Frage zur Schaltung (Drehüberwachung Zahnrad)

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Hallo,
eine Frage zur angehängten Schaltung, ich möchte damit ein langsam 
drehendes Zahnrad überwachen. Ziel der einfachen Schaltung soll sein, 
dass ich eine Meldung erhalte, wenn sich das Zahnrad nicht mehr dreht. 
Die Meldung darf zeitversetzt erfolgen.

Das Signal vom Sensor (induktiver Positionsgeber 24V) geht über C2 + R6 
an T1, dieser soll regelmäßig C1 des RC-Gliedes entladen.

Das Signal des Sensors hat im Fehlerfall entweder dauerhaft high oder 
dauerhaft low Pegel.

Im Normalbetrieb wechselt der Pegel mit 1-10 Hz.

Mein Gedankengang war dass ich mit dem Poti eine „Vergleichsspannung“ 
einstellen kann, welche dann eine „Verzögerungszeit“ darstellen soll. 
Die Einstellung ist jedoch aufgrund der Ladekurve nicht linear, was aber 
nichts ausmacht.

Der OP vergleicht beide Spannungen und soll den Ausgang auf High 
schalten, wenn die Impulse ausbleiben.

Würde dies so funktionieren?

Das Ganze hat keinerlei Sicherheitsaufgaben. Es soll nur überwacht 
werden ob die Kraftübertragung per Zahnriemen funktioniert – oder ob 
dieser gerissen ist.
Danke und Gruß Stefan

[Michael B. (laberkopp)]

Stefan B. schrieb:
> Würde dies so funktionieren?

So ungefähr.

Impulsausfallerkennung.

Lediglich die Kondensatorankopplung des Impulseingangs müsste man mal 
ausprobieren.

Und 47k/47k am Elko bringt den nicht unter VCC/2, ich würde den 
Widerstand zum Transistor auf 1k absenken.

Und deine Widerstandswerte am Poti sind sehr niedrig, ein höherohmiges 
Poti braucht weniger Strom.

Wenn länger ein Impuls fehlt steigt die Spannung über VCC-1.5V und der 
LM393 vergleicht nicht mehr richtig. Die 47k die an den Transistor gehen 
dürfen direkt an Masse, das verhindert dann dass die Eingänge über VCC/2 
steigen


Ich würde der Schaltung auch eine ordentliche Hysterese verpassen, eben 
damit sie im Umschaltmoment nicht die Störungen der Versorgungsspannung 
überträgt.

Impulsausfallerkennungen baut man auch gerne mit NE555 auf, der hat die 
Hysterese von Haus aus.

[Walter T. (nicolas)]

Machs Dir einfacher! Bau eine Ladungspumpe.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Der Widerstand zum Transistor hat nur 47Ohm, damit sollte der Elko 
relativ tief entladen werden können.
Hysterese kann ich noch mit einbauen.

Werde die Schaltung mal testweise aufbauen, auch wegen der kapazitiven 
Ankopplung des Sensors.

[Peter D. (peda)]

Stefan B. schrieb:
> Würde dies so funktionieren?

Nein.
C2 lädt sich einmalig auf und das wars.
Außerdem wird bei 24V die negative U_BE des T1 deutlich überschritten.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan B. schrieb:
> (induktiver Positionsgeber 24V)
Gibts da ein Datenblatt dazu?

Was für einen Ausgang hat der? Wenn es ein "normaler" plusschaltender 
Sensor ist, dann fehlt der kapazitiven Eingangsstufe der 
Entladewiderstand.

Wenn es ein minusschaltender Sensor ist, dann fehlt ein Pullup.

Deine Schaltung könnte bestenfalls dann funktionieren, wenn der Sensor 
einen Gegentaktausgang hat.

Aber auch dann würde ich den Transistor mit einem Pulldown einen 
definierten Arbeitspunkt verschaffen und mit einer antiparallel zur 
BE-Diode geschalteten 4148 vor negativen Spannungen an der Basis 
schützen.

[Bob S. (spongebob24)]

Bau noch eine Diode antiparallel zur BE Diode vom Transistor T1 ein.
Und einen Wid (ca. 330k) parallel zu C1, damit der OP + Eingang 
innerhalb des erlaubten Eingangsspannungsbereichs bleibt (ca. VCC -2V).
P.S. der Output vom LM393 ist ein OC.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Der Sensor ist ein ganz normaler M12 Näherungssensor der zwischen 0 und 
24V schaltet. Ich ändere mal den Plan und stelle den mal ein

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Hab jetzt mal eine Z-Diode in den OP+ Zweig mit rein und die Hysterese 
(unberechnet!);
Am Impulseingang einen 1k nach GND, dann sollte sich der C ja über die 
beiden R's und die BE-Strecke entladen können.

Den R (330k) par. zum C habe ich jetzt nicht mit eingezeichnet,
kann mir der den T1 nicht dauerhaft leitend machen, wenn Sensor betätigt 
ist,
also 24V anliegen, ich muss im Fehlerfall ja beide Zustände (0V / 24V) 
auswerten können.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan B. schrieb:
> Der Sensor ist ein ganz normaler M12 Näherungssensor
Welcher denn? Es gibt "ganz" normale, die Minus schalten, es gibt "ganz 
normale", die Plus schalten, und es gibt sie auch mit Gegentaktausgang.
Aber offenbar hast du einen, der die Highside schaltet.

Stefan B. schrieb:
> dann sollte sich der C ja über die beiden R's und die BE-Strecke
> entladen können.
Dann wird der Transistor nur ganz schleichend sperren, weil keiner aktiv 
die Basis ausräumt. Sondern je niedriger die Ube wird, umso geringer 
wird der Basisstrom (Stichwort Diodenkennlinie) und desto weniger wird 
der Kondensator entladen. Und im Grunde wird der dann nie ganz 
entladen...

Also: mach einen Widerstand parallel zur D1, damit die Entladung in 
endlicher Zeit vor sich geht.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Sensor: BES M12MI-PSC20B-BV03
Widerstand zur Diode ist drin.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Bei 24V Impulsen können R6 und R7 etwas hochohmiger gemacht werden.

Damit die Hysterese überhaupt funktioniert, muss am Ausgang noch ein 
Pullup Widerstand hin. Aber eigentlich braucht man nicht unbedingt eine 
Hysterese, weil C1 bei fehlenden Impulsen das System in einen eindeutig 
definierten sicheren Zustand hochfährt.

Das Einstellen der Ansprechzeit kann mit einem 100k Trimmer an dieser 
Stelle vorgenommen werden.

C2 mit nur 100nF könnte evtl. für den Entladeimpuls für den 47uF Elko zu 
klein sein. C2 sollte also noch auf 1uF oder mehr vergrößert werden.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Ich werde die Schaltung in den nächsten Tagen mal aufbauen und testen.

Vielen Dank für die Hilfe bisher!

[Michael K. (tschoeatsch)]

Muss R9 nicht an den invertierten Eingang hin?

[Hp M. (nachtmix)]

Michael K. schrieb:
> Muss R9 nicht an den invertierten Eingang hin?

Nicht, wenn man Hysterese braucht, weil auch bei langsam veränderlichen 
Eingangssignal ein einwandfreies Rechteck rauskommen soll.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

R8 könnte man noch ein Stück größer machen (4k7 bis 22k), damit die 
Hysterese nicht so knapp bemessen ist.

[Peter D. (peda)]

Ich würde einfach einen retriggerbaren Monoflop dafür nehmen, z.B. 
CD4047, CD4538.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Hallo,
Monoflop hab ich leider nicht greifbar,
aber ein NE555 als Monoflop würde dann
evtl auch funktionieren wie oben gezeichnet.?

Kann mich leider erst am Wochenende hinsetzten
und eine Schaltung zum testen aufbauen.

[Michael B. (laberkopp)]

Stefan B. schrieb:
> würde dann
> evtl auch funktionieren wie oben gezeichnet.

DIScharge ? 10k Ausgangspullup ?

Du musst nur das Aufladen von C2 (an TRIG und THRE) über R3 unterbrechen 
durch deinen Transistor.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Ja, der R1 sollte nicht mehr drin sein, stammt noch von der ersten 
Schaltung.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Das Entladen von R3+C2 sollte über die Diode D1 ablaufen, und auch TRIG 
wird bei einem Eingangsimpuls resetet.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan B. schrieb:
> würde dann evtl auch funktionieren wie oben gezeichnet.?
2 Fragen:
- Welche Timeoutzeit willst du denn realisieren und wie genau muss die 
eingehalten werden?
- Was hängt am Ausgang "Fehler" der Auswerteschaltung?

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Timeoutzeit, sollte innerhalb von ca. 10 sec. kein Impuls mehr kommen, 
liegt ein Fehler vor, ob 8 sec. oder 12 sec. ist egal.
Das Zahnrad dreht mit 1-10 U/min, ich erhalte 5 Impulse je Umdrehung.
Am Ausgang wird eine Glühlampe oder LED angeschlossen werden.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Bedenke dass T2 in Kollektorschaltung arbeitet und am Fehlerausgang nie 
mehr als 11,3V rauskommen können! Das Ersetzen von T2 durch einen PNP 
Transistor hilft auch nicht, weil der PNP Transistor nie abschalten 
würde.

Lösung: T2 als Emitterschaltung umbauen (BC337) und dahinter noch einen 
PNP Transistor T3 (BD138) schalten, damit die Logik wieder stimmt.

Evtl. R13 weglassen und den zukünftigen PNP Ausgang dann als "Offenen 
Kollektor" auslegen (der 2k2 verheizt 260mW).

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan B. schrieb:
> Das Zahnrad dreht mit 1-10 U/min, ich erhalte 5 Impulse je Umdrehung.
Oha, das wären schlimmstenfalls bei 1 U/min zwischen 2 Impulsen eine 
Zeit von 12 Sekunden. Da sehe ich schon theoretische/mathemaitsche 
Probleme bei einem 10-Sekunden-Timeout...

Du wirst viel mehr Zähne brauchen oder eine deutlich längere Zeit für 
dein Timeout.

Wie ist denn das Tastverhältnis des Sensorsignals?

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

hab die Schaltung nochmals geändert,

@Lothar: ich denke deine Schaltung haut so nicht hin, mein Sensor 
liefert je nach Stellung 24V oder 0V, also im Fehlerfall (je nach 
Stellung des Zahnrades) könnten auch dauerhaft 24V anliegen, dies würde 
ja nicht als Fehler erkannt.

ich kann die Zeit auch noch verlängern, die 1 U/min sind minimal 
mögliche Drehzahl, Normaldrehzahl ist im Bereich 4-10U/min;
Tastverhältnis etwa 60aus : 40ein.
Mehr Zähne gehen nicht, am Zahnrad kann ich nichts ändern.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan B. schrieb:
> @Lothar: ich denke deine Schaltung haut so nicht hin
Ja, habe ich auch gesehen, dann überarbeitet und mit neuem 
"Worst-Case-Timing" (3s Pulsdauer mit 40% High-Zeit) simuliert.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Jetzt fehlt nur noch der Basisvorwiderstand von T2.

Wenn für C2 ein 100uF Elko eingesetzt wird, dann kann man R3 auch als 
500k Trimmer auslegen und die Timeoutzeit stufenlos einstellen.

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Danke vorerst, ich werde am Wochenende die Schaltungen testen und wieder 
berichten.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Mit einem XOR Gatter (CD4070) und einem RC Glied können auch beide 
Flanken detektiert werden. Aus den restlichen Gattern kann das 
nachgeschaltete Monoflop realisiert werden. Das würde sich anbieten, 
wenn der 24V Sensor einen offenen Kollektor hat und somit ein 12V Signal 
liefern kann.

Die zweite Möglichkeit ist ein Dualoptokoppler bei dem beide Eingangs 
LEDs antiparallel geschaltetet sind und über einen 470uF Elko mit 
Vorwiderstand vom Sensor direkt angesteuert werden.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Wenn ich da eine Schaltung mit Spannungsregler und viel sonstigem 
Klimbim sehe, dann denke ich sofort an einen 8-Pin µC...

24V ---o------------------------------------------o---
       |                                          |
      4k7                                         |
       |                        µC               Lampe
       o----o-------o---- Vcc                     |
       |    |       |                             |
  4v7 ,-   === 10u  -                           |/
       ^    |       ^             Output --4k7--|
       |    |       |                           |>
       -    -       |                             |
                    |                             |
Sensor -----12k-----o---- Input                   |    
                    |                             |
                   2k7         GND                |
                    |           |                 |
                    |           |                 | 
GND -----o----------o-----------o-----------------o----
         |
         -

Nur 9 Bauteile und ein paar Zeilen Programm. Einfacher geht es kaum.

Wenn man die Zeit dann auch noch einstellen will, kann man ja einfach 
ein Poti als 11. Bauteil an den µC basteln.

Wenn man statt des simplen Transistors am Ausgang einen Smartswitch wie 
z.B. den BSP452 nimmt, dann hat man 1 Bauteil weniger. Und dazu die 
ganzen Schutzschaltungen des BSP gleich mit drin.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Stefan B. schrieb:
> hab die Schaltung nochmals geändert

Ich würde noch einen Widerstand einbauen, um den Kollektorstrom von T1 
beim Entladen von C2 zu begrenzen.
Man könnte auch länger durchrechnen, ob bei maximalem Basisstrom und 
maximaler Verstärkung von T1 der erlaubte Spitzenstrom nicht 
überschritten wird, aber dafür wäre ich zu faul...

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Ich hab gestern die Variante mit NE555 aufgebaut und getestet.
Läuft, ist aber schon ein erheblicher Aufwand.
Die Variante mit µC ist da dann doch wesentlich einfacher..

[Patrick C. (pcrom)]

Stefan B. schrieb:
> Die Variante mit µC ist da dann doch wesentlich einfacher..

Einverstanden, gibt es vielleicht noch einen andere processor im 
gesammten System der dafuer benutzt werden kann ?

Beim uC kann man auch einfacher die richtige (timing) parameters 
eingeben statt parameters die man mittels analoge componenten berechtet 
und abhaengig sein von zB Frequenz oder entprellung der eingang

Vergess auch nicht das EINSCHALTEN des systems.

Patrick aus die Niederlande

[Edit : Typos]

[Stefan B. (Firma: -keine-) (etb)]

Hallo,
hab mal schnell ein PCB mit Attiny gezeichnet, es schaut aufgeräumt aus 
- trotz zusätzlicher Funktionen (LED direkt an der Pumpe), die analoge 
Lösung ist deutlich aufwendiger.
Es gibt sonst keinen µC, die Platine darf max. 48x48mm haben und kommt
direkt an den Pumpenmotor hinten mit ran..
Zum Motor geht ein 3 poliges Kabel, welches den Motor mit 24V versorgt, 
wenn dieser läuft. Es reicht aus wenn ich ein Signal bekomme wenn der 
Motor angesteuert wird, aber die Hydraulikpumpe nicht mitläuft, die 
Verbindung Motor/Pumpe erfolgt per Zahnriemen.
Die Pumpe dreht im Normalbetrieb mit 4-5U/min und fördert dabei etwa 
0,3l/h Schmieröl. Ein kurzes versagen der Schmierung ist kein Problem, 
da genügend Restöl vorhanden ist, aber ein längerer Ausfall wird dann 
zum Problem.,,

Gruß aus Bayern!

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Stefan B. schrieb:
> Hallo,
> hab mal schnell ein PCB mit Attiny gezeichnet

Klasse! 😃👍

[Michael B. (laberkopp)]

Lothar M. schrieb:
> Nur 9 Bauteile und ein paar Zeilen Programm. Einfacher geht es kaum.

Hmm, du hast klugerweise an die notwendige Spannungsregelung und 
-wandlung gedacht.

Nutzt man gleich passende Bauteile, kommt man mit 7 aus

+24V --------+----+
             |    |
             R    R
             |    |
             |    +-- out
             |    |
         +---+--TL431
     NPN |   |    |
--C--+--|<   C    |
    _|_  |E  |    |
    /_\  |   |    |
     |   |   |    |
GND -+---+---+----+

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Michael B. schrieb:
> Nutzt man gleich passende Bauteile, kommt man mit 7 aus
Damit lassen sich aber noch keine weithin sichtbaren Lampen ansteuern.

Und ich möchte in dieser Schaltung nicht der Transistor sein und 5x pro 
Minute 24V auf die Basis bekommen...  ;-)

[Michael B. (laberkopp)]

Lothar M. schrieb:
> Damit lassen sich aber noch keine weithin sichtbaren Lampen ansteuern.

Da ein TL431 100mA schafft, hat man 2.4 Watt, das reicht locker.

> Und ich möchte in dieser Schaltung nicht der Transistor sein und 5x pro
> Minute 24V auf die Basis bekommen...  ;-)

Keine Basis bekommt 24V, sie bekommt Strom durch den Kondensator, 
begrenzt durch den Näherungssensor, und das hält sie aus.

Steck dir dein FUD also sonstwohin.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Michael B. schrieb:
> Keine Basis bekommt 24V, sie bekommt Strom durch den Kondensator
Ist mir klar.

> begrenzt durch den Näherungssensor, und das hält sie aus.
Da sollte man aber schon genauer hinschauen, denn der hier verwendete 
Sensor hat immerhin einen Bemessungsdauerstrom von 200mA. Das heißt, 
dann er beim Umschalten problemlos auch mal 1A kann. Für einen üblichen 
BCxxx ist das zu viel.

> Steck dir dein FUD also sonstwohin.
Offenbar bist du der Einzige, der diese Bedenken nicht hat, denn der 
entsprechende Strombegrenzungswiderstand ist schon ab der allerersten 
Schaltung hier im Thread drin.