DE1260597B - Mechanisch betaetigter Grenzwertmelder mit durch die Betaetigung ausgeloestem elektrischem Impulsstrom - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

H02p
Deutsche Kl.: 21c-57/70

Nummer: 1260 597

Aktenzeichen: F 39160 VIII b/21 c

Anmeldetag: 4. März 1963

Auslegetag: 8. Februar 1968

Die Erfindung betrifft einen mechanisch betätigten Grenzwertmelder mit durch die Betätigung ausgelöstem elektrischem Impulsstrom, bei dem das Betätigungselement über eine Feder mit einem von einem Permanentmagneten angezogenen Anker in der Weise verbunden ist, daß der Anker bei Erreichung vorbestimmter Lagen des Betätigungselementes eine Einschnappbewegung unter Überwindung der Federkraft zum Magneten hin bzw. bei Rückbewegung des Betätigungselementes, durch die Federkraft vom Magneten weg ausführt und dabei eine rasche Änderung des magnetischen Flusses in wenigstens einer nahe am Magneten angeordneten Induktionsspule erzeugt.

Bei einem bekannten Grenzwertmelder der angegebenen Art sind der Magnet und der Anker als koaxial angeordnete Scheiben ausgeführt, und der Anker ist ebenso wie der Magnet in Axialrichtung magnetisiert. Die stationäre Induktionsspule ist koaxial um den Bewegungsbereich des Ankers herumgewickelt. Bei diesem bekannten Impulsstromerzeuger ist der magnetische Fluß durch die Induktionsspule verhältnismäßig klein, weil zwischen den großen stirnseitigen Polflächen des induzierenden Magnetankers die magnetischen Kraftlinien über lange Luftwege verlaufen und bei Spulen von vertretbarer Größe nur ein relativ kleiner Anteil des magnetischen Flusses durch die Spule hindurchgeht. Bei der Axialbewegung des induzierenden Magnetankers ist die Änderung dieses Flußanteils nur klein. Die für eine ausreichende magnetische Einschnappkraft erforderliche Querschnittsfläche des Permanentmagneten und des Ankers kann nicht für die Induktionsspule nutzbar gemacht werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Grenzwertmelder der eingangs angegebenen Art in der Weise zu verbessern, daß bei möglichst kleinen Abmessungen ein sicherer und kräftiger, möglichst genau reproduzierbarer Einschnappeffekt vorhanden ist und beim Einschnappen ein möglichst starkes Signal erzeugt wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der aktive Teil des Ankers aus Weicheisen besteht, daß der Permanentmagnet zwei vom Anker in der betätigten Stellung überbrückte Polschuhe aufweist und daß wenigstens einer der Polschuhe auf einer vom Anker nicht mit überbrückbaren Erstreckung als Kern für die Induktionsspule ausgebildet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Grenzwertmelder ist wegen der Verwendung eines Weicheisenankers die bei einer gegebenen Stellungsänderung des Ankers Mechanisch betätigter Grenzwertmelder mit
durch die Betätigung ausgelöstem elektrischem
Impulsstrom

Anmelder:

Force Controls Company, Ferndale, Mich.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Martin Lewis Abel, Oak Park, Mich.;

John Winters, Clawson, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. März 1962 (177 597) - -

erzielte Veränderung der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Anker und dem Permanentmagneten erheblich größer als bei einem Anker, der selbst einen Permanentmagneten darstellt. Ein- und Ausschnappunkt sind deshalb erheblich besser definiert und reproduzierbar. Durch die bei dem erfindungsgemäßen Grenzwertmelder vorgesehene magnetische Kurzschlußschaltung ergibt sich beim Ein- und Ausschnappen eine wesentlich größere Flußänderung in der Magnetspule, die überdies platzsparend auf einer Erstreckung des Polschuhs untergebracht ist und im nicht eingeschnappten (magnetisch kurzgeschlossenen) Zustand praktisch vom gesamten magnetischen Fluß des Permanentmagneten durchsetzt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Grenzwertmelders,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 2, jedoch bei einer anderen Betriebsstellung der Teile,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der F i g. 2, F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der F i g. 2,

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3 4

F i g. 6 einen Schnitt durch eine andere Ausfüh- Anker 48, 50 gegen die Kraft der Feder 66 als eine rungsform eines erfindungsgemäßen Grenzwert- Einheit verschoben und bewegen den Anker in Richmelders und tung auf die frei liegenden Enden 70 der Polschuhe

Fig. 7 eine in Verbindung mit dem erfindungs- 16 (Fig. 5), die ein Meines Stück über das äußere gemäßen Grenzwertmelder verwendbare elektrische 5 Ende 72 des Dauermagneten 20 hinaus vorstehen. Schaltung. Sobald der Anker 48,50 eine bestimmte Entfernung

Der Grenzwertmelder besteht, wie insbesondere von den Enden 70 der Polschuhe 16 erreicht, bewirkt aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, aus einem Impuls- die magnetische Kraft entgegen der Kraft der Feder stromerzeuger 10 und einer Auslösevorrichtung 12, 56 einen Schnappeingriff des Ankers 48, 50 mit den die zusammen in einem rohrförmigen Gehäuse 14 io Polschuhen 16. Dadurch ändert sich der magnetische untergebracht sind. Gemäß F i g. 5 enthält der Im- Fluß durch die Spulen 18, so daß in den Spulen eine pulsstromerzeuger 10 zwei Eisenkerne oder Pol- elektromotorische Kraft induziert wird, die einem schuhe 16 mit je einer Spule 18 aus dünnem Draht Halbleiterstromkreis zugeleitet wird, welcher in auf den einen Enden der Polschuhe und einen Dauer- F i g. 7 dargestellt und so ausgelegt ist, daß er eine magneten 20, der zwischen den anderen Enden der 15 Schaltfunktion zur Steuerung irgendeiner elektrisch Polschuhe 16 angeordnet ist. Die Spulen 18 sind auf betätigten Vorrichtung, z. B. eines Magnetventils, isolierende Rollen 22 gewickelt, die auf den Enden ausführen kann.

der Polschuhe 16 sitzen. Der Dauermagnet 20 ist so Die. Stärke des im Impulsstromerzeuger 10 erangeordnet, daß einer seiner Pole dem einen Pol- zeugten Steuersignals ist weitgehend unabhängig von schuh 16 und der entgegengesetzte Pol dem anderen 20 der Geschwindigkeit, mit welcher der Kontaktknopf Polschuh 16 zugewendet ist. Der Impulsstromerzeu- 32 heruntergedrückt wird, weil der Anker 48, 50 ger ist von einer isolierenden Hülse 24 umschlossen, sich frei von der Hülse 42 fort auf die Polschuhe 16 welche in das rohrförmige Gehäuse 14 eingesetzt ist zu bewegen kann, wenn die magnetische Anziehung und an einer Schulter 26 (Fig. 2) am inneren Ende die Kraft der Feder 56 übersteigt. Die Kraft der des Gehäuses anliegt. Die Leitungsdrähte 28 gehen 25 Feder 56 bleibt angenähert konstant, wenn der durch eine in dem Gehäuse 14 befindliche, mit Ge- Anker in Richtung auf den Impulsstromerzeuger zu winde versehene Öffnung 30 nach außen. bewegt wird, und die magnetische Anziehung nimmt

Die Auslösevorrichtung 12 enthält nach Fig. 2 bei der Annäherung des Ankers48,50 an die Poleinen Kontaktknopf 32 mit Außengewinde, auf den schuhe 16 schnell zu, so daß die Einsehnappbeweeine Feststellmutter 34 aufgeschraubt ist, die mit 30 gung des Ankers auf die Polschuhe zu an einem einem Überwurf 36 zur Zusammenwirkung kommt, genau vorbestimmten Punkt oder bei einem genau der ebenfalls auf den Kontaktknopf 32 aufgeschraubt definierten Abstand des Ankers von den Polschuhen und mit einer radialen Schulter 38 versehen ist. Die stattfindet. Die Teile sind in Fig. 3 in der Stellung Schulter 38 kommt in einer Gegenbohrung 40 einer gezeigt, die sie einnehmen, nachdem der Anker zu Hülse 42 zum Eingriff, die gleitend in der die Innen- 35 den Polschuhen übergeschnappt ist und das. Steuerwand des Gehäuses 14 bildenden Bohrung 44 ange- signal erzeugt worden ist. Die Geschwindigkeit, mit ordnet ist. In das äußere Ende der Bohrung 44 ist welcher der Anker die Schnappbewegung ausführt, eine mit einem Außengewinde versehene Dichtungs- ist immer die gleiche, so daß die Stärke des ausscheibe 46 eingeschraubt und kommt mit der Hülse gesendeten Signals konstant und unabhängig von der 42 sowie dem Überwurf 36 zur Zusammenwirkung, 40 Geschwindigkeit ist, mit welcher der Kontaktknopf um einen die Auswärtsbewegung dieser Teile begren- heruntergedrückt wird,

zenden Anschlag zu bilden. In einer Mittelbohrung Bei der Freigabe des Kontaktknopfes wird ein

52 der Hülse 42 ist ein Anker gleitend angeordnet, entgegengesetztes Steuersignal erzeugt, welches ebender aus einer an einem Körper 50 befestigten Weich- falls von konstanter Stärke und unabhängig von der eisenscheibe 48 besteht. Eine Schulter 54 auf dem 45 Geschwindigkeit der Bewegung des Kontaktknopfes Körper 50 erfaßt das innere Ende der Hülse 42 und ist. Bei der Freigabe des Kontaktknopfes drückt die wird durch eine Feder 56 gegen dieses Ende in der Feder 66 die Hülse 42 in Richtung auf die Dich-Anlage gehalten. Die Feder 56 ist mit ihrem einen tungsscheibe 46, während der Anker 48, 50 infolge Ende an einem Stift SS, der sich in einer Ausneh- der magnetischen Anziehung der Polschuhe 16 zumung 60 des Kontaktknopfes 32 befindet, und mit 5° nächst mit diesen in Zusammenwirkung bleibt. Die ihrem anderen Ende an einem Stift 62 befestigt, wel- Feder 56· wird dadurch gestreckt, so daß sie einen eher innerhalb einer in dem Körper 50 gebildeten zunehmend stärkeren Zug auf den Anker ausübt, bis Ausnehmung 64 liegt. Der aus Scheibe 48 und Kör- der Anker bei Überschreitung der magnetischen per 50 gebildete Anker kann gegebenenfalls aus Kraft durch die vom der Feder 56 ausgeübte Kraft einem Stück bestehen. Zwischen dem einen Ende 55 schnell von den Polschuhen 16 fort in die Hülse 42 der Hülse 24 und einer radialen Schulter 68 an der hineingezogen wird und dadurch in den Spulen 18 Hülse 42 liegt eine Feder 66, die die Hülse 42 gegen ein Steuersignal erzeugt.

die Dichtungsscheibe 46 drückt. Die Vorrichtung kann in bekannter Weise dazu

Der Kontaktknopf 32 kann von einem eine Kraft dienen, eine genau vorbestimmte Lage eines den übertragenden Körper erfaßt werden, welcher den 60 Kontaktknopf berührenden Gegenstandes festzustel-Kontaktknopf in Abhängigkeit von einer Verände- len. Zu diesem Zweck ist eine Mikrometereinstellung rung eines zu verfolgenden Zustandes verschiebt. In vorgesehen (Teile SO bis 96), die jedoch nicht zum F i g. 2 sind die Teile in. der Lage gezeigt, die sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehört, einnehmen, wenn die auf den Kontaktknopf über- Der Grenzwertmelder kann in Verbindung mit

tragene Kraft noch nicht den Wert erreicht hat, wel- 65 jedem beliebigen Stromkreis, z. B. dem in Fig. 7 gecher ausreicht, um die Kraft der Feder 66 zu über- zeigten. Halbleiterstromkreis, verwendet werden, der winden. Beim Hineindrücken des Kontaktknopfes 32 nur der Veranschaulichung dient. Der in F i g. 7 gewerden die radiale Schulter 38, die Hülse 42 und der zeigte Stromkreis enthält die Spulen 18, die so ge-

wickelt sind, daß die in ihnen bei der Bewegung des Ankers erzeugte Spannung in den beiden Richtungen relativ zu den Enden der Polschuhe 16 von entgegengesetzter Polarität ist. Der Stromkreis enthält ferner Transistoren 100 und 102, Widerstände 104, 106, 108 und 110 und eine Ausgangsklemme 112. Beim Anschluß des Stromkreises an eine Betriebsspannung wird innerhalb sehr kurzer Zeit der eine Transistor leitend, während der andere gesperrt wird. Dies stellt den einen der beiden stabilen Zustände des Stromkreises dar. Wenn beispielsweise der Transistor 100 leitend ist und der Anker 48, 50 mit den Enden der Polschuhe 16 in der beschriebenen Weise einschnappt und dadurch eine den Spannungsabfall am Widerstand 104 übersteigende negative Spannung an der Basis des Transistors 102 sowie eine positive Spannung an der Basis des Transistors 100 erzeugt, beginnt der Transistor 102 leitend zu werden und vermindert die Leitfähigkeit des Transistors 100. Dieser Vorgang setzt sich, nachdem er einmal begonnen hat, schnell fort, bis der Transistor 102 stark leitend ist, während der Transistor 100 gesperrt ist. Der Ausgang kann dann vom Kollektor des Transistors 102 abgenommen werden. Dies stellt den anderen stabilen Zustand der Schaltung dar. Wenn sich der Anker 48 von den Kernen 16 wegbewegt, wird eine zweite Spannung erzeugt, welche an der Basis des Transistors 100 negativ und an der Basis des Transistors 102 positiv ist und dadurch die Schaltung in ihren anderen stabilen Zustand zurückführt. Die Schaltung kann demnach dazu benutzt werden, um eine beliebige elektrisch betätigte Vorrichtung, z. B. ein Magnetventil oder einen Zündkreis, zu steuern. Es liegt auf der Hand, daß auch andere Arten von Schaltstromkreisen verwendet werden können, und daß die dargestellte Schaltung (Teile 100 bis 112) keinen Teil der Erfindung bildet.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Impulsstromerzeuger 10 genauso ausgebildet, wie es bereits beschrieben wurde. Er befindet sich in diesem Fall in einem mit Gewinde versehenen, isolierenden Gehäuse 120, das in eine in dem Gehäuse 124 gebildete innere Schulter 122 eingeschraubt ist. An seinem anderen Ende ist das Gehäuse 124 mit einem Gewinde versehen, das einen Anschlagüberwurf 126 mit einer Ausnehmung 128 und einer koaxialen Bohrung 130 aufnimmt, innerhalb welcher sich der Kontaktknopf 132 hin- und herbewegt. Zwischen dem Kontaktknopf 132 und einer kreisförmigen Scheibe 136 ist eine Feder 134 eingeschlossen, welche eine auf der Hülse 138 gebildete innere Schulter berührt. Eine zwischen der inneren Schulter 122 auf dem Gehäuse und der Hülse 138 eingeschlossene Feder 140 drückt die Hülse 138 und die Scheibe 136 gegen den Überwurf 126.

Der Anker 142 ist an einer Stange 144 befestigt, welche sich gleitend durch die Bodenwand 146 der Hülse 138 hindurcherstreckt. Zwischen der Wand 146 der Hülse und einer Zwischenlegscheibe 150 auf der Stange 144 ist eine Feder 148 eingespannt, welche mit einer auf das äußere Ende der Stange 144 aufgeschraubten Mutter 152 zum Eingriff kommt. Wenn der Kontaktknopf 132 durch eine auf ihn ausgeübte Kraft hineingedrückt wird, wird die Feder 134 zusammengedrückt und drückt schließlich die Scheibe 136 und die Hülse 138 gegen die Feder 140 nach innen und führt den Anker 142 in Richtung auf die Polschuhe des Impulsstromerzeugers.

An einer vorbestimmten Stelle bewegt die magnetische Kraft den Anker 142 schnell auf die Kerne zu und drückt dadurch die Feder 148 zusammen.

Wenn die auf den Kontaktknopf ausgeübte Kraft vermindert wird, bewegt die Feder 140 die Hülse 138 nach außen und drückt die Feder 148 weiter zusammen, bis die Kraft der Feder 148 die magnetische Kraft, welche den Anker in seiner Stellung hält, übersteigt, und an einer vorbestimmten Stelle der Anker sich schnell aus seinem Eingriff mit den Polschuhen herausbewegt und dadurch ein zweites Steuersignal erzeugt. Die Feder 134 gestattet eine gewisse Bewegung des Kontaktknopfes 132 über die für die Betätigung des Grenzwertmelders erforderliche Bewegung hinaus. Da die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Anker in jeder Ausführungsform der Erfindung in Richtung auf die Kerne des Generatorteils zu bewegt, weitgehend unabhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung des Kontaktknopfes ist, wird immer ein genügend starkes Signal von konstantem Wert erzeugt, um einen Steuerstromkreis zu betätigen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mechanisch betätigter Grenzwertmelder mit durch die Betätigung ausgelöstem elektrischem Impulsstrom, bei dem das Betätigungselement über eine Feder mit einem von einem Permanentmagneten angezogenen Anker in der Weise verbunden ist, daß der Anker bei Erreichung vorbestimmter Lagen des Betätigungselementes eine Einschnappbewegung unter Überwindung der Federkraft zum Magneten hin bzw. bei Rückbewegung des Betätigungselementes, durch die Federkraft vom Magneten weg ausführt und dabei eine rasche Änderung des magnetischen Flusses in wenigstens einer nahe am Magneten angeordneten Induktionsspule erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil (48 bzw. 142) des Ankers aus Weicheisen besteht, daß der Permanentmagnet (20) zwei vom Anker in der betätigten Stellung überbrückte Polschuhe (16) aufweist und daß wenigstens einer der Polschuhe auf einer vom Anker nicht mit überbrückbaren Erstreckung als Kern für die Induktionsspule (18) ausgebildet ist.

2. Grenzwertmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anker (48, 50 bzw. 142, 144) mit dem Betätigungselement (32, 34, 36, 42; 132, 134, 136, 138) verbindende Feder (56 bzw. 148) den in seiner Bewegungsbahn geführten Anker in eine Anschlagverbindung mit dem gleichfalls in Bahnrichtung beweglichen Betätigungselement drückt.

3. Grenzwertmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement über eine zweite Feder (66 bzw. 140) an einem relativ zu den Enden (70) der Polschuhe (16) ortsfesten Sitz abgestützt ist und das Betätigungsglied von diesen Enden (70) wegdrückt.

4. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse (14 bzw. 124), in dessen einem Ende der Magnet (20) mit den Polschuhen (16) und mindestens einer Induktionsspule (18) angeordnet ist, und in dessen anderem Ende das Betätigungselement (32, 34, 36, 42 bzw. 132,134,

136,138) mit dem Anker (48, 50 bzw. 142, 144) und den Federn (56 bzw. 148 und 66 bzw. 140) so angeordnet ist, daß ein Kontaktknopf (32 bzw. 142) des Betätigungselementes aus dem Ende des Gehäuses vorsteht.

5. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

Vorspannung der den Anker und das Betätigungselement verbindenden Feder (56 bzw. 148) verstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 897 876; britische Patentschrift Nr. 856 607.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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