DE2924093C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Differentialweggeber nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-AS 23 52 851 ist bereits ein Weggeber mit zwei auf einem gemeinsamen Eisenkern sitzenden Spulen bekannt, die auf jeweils einem der von den beiden kürzeren Schenkeln gebildeten Joche eines rechteckförmigen Eisenkerns sitzen und von einem Kurzschlußring beeinflußt werden, welcher jeweils die beiden Langschenkel umfaßt und in Abhängigkeit von dem zu messenden Weg entlang diesen Schenkeln berührungsfrei verstellt werden kann. Bei dieser Verstellbewegung wird die Induktivität der einen der beiden Spulen vergrößert und gleichzeitig die Induktivität der anderen Spule verkleinert. Dort ist auch ein nach dem Differentialprinzip aufgebauter Drehwinkelgeber beschrieben, bei welchem die zwei in Achsrichtung verlaufenden Joche jeweils untereinander durch ringförmige Schenkel verbunden sind, welche von dem winkelabhängig verstellbaren Kurzschlußring umfaßt werden.

Für die dort vorgeschlagene Auswerteschaltung ist vorgesehen, daß die beiden Spulen von demselben Strom durchflossen und die an den Spulen entstehenden Spannungen in Verstärkern verstärkt und gleichgerichtet werden, so daß die Differenz der gleichgerichteten Spannungen in einem Differenzverstärker gebildet werden kann. Dort ist außerdem empfohlen, anstelle von Verstärkern mit nachgeschalteten Gleichrichtern einen aktiven Gleichrichter mit Operationsverstärker zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerteschaltung für einen Differentialweggeber zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln die bei diesen Weggebern erreichbaren hohen Meßgenauigkeiten vor allem zur Steuerung von elektronischen Dieseleinspritzanlagen oder Vorrichtungen zur Fahrgeschwindigkeitsregelung auch derart ausgenutzt werden können, daß die Ausgangssignale der Auswerteschaltungen sowohl direkt digital als auch analog weiterverarbeitet werden können. Hierzu ist erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Merkmalskombination vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die durch die Zeichnung erläutert sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Differentialweggeber arbeitet nach dem eingangs erwähnten Kurzschlußring-Prinzip und weist zwei zueinander konzentrische, gekrümmte Schenkel 1 und 2 auf, welche untereinander durch je einen von zwei radial verlaufenden Stegen 3 und 4 (Jochen) verbunden sind und ebenso wie die Schenkel aus dünnen Blechlamellen geschichtet sind.

Jeweils in der Nähe der Stege 3 und 4 ist eine von zwei Spulen 5 bzw. 6 angeordnet, deren Wicklungsenden mit 51, 52 bzw. 61, 62 bezeichnet sind. Die Spulen 5 und 6 umfassen den äußeren gekrümmten Schenkel 1. Konzentrisch zu den Schenkeln 1 und 2 ist eine Welle 7 angeordnet, deren veränderliche, jeweilige Winkelstellung durch den Differentialweggeber gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden soll.

Die Welle 7 trägt hierzu einen radial abstehenden Ausleger 8 mit einem Kurzschlußring 9, welcher in einer einzigen geschlossenen Windung ebenfalls den äußeren Schenkel 1 umschließt. Die Induktivität der Spule 5 ist in Fig. 1 mit L 1 bezeichnet, die Induktivität der Spule 6 mit L 2. Beide Spulen sind in der aus Fig. 1a erkennbaren Weise hintereinandergeschaltet. Wenn die Induktivität L 1 abnimmt, wird in gleichem Maße die Induktivität L 2 der Spule 6 größer.

In Fig. 2 ist ein Halbdifferential-Weggeber dargestellt, welcher nach dem Kurzschlußring-Prinzip arbeitet und einen gemeinsamen Eisenkern 11 aufweist, welcher zwei nach oben gerichtete Schenkel 12 und 13 sowie drei nach unten weisende Schenkel 14, 15 und 14 a hat. Auf dem Mittelschenkel 15 sitzt eine Spule 16, deren Induktivität L 2 unverändert ist. Auf den beiden nach oben zeigenden Schenkeln 12 und 13 des Eisenkerns 11 ist eine Spule 17 derart verteilt angeordnet, daß die Spulenwindungen den Schenkel 12 und den Schenkel 13 je zur Hälfte umfassen. Die Induktivität L 1 dieser Spule 17 ist abhängig vom Verstellweg eines Kurzschlußringes 18 veränderbar, welcher die beiden Schenkel 12 und 13 jeweils in Form einer Kurzschlußwindung umschließt. Die beiden Spulen 16 und 17 sind in der aus Fig. 2a erkennbaren Weise hintereinandergeschaltet, wobei in Fig. 2a die Wicklungsenden analog zu Fig. 1 und Fig. 1a mit 51 und 52 bzw. 61 und 62 bezeichnet sind.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden ebenso wie in den Fig. 3 bis 11 nur von der Induktivität L 1 und der Induktivität L 2 gesprochen, wobei unterstellt wird, daß die Induktivität L 1 sich wegabhängig bzw. drehwinkelabhängig ändert, ohne daß es darauf ankommt, ob die Induktivität L 2 veränderbar wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder konstant wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist. Zur Ermittlung des jeweiligen Wertes der Induktivität L 1 bzw. L 2 kann mit Vorteil ein Oszillator 20 verwendet werden, der als aktives Bauteil einen Operationsverstärker enthält und gemäß Fig. 3 in einem von seinem Ausgang zu seinem Minuseingang führenden Rückkopplungszweig die zu messende Induktivität L 1 enthält. Man erhält die in Fig. 4 dargestellte rechteckförmige Ausgangsspannung U 1, deren Periodendauer mit T 1 bezeichnet ist. Wenn die zweite Induktivität L 2 in analoger Weise in den Rückkopplungszweig eines Operationsverstärkers 21 eingeschaltet wird, ergibt sich eine rechteckförmige Ausgangsspannung U 2, deren Periodendauer T 2 proportional zur Induktivität L 2 ist. Aus den Fig. 4 und 6 läßt sich aus dem einfachen Vergleich der Perioden T 1 und T 2 das Verhältnis der beiden Induktivitäten L 1 und L 2 gewinnen und hierbei eine große Genauigkeit erzielen, weil beide Perioden von den äußeren Umständen, wie der Versorgungsspannung der Oszillatoren 20, 21, deren Temperatur usw. unabhängig ist.

Im einzelnen ist zur periodenanalogen Auswertung die in Fig. 7 in ihrem schematischen Aufbau wiedergegebene Schaltungsanordnung vorgesehen, welche nach dem Prinzip der in den Fig. 3 und 5 angedeuteten Relaxationsoszillatoren arbeitet. Die beiden Induktivitäten L 1 und L 2 sind gemeinsam an den Minuseingang 24 eines Integrators 25 angeschlossen, dessen Ausgang 26 über einen Widerstand R auf den Minus-Eingang 24 rückgekoppelt ist und über einen Widerstand R 1 mit dem Pluseingang 28 eines als Schmitt-Trigger arbeitenden Operationsverstärkers 29 verbunden ist. Der Schmitt- Trigger 29, dem die Betriebsspannungen U _B und -U _B in üblicher Weise zugeführt sind, hat eine Schalthysterese von Der Ausgang 30 ist über eine Leitung 31 zu einem Schalter S geführt, der abwechslungsweise die Induktivitäten L 1 und L 2 mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 29 verbindet. Die Umschaltung erfolgt durch ein Flip-Flop 32, an dessen Ausgang 33 die tastverhältnisanaloge Spannung U _A abgenommen wird. Diese wird über die Steuerleitung 34 zu einer den Umschalter S betätigenden Logikschaltung 35 geführt.

In den obersten beiden Linienzügen der Fig. 8 sind die an den Wicklungsenden 51 der Induktivität L 1 und 62 der Induktivität L 2 auftretenden Spannungen wiedergegeben. Der Eingang 24 des Integrators 25 ist fest mit den die Induktivität L 1 und L 2 aufweisenden Spulen verbunden; jeweils nach der Zeit t 1 wird die Leitung 31 von der Induktivität L 1 durch den Schalter S aus der mit O 1 in Fig. 7 angedeuteten Stellung auf die Induktivität L 2 in der Stellung O 2 umgeschaltet, wenn die seither aktivierte Induktivität L 1 stromlos geworden ist und daher die Periode S 1 abgelaufen ist. Dann folgt die Periode S 2, deren zeitliche Dauer durch die Größe der Induktivität L 2 bestimmt ist. Die Schaltzeiten t 1 und t 2 des Umschaltsignals U 30 am Ausgang des Schmitt-Triggers 29 bilden die im Tastverhältnis der Induktivitätswerte L 1 und L 2 modulierte Rechteckschwingung U _A am Ausgang 33 des Flip- Flops 32. Dieses Flip-Flop 32 stellt sicher, daß die Umschaltung jeweils dann erfolgt, wenn eine der Induktivitäten L 1 bzw. L 2 stromlos geworden ist und verhindert sonst auftretende, durch Spannungsspitzen verursachte Verfälschungen der Tastverhältnis-analogen Auswertung.

Fig. 9 zeigt eine praktisch erprobte Schaltungsrealisierung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Dort ist als wesentlicher Bestandteil der Umschalteinrichtung ein als Speicherglied wirkendes Flip-Flop 32 vorgesehen, das unter der Handelsbezeichnung 4013 erhältlich ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Schalterfunktion durch Gatter 41, 42 mit Tristate-Ausgang sowie mit Entkoppelverstärkern 43 und 44 realisiert werden.

Die im Tastverhältnis modulierte Rechteckschwingung U _A nach Fig. 8 ermöglicht mit Hilfe eines nachgeschalteten Tiefpasses eine einfache analoge Auswertung durch Mittelwertbildung. Darüber hinaus kann auch durch Auswertung der Schaltzeiten t 1 und t 2 mittels eines nachgeschalteten Zählers eine einfache digitale Auswertung erfolgen. Sollten bei der zur Verfügung stehenden Auszählfrequenz für einen solchen nachgeschalteten Zähler die Tastzeiten t 1 und t 2 zu kurz sein, so kann zweckmäßig das Flip-Flop 32 durch einen bekannten Frequenzteiler ersetzt werden, wodurch die Zeiten t 1 und t 2 um einen beliebigen Faktor verlängert werden. Die Schaltung nach Fig. 9 ermöglicht in verschiedenen Teilen einen Abgleich sowie eine Frequenzwahl, insbesondere durch Einstellung des Verstärkungsgrades der Entkoppelverstärker 43 und 44.

Die erfindungsgemäße Schaltung nach den Fig. 7 und 9 eignet sich gleichermaßen für analoge und digitale Meßwertverarbeitung. Da jeweils nur eine der beiden Induktivitäten L 1 bzw. L 2 aktiviert wird, findet keine gegenseitige Störung oder Beeinflussung statt. Die vollständig gemeinsame Benutzung derselben Schaltungsteile gewährleistet darüber hinaus ein Höchstmaß an Drift- und Fehlerkompensation.

Claims (3)

1. Induktiver Differentialweggeber mit zwei auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordneten Spulen, von denen wenigstens eine in ihrer Induktivität veränderbar ist mit Hilfe eines Kurzschlußringes, der einen Schenkel des Eisenkerns umschließt und entlang diesem Schenkel berührungsfrei in Abhängigkeit von dem zu messenden Weg verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spulen (5, 6; 16, 17/L 1, L 2) an den invertierenden Eingang (24) eines Integrators (25) angeschlossen und mit einem Umschalter (S) verbunden sind, der abwechslungsweise eine der Spulen mit dem Ausgang (30) eines Schmitt-Triggers (29) verbindet, der an den Ausgang (26) des Integrators angeschlossen ist.

2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (S) an den Ausgang (30) des Schmitt-Triggers (29) angeschlossen ist.

3. Geber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (30) des Schmitt-Triggers (29) ein Speicher, insbesondere ein Flip-Flop (32) angeschlossen ist, der den Umschalter (S) betätigt.