen Schalteffekt bei den elektronischen Bauteilen, die Hysteresis der Lichtschranke, bezogen
auf eine Rücklaufsperre und dergL auszuschalten.
Die Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine koaxial aus zwei gleichartigen Schlitzscheiben zusammensetzbare
und gegeneinander verdrehbeweglich auf ein bestimmtes Zahn-Lücken-Verhältnis fest einstellbare
Schlitzscheibenblende und durch eine von der radialen Anordnung abweichende und zur tangentialen
Richtung gleichermaßen geneigte Anordnung der Zähne und Lücken.
Mittels der angezeigten Lösung läßt sich die aus zwei gleichartigen Schlitzscheiben kombinierte Schlitzscheibenblende,
ausgehend von einem Hell-Dunkel-Effekt im
Verhältnis 1 :1, auf jedes gewünschte Verhältnis in der Abtastung von Zahnlücke zum Zahn einstellen. Aufgrund
des von der Peripherie nach innen gerichteten Verlaufes der Zahn-Lücken-Flanken mit dem Effekt -;iner
gleichmäßigen Verjüngung des Zahnes in Richtung Zahnfuß und entsprechend bei der Zahnlücke ist trotz
der durch Einbautoleranzen gegebenen verschiedenen radialen Eingriffstiefen des Strahlenganges der Lichtschranke
ein gleichbleibendes Zahn-Lücken-Verhältnis gewährleistet. Mit der kombinierten Schlitzscheibenblende
lassen sich auch die unterschiedlichen elektronischen Bauteiletoleranzen, insbesondere hinsichtlich der
effektiven Schaltzeitpunkte, die fast ausschließlich von der Beleuchtungsintensität abhängig sind, ausgleichen.
Durch eine von der üblichen, radialen Anordnung von Zahn und Lücke abweichende Art der Modulatorzone
in einer Ausbildungsform als Schrägzahnprofil läßt sich die elektronische Schalthysteresis der Lichtschranke auf
einen vergrößerten Überdeckungswinkel ausdehnen. Das bedeutet, die Rücklaufsperrtoleranz eines Rollengesperres
wird durch die mit vergrößertem Überdekkungswinkel erzielbare Schalthysteresis aufgefangen
und damit im Hinblick auf die Erzeugung eines Fehlimpulses unwirksam.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend beschrieben und in Zeichnungen dargestellt. Es
zeigt die
Fig. 1 eine Ansicht eines kompletten Impulsgebers mit einseitig abgenommenem Gehäusedeckel,
F i g. 2 ein Schnittbild durch den Impulsgeber,
F i g. 3 eine aus zwei gleichartigen Schlitzscheiben gebildete Schlitzscheibenblende,
Fig.4 ausschnittweise die Ausbildung und Anordnung
der Zahn-Lücken-Zone.
In der Darstellung nach F i g. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein vollständiges Impulsgeber-System mit zwei getrennten
Lichtschrankeneinheiten 2 und 3 gezeigt. Bei den Lichtschranken 2 und 3 handelt es sich um handelsübliehe,
opto-elektronische Lichtschranken mit beispielsweise Ga-As-Dioden als Sender und jeweils einem Photo-Transistor
als Empfänger. Zur Verstärkung des Photostromes empfängerseitig ist ein zweiter Transistor
vorgesehen, der nach der bekannten Darlington-Schaltung zu einer Gesamtanordnung mit dem Photo-Transistor
verbunden, ausgangsseitig einen großen Photostrom liefert. Die Diode als Lichtquelle und der Photo-Transistor
als Empfänger sind in einigem Abstand voneinander derart fest, beispielsweise in einem Gießharzblock
8 angeordnet, daß im wesentlichen nur das Licht der Lichtquelle auf den Detektor des Empfängers fällt.
Zwischen Lichtquelle und Detektor ist ein Luftspalt 4 vorgesehen, durch welcher sich ein Gegenstand durch
den Strahlengang bewegen kann. Dadurch wird die auf den Detektor einfallende Lichtintensität verändert, was
am Ausgang der Darlington-Schaltung ein Signal erzeugt, welches in der beabsichtigten Weise verarbeitet
wird. Gemäß einer amtlichen Forderung nach zweifacher Sicherheit für die Impulserzeugung sind bei dem in
F i g. 1 dargestellten Impulsgeber zwei Lichtschranken 2 und 3 vorgesehen, deren Abgangssignale in der auswertenden
Elektronik zu Kontrollzwecken verglichen werden. Es werden dadurch Fehlerimpulse leichter erkannt.
Da beide Lichtschranken 2 und 3 zu diesem Zwecke mit dem gleichen Modulatorelement 5 zusammenwirken,
müssen diese wiederum in einem bestimmten Abstand zueinander und auch in einer gewissen örtlichen Anordnung
zu der bewegten Modulatorzone 6 stehen. Zu diesem Zwecke sind die Lichtschranken 2 und 3 auf einer
Leiterplatte aufgelötet und mit Gießharz zu einem Block 8 vergossen. Als Führungselement zur Positionierung
der Lichtschranke 2 und 3 in dem Gehäuse 1 und einem entsprechenden Deckel 9 sind an der Leiterplatte
7 über den Gießharzblock 8 vorstehende Lappen 10,11 und 12,13 vorgesehen, die in entsprechend ausgebildete
Nuten 14 der Gehäuseinnenwand aufgenommen werden. Ein aus dem Block 8 herausführendes mehradriges
Kabel 15 führt zu den die Signale auswertenden Einheiten.
In den gleichen Gehäuseteilen 1 und 9 mit den Aufnahmevorrichtungen
für die Lichtschranken 2 und 3 sind unmittelbar Bohrungen 16 und 17 für die Lagerung
einer Welle 18 vorgesehen (F i g. 2), die das Modulatorelement 5 trägt. In dem im Durchmesser erweiterten
Teil der Bohrung 16 ist verdrehfest ein Nadelfreilauf 19 eingelassen, der das Rückdrehen der Welle 18 gemäß
dem Ausführungsbeispiel nach F1 g. 1 im Gegenuhrzeigersinn
weitgehend verhindern soll. Wie weiter aus der F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht das Modulatorelement
5 aus zwei gleichartigen Schlitzscheiben 20 und 21, wovon die Schlitzscheibe 21 fest mit einer Buchse 22
vernietet ist. Die Buchse 22 ist verdrehfest und axial gesichert über einen Stift 36 mit der Welle 18 verbunden.
Die Schlitzscheibe 20 lagert koaxial und verdrehbeweglich auf der Buchse 22 und weist diametral angeordnet
zwei kreisbogenförmige Langlöcher 23, 24 auf. In gleichem Abstand vom Mittelpunkt in entsprechender
radialen Lage sind in der Schlitzscheibe 21 Gewindebohrungen
25, 26 vorgesehen. Mittels zwei Schrauben 27 ist die verdrehbewegliche Schlitzscheibe 20 in einer
bestimmten Winkelstellung zur Schlitzscheibe 21 verdrehsicher
einstellbar. Die bestimmte Winkelstellung der beiden Schlitzscheiben 20, 21 ist für die Impulserzeugung
von wesentlicher Bedeutung, weil sich aufgrund der einstellbaren Winkelstellung die Modulatorzone
6 auf ein beliebiges Verhältnis der den Strahlengang schneidenden Hell-Dunkel-Zone einstellen läßt.
Die möglichst genaue Lage der Modulatorzone 6, bezogen auf den Strahlengang der Lichtschranken 2 und 3,
ist im Bereich der Fertigungstoleranzen gewährleistet
aufgrund der fest in den gleichen Gehäuseteilen 1 und 9 angeordneten Bohrungen 16, 17 für die Welle 18 und
gleichzeitig der Fixierung des Lichtschrankenblocks 8 mittels Lampen 10, 11, 12, 13 in Nuten 14 der beiden
Gehäuseteile 1 und 9. Die Lage der Gehäuseteile 1 und 9 zueinander wird bestimmt durch einen angegossenen
Paßstift 28 im Deckel 9 und eine entsprechend tolerierte Bohrung 29 im Gehäuse 1 und ist gesichert durch mehrere
Schraubverbindungen 30.
Die durch die Kombination der beiden Schlitzscheiben 20 und 21 gebildete, in einer bestimmten Winkelposition
zueinander fest einstellbaren Schlitzscheibenblende 31 läßt durch die verschiebliche Überdeckung von in
ihrer Flächenausdehnung und Gestaltung deckungsgleich ausgebildeten Zähnen 32 und Lücken 33, ausgehend
von einem durch die Lichtschranke 2,3 erkennenden Tastverhältnis von Lücke zu Zahnverhältnis 1:1,
jedes andere beliebige Tastverhältnis einstellen. Mit dieser Möglichkeit der variablen Einstellbarkeit des Tastverhältnisses
läßt sich über die Wahl der Zahnbreiteneinstellung entsprechend die Beleuchtungsintensität
verändern. Das bedeutet, man kann mit dieser Einrichtung die den elektronischen Bauteilen unvermeidlich anhaftenden
Toleranzen hinsichtlich der Schalteigenschaften eliminieren.
Die Formgebung für den Zahn 32 und die Lücke 33 (siehe Ausschnitt A gemäß F i g. 4) sieht eine gleichmäßig
nach innen verlaufende Verjüngung der Zahn-Lükken-Flanken
34,35 vor.
Damit ist für ein an der Schlitzscheibenblende 31 eingestelltes Tastverhältnis eindeutig die Gewähr gegeben,
daß im Bereich der gesamten Modulatorzone 6, d. L in radialer Sicht auf der ganzen Zahnhöhe, immer das gleiche
Tastverhältnis gegeben ist. Dadurch wird die Position der Lichtschranke 2,3 unabhängig in bezug auf die
radiale Anordnung (Eingriffstiefe) des Strahlenganges im Bereich der Modulatorzone 6. Die gleichmäßige Verjüngung
der Zahn-Lücken-Flanken 34,35 wird erreicht durch das Einhalten gleicher Teilungsabschnitte auf
dem Kopfkreis 37 und dem Fußkreis 38 für die Zähne 32 und Lücken 33.
Wie weiter an einem Ausführungsbeispiei gemäß der F i g. 4 gezeigt ist, ist die Lage der Zähne 32 und Lücken
33, bezogen auf die kreisförmige Schlitzscheibe 20, 21,
gekennzeichnet durch eine von der radialen Anordnung abweichenden und zur tangentialen Richtung gleichermaßen
geneigten Lage. Diese Anordnung der Zahn-Lücken-Elemente 32, 33 in einer Art Schrägzahnprofil
hat zum Ziele, daß die elektronischen Hysteresis der Lichtschranke auf einen vergrößerten Überdeckungswinkel
α ausdehnbar ist Nimmt man an, wie am Beispiel in F i g. 4 angezeigt ist, ein Strahlengang 39 einer Lichtschranke
2 oder 3 habe einen bestimmten, beispielsweise kreisförmigen, Querschnitt, so überstreicht eine üblicherweise
radial verlaufende Ranke den Strahlengang 39 auf einem Überdeckungswinkel ß. Bei der gemäß
F i g. 4 gezeigten Ausführungsform mit Schrägzahnprofil erweitert sich der Überdeckungswinkel, bezogen auf
denselben Mittelpunktkreis 40 des Strahlenganges 39 auf einen Winkel x, der in Abhängigkeit der beispielsweise
angezeigten Schräglage der vorauseilenden Flanke 34 sehr viel größer ist als bei Zahnformen für eine
Schlitzscheibe mit radial verlaufenden Flanken. Wie in F i g. 4 angezeigt ist, läßt sich der Überdeckungswinkel
bei einer Schlitzscheibe herkömmlicher Art im Vergleich zu der Schlitzscheibe 20,21 mit der hierzu angegebenen
Maßnahme zur Anordnung der Zähne 32 und Lücken 33 im Verhältnis ß:x = 3 :5 verändern. Dadurch
daß sich damit der Überdeckungswinkel von der Phase des Anschneidens des Strahlenganges 39 bis zur
Halbdeckung und entsprechend für die vollständige Abdeckung der zweiten Hälfte des Strahlenganges 39 um
jeweils eine ganze Winkeleinheit erweitern läßt, bezogen auf drei Winkeleinheiten für die Gesamtüberdekkung,
lassen sich Rücklaufsperrtoleranzen eines Nadelfreilaufs 19 leichter kompensieren. Fehlerimpulse einer
Lichtschranke, die aufgrund zu großer Rücklaufsperrtoleranz des mechanischen Nadelfreilaufes 19 entstehen,
lassen sich also eliminieren, indem durch die Maßnahmen zur Erweiterung des Überdeckungswinkels automatisch
auch der Winkelbereich der elektronischen Hysteresis eine wesentliche Ausdehnung erfährt. Ist die
Bedingung erfüllt, daß der der elektronischen Hysteresis der Lichtschranke entsprechende Winkclbcreich auf der
Schlitzscheibenblenden 31 größer ist als der durch die Rücklaufsperrtoleranz angegebene Winkel, so wird die
Erzeugung eines Fehlerimpulses durch den möglichen Rücklauf der Schlitzscheibenblende 31 absolut verhindert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Rotationsimpulsgeber mit wenigstens einer optoelektronischen Lichtschranke zur Auflösung von Drehbewegung in einzelne Impulse, bei der die Impulse durch die Bewegung einer Schlitzscheibe mit gleichmäßig nach innen verlaufender Verjüngung der Zahn-Lücken-Flanken im Lichtstrahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger erzeugt werden, gekennzeichnet durch eine koaxial aus zwei gleichartigen Schlitzscheiben (20, 21) zusammensetzbare und gegeneinander verdrehbeweglich auf ein bestimmtes Zahn-Lücken-Verhältnis fest einstellbare Schlitzscheibenblende (31) und durch eine von der radialen Anordnung abweichende und zur tangentialen Richtung gleichermaßen geneigte Anordnung der Zähne (32) und Lücken (33).
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Owner name: MANNESMANN KIENZLE GMBH, 7730 VILLINGEN-SCHWENNING |
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