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Elektronischer Tourenzähler zum Messen von Momentan-Drehungsgesdiwindigkeiten
Es gibt bereits elektrische Tourenzähler zum Messen der Momentan-Drehungsgeschwindigkeit
von Motoren. Einige derselben benutzen eine magnetelektrische Maschine, die an den
Motor angekuppelt wird, dessen Geschwindigkeit man messen will. Da die von der magnetelektrischen
Maschine gelieferte Spannung eine Funktion der Geschwindigkeit ist, erfolgt ihre
Messung mit Hilfe eines gegebenenfalls nach Umdrehungen pro Minute geeichten Voltmeters.
Andere Tourenzähler, die insbesondere zum Messen der Drehzahl von mit elektrischem
Zündkreis aus Induktionsspule und Unterbrecher ausgestatteten Explosionsmotoren
geeignet sind, benutzen ein durch die bei Unterbrechung des Spulenkreises auftretenden
elektrischen Impulse betätigtes, elektromechanisches Relais. Dieses Relais schließt
bei jedem Impuls einen Kondensator nacheinander zunächst an die Klemmen einer konstanten
Hilfsspannungsquelle, die ihn auflädt, und dann an ein Galvanometer an, das den
Entladestrom mißt.
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Die Galvanometeranzeige ist dabei eine Funktion der Frequenz von Auf-
und Entladung und damit der Zündimpulse. Da die Zündimpulsfrequenz ihrerseits inW
bekannter Beziehung zur Motordrehzahl steht, kann das Galvanometer in diesem Fall
auch direkt inUmdrehunlgen-proMinute geeicht sein.
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Der Tourenzähler nach der Erfindung weist keinen mechanischen Hilfsgenerator
für den Meßstrom auf; er bewirkt vielmehr mit Hilfe eines einfachen elektrischen
Kreises eine besondere, nachstehend näher erläuterte Vorwegentnahme des Zündkreisstromes,
dessen Frequenz er direkt mißt.
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In diesem Zusammenhang waren an sich Drehzahlmeßeinrichtungen bekannt,
die an die Zündstromkreise eines Elektromotors angeschlossen sind und bei denen
ein Leitfilter zur Ausschaltung von Anzeigestörungen vorgesehen ist, die durch unerwünscht
Lichtschwingungen entstehen können.
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Ein solches bekanntes Filter weist eine Induktivität und eine Kapazität
auf.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung hat gegenüber diesen bekannten
Einrichtungen das besondere Merkmal, daß die an den Klemmen des Unterbrechers oder
der Spule des Zündkreises abgenommenen Impulse derart gefiltert werden, daß nur
die niederfrequente Komponente auf eine zur Betätigung eines elektronischen Ausgleichers
geeignete Spannung gebracht wird, und daß dieser Ausgleicher mindestens eine gasgefüllte
Röhre aufweist und die so eingeregelte Spannung einen klassischen Frequenzmeßkreis
speist.
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Die Vorteile einer solchen neuartigen Einrichtung sind die folgenden:
I. Er benötigt keine Hilfsenergiequelle und infolgedessen auch keinen weiteren Stromverbrauch.
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2. Die Schaltung ist wesentlich einfacher, so daß sie auch von einem
weniger geschickten Techniker, beispielsweise dem Garagenhelfer, an einem Fahrzeug
angebracht werden kann. Tatsächlich kann man, insbesondere beim Anschluß der Klemmen
H und B1 an die Anschlußpunkte b und c des Zündkreises, sich auf einen einzigen
Draht beschränken, indem man den Masseschluß über den Fahrzeugrahmen bewirkt.
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3. Alle Bauteile der Einrichtung sind handelsüblicher Art und daher
ohne Schwierigkeit und zu vergleichsweise niedrigem Preis zu erwerben. Demgegenüber
stellt beispielsweise der Transformator nach der deutschen Patentschrift 905 894
eine Spezialkonstruktion dar, die nur von bestimmter Stelle und als entsprechend
teuere Sonderanfertigung bezogen werden kann.
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Fig. I zeigt schematisch eine klassische Zündeinrichtung für einen
Explosionsmotör. Eine Spannungsquelle, beispielsweise eine Batterie s, liefert Spannung
an die Enden der Primärwicklung a-b einer Zündspule T, die in Reihe mit dem zwischen
b und c eingeschalteten Unterbrecher z und dem ihn überbrückenden Kondensator C1
liegt.
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Jedesmal beim Öffnen des Unterbrechers z entsteht in der Primärwicklung
eine Überspannung, die auf die Sekundärwicklung der Zündspule T übertragen und an
die passende Zündspalte abgegeben wird.
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Die Zündung kann auch durch einen Schwungradmagneten oder eine magnetelektrische
Maschine bewirkt werden.
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Fig. 2 zeigt die Spannungsschwankungen an den Enden a, b der Spule
T in Abhängigkeit von der Zeit.
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Angenommen, daß der Unterbrecher z zu Beginn offen ist, beträgt die
Spannung dann Null. Im Zeitpunkt X schließt sich der Unterbrecher, und die Spannung
an den Spulenenden steigt praktisch sofort auf den Wert der Batteriespannung von
beispielsweise 6 Volt.
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Im Zeitpunkt B öffnet sich der Unterbrecher plötzlich und erzeugt
eine Überspannung von beispielsweise I50 Volt, die plötzlich ansteigt und nach einigen
Schwingungen bei C praktisch wieder auf Null herabsinkt.
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Im Zeitpunkt schließt sich der Unterbrecher von neuem, und der Vorgang
wiederholt sich mit einer Periode P. Die Wiederholungsfrequenz I/P entspricht der
Zündzahl pro Sekunde, die erforderlich ist, um vom Motor eine vorgegebene Drehzahl
zu erlangen.
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Um diese Wiederholungsfrequenz in geeigneter Weise mit einem klassischen
Frequenzmeßgerät zu messen, muß aus dem vorstehend definierten Signal unbedingt
der AbschnittBC entfernt werden, der den durch die plötzliche Unterbrechung des
Spulenkreises hervorgerufenen Uberspannungsschwankungen entspricht. Tatsächlich
könnten die durch die Schwingkreisdämpfung verursachten, aufeinanderfolgenden Schwingungsspitzen
entscheidende Meßfehler hervorrufen.
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Bei bestimmten Tourenzählern beschränkt man sich übrigens auf die
Auswertung solcher Spitzen, wie bei Q, im Zündkreislauf, um beispielsweise über
einen Kondensator und einen Gleichrichter an einem Galvanometer eine frequenzproportionale
Ablenkung zu erzeugen. Man muß dann aber im Laufe der Zeit Abweichungen bei der
Galvanometereichung feststellen, die vom Ladungszustand der Batterie, von der Abnutzung
des Unterbrechers, vom Zustand der Zündspule und des Kondensators, vom Kompressionsgrad
des Motors, vom Ein- und Ausschalten der sonstigen elektrischen Schaltbrettgeräte
und von allen sonstigen, auf die Form und Amplitude der Schwingungsspitze einwirkenden
Vorgängen herrühren. Außerdem gilt die Eichung nur für eine bestimmte Spule. Außerdem
wird der die Spitze erzeugenden Energie ein nicht zu vernachlässigender Betrag für
die Erzeugung der Meßgerätablenkung entzogen, der natürlich zu Lasten der Zündgüte
geht.
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Die Erfindung sucht sich von diesen Nachteilen dadurch zu befreien,
indem einerseits der Abschnitt BC des Zündkreislaufes ausgeschaltet und andererseits
Form und Amplitude des gewünschten Signals für die Grundkomponente der Frequenz
I/P konstant gehalten werden, um unabhängig von den Zündbedingungen ein Signal von
festgelegter Stärke zu erhalten.
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Der Tourenzähler nach der Erfindung ist durch die Vereinigung einer
ein elektrisches Filter bildenden Vorrichtung, die der durch das Öffnen und Schließen
des Zündkreises verursachten, niederfrequenten Welle die zur Erzeugung der Zählimpulse
erforderliche Energie entzieht und die durch das Öffnen des Zündkreises verursachte,
hochfrequent schwingende Überspannung heraus-
siebt, mit gegebenenfalls
einem Spannungsverstärker, der die am Filterausgang verfügbare Spannung auf einen
geeigneten Wert erhöht, und mit einem elektronischen Signalreglersystem, das die
aufgenommene Spannung unabhängig von Form und Amplitude der Eingangsspannung in
Signale von bestimmter Form und Amplitude umwandelt, worauf die so eingeregelte
Spannung einen klassischen Frequenzmeßkreis speist.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Klemmen A1 und B1 sind an den Zündkreis nach Fig. I, beispielsweise bei a und
b, angeschlossen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das bezüglich seiner Rolle
vorstehend festgelegte elektrische Filter aus der Drossel L, die Spannung wird durch
den Transformer t auf passenden Wert angehoben, das -Ausgleichssystem besteht aus
der gasgefüllten Spannungsreglerröhre S in Reihe mit einem den Röhrenstrom begrenzenden
Widerstand R, und der Meßkreis schließlich weist einen Kondensator C2 in Reihe mit
dem Gleichrichter JMKN und dem Galvanometer G auf, das den der Impulsfrequenz proportionalen,
mittleren Gleichstrom mißt. Das Galvanometer kann nach Umdrehungen pro Minute geeicht
sein, da die Motordrehzahl der Zahl der Zündfunken proportional ist.
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Ein genauer arbeitendes, zweites Ausführungsbeispiel mit mehr linearer
Ablesungsskala ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei besteht das elektrische Filter
aus dem Widerstand R1 und dem KondensatorC3, die Spannung wird mit Hilfe des Röhrenverstärkers
T1 auf passenden Wert erhöht, das Ausgleichssystem besteht diesmal aus einer an
sich bekannten Röhrenschaltung mit einer Doppeltriode T2, deren erstes Element beim
»Öffnen« und dessen zweites im Sättigungspunkt ausgleicht, und der Frequenzmeßkreis
besteht aus dem Kondensator C4, der Diode V und dem Galvanometer G. Die vorzugsweise
stabilisierten Heiz- und Anodenspannungen der Röhren können von irgendeinem geeigneten,
nicht dargestellten System geliefert werden.
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Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel kann das elektrische Filter
durch jedes andere Netz ersetzt werden, das aus Induktanzen, Kapazitäten oder Widerständen
besteht, die an irgendwelchen Punkten des Kreises angeschlossen und dazu bestimmt
sind, das Nutzsignal ohne Dämpfung der Schwingentladung herauszunehmen und eine
niederfrequent unterbrochene Signalfolge ohne ein hochfrequentes Signal aufzufangen,
um von den durch die hochfrequenten Signale drohenden Messungsungenauigkeiten frei
zukommen.
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Das Einstellen der Spannung auf den geeigneten Wert kann durch jedes
bekannte Mittel, insbesondere elektronische oder magnetische Verstärker, erzielt
werden; das Ausgleichssystem kann gegebenenfalls durch andere, ein Sättigungsphänomen
aufweisende Kreise, z. B. Transformatoren mit gesättigtem Eisenkern, Diodenröhren,
klassische Trioden- oder Pentodenkreise anderer als von der in Fig. 4 dargestellten
Art, gebildet werden; an Stelle dessen könnte das Ausgleichs system auch mit gleicher
Wirkung durch jede bekannte Schaltung, z. B. monostabile Multivibratoren, d. h.
sogenannte Univibratoren, oder bistabile Multivibratoren, wie das in Fig. 5 dargestellte
Beispiel einer »Eccles Jordan«-Schaltung, ersetzt werden, die an ihrem AusgangS3,
B4 ein rechteckiges Signal von konstanter Amplitude abzunehmen gestattet, falls
an ihrem Eingang B1, B2 (entsprechend dem Ausgang von T1 in Fig. 4) negative Impulse
von beliebiger Form und einer einen bestimmten Wert übersteigenden Amplitude eintreffen.
Man kann ebenso auch jedes beliebige elektronische Schaukelsystem, z. B. einenTrioden-»trigger«
nach Schmidt oder einen Thyratron-»trigger«, bei dem etwa gemäß Ausführungsbeispiel
nach Fig: 6 ein Galvanometer G in den Kathodenkreis des Thyratrons eingeschaltet
ist, oder jeden anderen bekannten elektronischen Kreis verwenden, der ein Signal
beliebiger Form und Amplitude in ein solches von bestimmter Form und Amplitude umzuwandeln
vermag.
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Die Fig. 7 stellt eine ergänzung der Anordnung der Fig. 3 durch den
in Fig. I dargestellten Schaltungsteil dar und bezieht sich im übrigen auf das Ausführungsbeispiel,
das auf Seite 4, Absatz 3 der Beschreibung näher erläutert ist. Es wurden also die
Klemmen A1 und B an den Zündkreis -der Fig. I bei a und b angeschlossen.
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Fig. 8 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Klemmen
A1, B1 nicht an die Enden a, b der Spule, - sondern an die Klemmten b, c des Zündkreisunterbrechers
angeschlossen sind.
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Die übrige Wirkungsweise der in den Fig.7 und 8 dargestellten Tourenzähler
ist die gleiche wie gemäß den übrigen Figuren.
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Wenn auch die Erfindung im speziellen in Verbindung mit einem Explosionsmotor
beschrieben worden ist, kann man nach dem gleichen Erfindungsprinzip auch Tourenzähler
für andersartige Verwendungszwecke schaffen, bei denen der Steuerimpuls durch einen
Unterbrecher und eine Hilfsspannungsquelle erzeugt wird. Als Beispiel sei die Messung
der Umdrehungsgeschwindigkeit einer Welle, bei der eine daran befindliche Nocke
bei jedem Umlauf einen Unterbrecher betätigt, erwähnt. An Stelle einer Stromunterbrechung
kann der Index gegebenenfalls auch ein Lichtstrahlenbündel erzeugen oder unterbrechen,
das von einer Fotozelle aufgenommen wird, wodurch die Lichtiinpulse in elektrische
Impulse umgewandelt und passend verstärkt werden.
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Bei bestimmten, besonderen Anwendungen kann das der Frequenz der
zu messenden Geschwindigkeit entsprechend unterbrochene Energiebüschel aus Schall-,
tSberschall- oder elektromechanischer Energie und der Empfänger in entsprechender
Anpassung aus einem Richtmikrophon, einem Quarz-oder radioelektrischen Empfänger
bestehen.