DE2431632A1 - Permanentmagnetischer betaetigungskraftverstaerker - Google Patents

Description

• Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker.
• Es sind z.B. bereits unter der Bezeichnung Mikroschalter und Magnetschalter usw.,die vermittels geringer Betätigungskraft Schalt-und steuerungsvorgänge auslösen, bekanntgeworden.
• Diese Schaltelemente haben jedoch den Nachteil,daß. sie für viele Zwecke nicht empfindlich genug sind und folglich die Einsatzmöglichkeit sehr gering ist. Um diese Nachteile zu beheben,zeigt der Erfindungsgegenstand einen magnetischen Betätigungskraftverstärker,vermittels welchem alle bekannt gewordenen Konstruktionen weit übertroffen werden.
• Die erfindung ist dadurch gekennzeichnet,daß z.B.zwischen zwei drehbar angeordneten vermittels Kupplungsglieder miteinander verhundenen diametral gepolten Magneten einem mit Magneten versehenen Hebel (Anker) schwenkbar gegenüberstehen und daß je nach der Drehrichtung der diametral gepolten Magneten das an der Drehachse derselben entstehende Drehmoment vermittels Kupplungsglieder kompensiert wird und daM die jeweils auf den Schalt anker freigegebene magnetische Kraft erheblich größer ist als die 3etätigungskraft der drehbar angeordneten Magneten.
• In der Zeichnung Blatt 1 ist der Erfindungsgegenstand in Abb.l schematisch dargestellt. Abb.2,3 u.4 Blatt 1 u.2 zeigen weitere Ausführungsbeispiele.
• Der Betätigungskraftverstärker besteht aus den diarnetral gepolten Magneten 1,/2,die z.B.zwischen den U-förmig ausgebildeten italterungen 3,/4 dreh-bezw. schwenkbar gelagert sind An den Lagerwellen 4/5 sind z.B. BetätigunEreshebel 6/7 (Kupplungsglieder) angeordnet,die vermittels einem Kupplungsglied 8 beweglich an 9/10 gelagert sind. Zwischen den Magneten 1/2 ist ein Anker 11 mit zwei Magneten 12,/13 schwenkbar an der Welle 14 befestigt, die zwischen der Halterung 15 gelagert ist. Die Pole der Magnete ten 1,X2 sind gekennzeichnet und zeigen die jeweilige Stellung zu den Magneten 12,/13 an,die auch aus einem Magnet bestehen können. Zwecks Begrenzung der Ankerbewegung 11 ist z.B. ein U-Winkel mit Stellschrauben vorgesehen. An dem Anker 11 ist ein Verlängerungsstück 17 befestigt,»an welchem z.B.zwei Fortschaltklinken 18+19 vorgesehen sind,die in die Fortschalträder 20/21 greifen.An den Fertschalträdern 20/21 sind Triebe vorgesehen, die in die Zalinräder 22/23 greifen und z.B.auf eine mechanische Kraftspeicherungseinrichtung wirken. Wirkungsweise: Wird z.B.
• durch eine sehr geringe Betätigungskraft das an den Betätigungshebeln 6'7 befestigte Kupplungsglied 8 bezw.24 il Pfeilrichtung a bewegt, so werden lie Pole der Magneten 1/2 je nach der Bewegungs.
• richtung aus der Indiffernnzzone je nach der Bewegungsrichtung der Kupplungsglieder verstellt. Hierdurch wird der zT-Pol des Magneten 2 vom S-Pol des Magneten 13 entfernt und der S-Pol demselben genähert, wogegen der N-Pol des Magneten 1 dem N-Pol des Magneten 12 entfernt und der S-Pol des Magneten 1 dem N-Pol des Magneten 12 genähert wird. hierdurch wird am Magnet 2 ein im entgegengesetzten Uhrzeigersinn hervorgerufenes Drehmoment erzeugt, wogegen am Magnet 1 ein im Uhrzeigersinn erzeugtes Drehmoment entsteht. Durch die Kupplungsglieder der Magneten 1/2 wird eine Wompensation des an den Magneten 1/2 entstehenden Drehmoment erreicht. Infolge der Kompensation wird eine verhältnismäßig geringe Betätigungskraft am Hebel 24 erforderlich,um den Anker 11 mit verhältnishoher Schaltkraft von der ein-nach der andern Seite zu bewegen.
• Sobald sich der S-Pol des Magneten 1 und der S-Pol des Magneten 2 dem S-Pol des Magneten 13 um einen geringen Betrag genähert hat,so erfolgt infolge der magnetischen Anziehungskraft einerseits und der magnetisch abstoßenden Kraft andererseits ein Anziehen des Magneten 12 mit Anker 11, Hiernach wird durch die Klinke 18 das Fortschaltrad 20 betätigt, welches z.B. in das Kraftspeicherungs rad 22 greift. Wird hiernach der Hebel B4 in Richtung b bewegt, so wird in der vorbeschriebenen Weise der Anker 11/17 wieder von den Magneten 2/13 angezogen und vermittels der Klinke 19 das Fortschaltrad 21 und das Kraftspeicherungsrad 23 verstellt-.
• Die Kraftspeicherung kann z.B. einem Uhrwerk oder einem registrierenden Schreibgerät zugeführt werden. Der Schaltanker 11 kann selbstverständlich auch mit Kontaktorganen versehen werden.
• um Regel-und Steuerungsvorgänge mittels sehr geringer Betätigungskraft durchzuführen. Vermittels eines Polwechsels der Magneten 12/13 kann die Drehmementsrichtung der Magneten geändert werden. Die Kompensationswirkung der icupplungsglieder 6,7,8 bleibt hiernach bestehen. In diesen Falle ändert sich lediglich-die Ankerstellung 11.
• aus aus Abb.l ersichtlich,erfolgt der Ankerwechsel 11 aus der Indifferenzzone der Magneten 1/2. Infolge der sehr geringen Betätigungskraft kann das Magnetsystem überall da Verwendung finden,wo die Betätigungskraft zur Auslösung eines Schaltvorgangs usw.nicht ausreicht,wie z.B.in Verbindung mit einem Drehspulsystem, Bimetall, Hitzdraht, Barometer, manometer, Druckmembrane, usw. Ferner die Verwendung als Berührungsloser Schalter durch ferromagnetisches Material. Eine Kraftspeicherung kann z.B. vermittels eines Drehspulsystems erfolgen,welches mit den Kupplungsgliedern in Verbindung gebracht und durch ein Fotoelement gesteuert wird>dessen Strom durch den Schaltanker 11 rhytmisch unterbrochen wird. Durch die hiermit relfonnene Kraftspeicherung kann u.aO ein registrierendes Schreibgerät stromlos gesteuert werden.
• Wie aus Abb.2 ersichtlich,kann der Schalthebel 25 mit dem Magnetträger auch außerhalb und zwischen den Magneten 28/29 gegenüber angeordnet werden. Die Betätigungshebel 30,31 sind ebenfalls vermittels eines Kupplungsglieds 32 drehbar miteinander verbunden. Mit dem Kupplungsglied 32 können ebenfalls Steuerelemente geringer Richtkraft oder geringem Drehmoment in Verbindung gebracht werden. Es sind 34 durch den Anker 25 betätigt Kontakte.
• Die auf die Hebel 30/31 wirkende Betätigungskraft wird durch den U-förmig ausgebildeten Anker 25 mit der an denselben befestigten Magnethalterung 33 und an denselben befestigten Magneten 26,27 und 35 noch verstärkt.Die Magneten 28,29 werden je nach der Bewegungsrichtung der Hebel 30,31 abwechselnd durch die diametral gepolten Magneten 28,29 angezogen und abgestoßen,wonach jeweils der Anker 25 mit der Magnethalterung 33 seine Stellung wechselt.
• Anstelle der diametral gepolten Magneten 28,29 kann je nach dem Verwendungszweck auch ein. lateral gepolter Magnet verwendet werden. In diesem Falle stehen die an dem Schaltanker 25 befestigten Magneten 26,27 nur dem einen Magnet gegenüber, so daß der Magnet 35 entfällt.
• Das Ausführungsbeispiel nach Abb.3 besteht ebenfalls aus zwei diametral gepolten Magneten 36,37. Es sind 38,39 Betätigungshebel,die vermittels eines KuppLungsgliedes 40 miteinander beweglich verbunden sind.An dem Ätupplungsglied 40 ist ein Magnet 41 befestigt'vermittels welchem die Magneten 36,37 betätigt werden. Wird in der Pfeilrichtung der Magnet 41 z.B.durch einen Magnet beeinflußt'so findet je nach der Bewegungsrichtung ein Stellungswechsel des Schaltankers 42 statt. Es sind 43,44 Ausgleichsgewichte zu dem Magneten 41.Da das Schaltsystem auf die geringsten Betätigungskräfte anspricht,kann dasselbe vermittels Kelinstmagneten z.B. 2 x D um erfolgen. Verwendung z.B.als berührungsloser Annäherungsschalter usw.
• 3s Ausführungsbeispiel nach Abb.4 besteht gleichfalls aus diametr.
• gepolten Magneten 45,46 sowie den Betätigungshebeln 47,48 und dem Kupplungsglied 49. Der Betätigungshebel -47 ist am oberen und unteren Ende mit Weicheisenstücken 50,51 versehen,die einem Magnetkern 52 mit Wicklung 53 gegenüberstehen.An dem Betätigungs hebel 48 sind zwecks Gewichtsausgleich ebenfalls Weicheisenätücke 54,55 angeordnet,welchen gegebenenfalls auch ein Magnetkern gegenüber vorgesehen werden kann.Es ist 56 ebenfalls ein Schaltanker,vermittels welchem Kontakte betätigt werden.An dem Schaltanker 56 kann auch eine Quecksilberschaltröhre vorgesehen werden.
• Wie aus der Schaltstellung zu ersehen ist,befindet sich der Schaltanker 47 in der vom Magnetkern 52 angezogenen Stellung, sobald die Wicklung 53 von einem Strom durchflossen wird.
• Hierdurch befindet sich der Magnet 45 in der angezogenen Stellung zum Magneten 57,welcher am Schaltanker 56 angeordnet ist.
• Wird der über die Wicklung 53 fließende Strom unterbrochen,so werden beide Magneten 45,46 vermittels der Zugfeder 9 in die Ausgangsstellung bis zum Anschlag 60 zurückbewegt, Durch diesen Vorgang werden die Pole der Magneten 45/46 gegenüber dem Magneten 57 so verstellt,daß der Magnet 45 abstoßend und der Magnet 46 von 47 angezogen wird, wie eingangs beschrieben. Der Anker 56 mit Magnet 57 nimmt somit hiernach dic entgegengesetzte Schaltstellung ein.
• Durch die getrennte Anordnung des Schaltankers 56 wird die jeweilige Schaltstellung magnetisch verriegelt,so daß Erschiitterungen keinen Einfluß auf den Schaltanker hahen.
• Es können z.B. auch mehrere Magneten 45,46 auf eine Achse übereinander angeordnet werden,die am Schalt anker vorgesehene Magneten entsprecllend gegenüberstehen. Hierdurch kann die Schaltkraft am Anker 56 erhöht werden. Anstelle der diametral gepolten Magneten können auch z.B.je nach dem Verwendungszweck literal oder axial gepolte Magnete Anwendung finden.
• Wie aus Abb.4 ersichtlich, kann all dein Retätigungsbebel 48 eine Wicklung 61,die frei um den Hebel, bezw. Anker 48 angeordnet wird, vorgesehen werden, (Solenoid) Abb. 5, Bla tt 3,zeigt die Kupplung zweier drehbar gelagerter aMagnetsysteme, vermittels welcher der Wirkungsgrad erhöht wird.
• Es sind 62,63,64 u.65 z.B. diametral gepolte Magneten,die vermittels Betätigungsglieder 66,67,68,69,70 u.71 entsprechend miteinander verbunden sind. Zwischen den Magneten ist ein Anker 72 mit Magneten 73,74 drehbar an 75 gelagert.Die B;upplungsglieder (;8,71 sind vermittels Kupplungsstifte 76,77 u.78 miteinander beweglich verbunden. In der ersichtlichen Stellung der Magneten 73,74 werden dieselben von den Magneten 62,65 angezogen und andererseits die Magneten 63,64 abgestoßen.Infolge der Magnetpolung entsteht,wie eingangs Beschrieben, z.B. an der Achse der Magneten 62,64 ein Drehmoment im entgegengesetzten und an den Magneten 63,65 ein Drehmoment im Uhrzeigersinne, welches vermittels der Kupplungsglieder fast aufgehoben wird.
• Hierdurch genügt eine verhaltnismäßig geringe Betätigungskraft der Eupplungsglieder,den Anker 72 mit den Magneten 73,74 von der ein-nach der andern Seite bis zu den Anschlägen 79 zu bewegen.Die an dem Anker 72 hervorgerufene magnetische Kraft ist weit größer als di< Betätigungskraft der Schalthebel 41,68. Verwittels der all dem Anker 75 magnetisch ausgelösten Kraft können, wie bereits erwähnt,Schalt-und Steuerungsvorgänge aller Art Durchgefhrt werden. Abb.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Es sind 80,81 diametral gepolte Magnete, die mit den Zahnrädern 82, 83 in fester Verbindung stehen. Beide Zahnräder greifen in ein Zahnnad 84,vermittels welche ie Kupplung der diametral gepolten Magnete 80,81 hergestellt wird, um eine Kompensation des an den Magneten entgstehendem Drehmoment herbeizuführen. Gegenüber den Magneten 80,81 ist ein @agnet 85 an dem Schaltanker 86 drehbar an einer Welle 87 befestigt.
• Hierdurch wird erreicht, daß sich der Magnet 85 leicht dem jeweiligen Polen gegenüber einstellt,und die Ankerbewegung 86 kippartig durchführt. Wie ersichtlich, entsteht nach Abb.6 in der ersichtlichen Stellung am Magnet 80 ein Drehmoment im entgegen gesetzten Uhrzeigersinn und am Magnet 31 ein im Uhrzeigersinne entstehendes rchmoment. Es ist 88 z.B. ein Betätigungshebel und 89 sind Begrenzungsschraucben. Zwecks magnetischem Ausgleich sind gegenüber den magneten 80, 81 z.B. ans ferromagnetischem Material bestehende Schrauben 89 oder auch Kleinstmagnete anwendbar.
• Der Magnet (85) Abb.6,mit dem Schaltanker 86 bewegt sich z.B.
• überhalb dem Zahnrad 84. Übersichtshalber steht der Magnet 85 mit Anker in der Mitte und nicht in der von Magnet 80 angezogenen Schaltstellung.
• Die diametral gepolten Magnete können z.B.durch eine verlängerte Achse mit einen weiteren diametral gepoltem Magnet versehen werden,welcher von einer Spule umgeben wird.Bei Beaufschlagung der Spule mit einem Strom läßt sich eine hohe Ansprechempfindlichkeit des Schaltsystems von ca. 80.10-6 bei hoher Schaltleistung erreichen.--Je nach dem Verwendungszweck können auch axial gepolte Magnete verwendet werden,indem dieselben übereinander angeordnet und vermittels Kupplungsgliedern getrennt miteinander verbunden werden.In diesem Falle dienen z.B.die unteren Magnete zur 3etätigung der Schaltauslösung, wogegen die oberen zur Betätigung des Schaltankers dienen.

Claims (15)

P a t e r t a n s p r ü c h e

1) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die z.B. diametral gepolten magneten (1/2) drch-bezw. schwenkbar gegerniber den am Schaltanker (11) befestigten Magnete/vermittels/(12/13) angeordnet sind und daß die diametral gepelten Magnete vermittels Kupplungsglieder (6/7/8) so miteinander verbunden sind,dass das an den Magneten hervorgerufene Drchmoment vermittels der Kupplungsglicder kompensiert wird,und daß die magnetische Kraft zwischen den Magneten (1/2) und de Schaltanker (11) befestigten Magneten (12/13) erst dann zur wirkung kommt, sobald die Betätigungsglieder vermittels dem Mebel (24) in Richtung (a oder b)einerseits aus dem Anziehungsbereich der Magneten (2/13) heraus-und andererseits in den anziehungsbereich der Magneten (1/12) hinein bewegt werden.

2) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker, nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß vermittels der Kupplungsglieder die Magnten (1/2) die gleiche Drchbewegung mitmachen und daß sich die Magneten (1/12) und (2/13) in der Enzstellung immer mit ungleichnamigen Polen gegenüber stehen 3) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker, nach Anspruch 1. u.3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß z.B. vermittels des Schaltankers (11/17) huber die linken (18/19) die in Fortschalträder greifen, eine Kraftspeicherung bewrkt wird,indem der Anker (24) durch ein Organ geringer dichtkraft z.B. eines Drehspulsystems gesteuert wird P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstä er ,dadurch gekonnzeichnet, daß die z.B.diametral gepolt Magnete (1/2) dreh-bez'v-.schwenkbar gegenüber den arn Schaltanker (11) befestigten Magneten (12/13) angeordnet sind und daß die diametral gepolten Magnete vermittels Ku pplungsglieder (6/7/8) so miteinander verbunden sind, da se das an dem Magneten (1) im Uhrzeigersinn und das am Ma eten (2) im entgegengesetzten Uhrzeigersinn hervorgerufene rehmoment vermittels der Kupplungsglieder kompensiert wird, und daß die magnetische Kraft zwischen den Magneten (1.2) und dem am Schaltanker (11) befestigten Magneten ers dann zur Wirkung kommt,sobald die Betätignngsglieder benz der Hebel (24) in Richtung (aoder b) aus der Indifferen zone der Magneten (1/2) bewegt wird.

2) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l,dadur ch gekennzeichnet, daß die Magneten (1/2) sich mit ungleichnamigen Polen gegenüberstehen und vermittels Kupplungsgliede n (6/7/8) die gleiche Schwenk-bezw.Drehbewegung gegenüber den am Anker (11) befestigten Magneten (12/13) bis zur Scha tauslösung mitmachen.

3) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Ansprucs 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,daß z.B.vermittels des Scha tankers (11/17) über Klinken (18/19) die in Fortschalträder greifen, eine Kraftspeicherung bewirkt wird, indem der Anker (24) durch ein Organ geringer Richtkraft z.B.eines Drehpulsystems , welches über eine Fotozelle gesteuert wird.

4) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-3,dadurch gekennzeichnet'daß die diametral gepolten Magnete (28/29) Abb. 2, z.B. einem U-förmig ausgebildetem Anker (25) mit Magneten (26/27) und gleichzeitig einem an der Halterung (33) befestigtem Magneten (35) gegenüberstehen.

5) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-4'dadurch gekennzeichnet,daß an den diametral gepolten Magneten (36/37) Abb.3,Kupplungsglieder (38/39) befestigt sind,die einerseits mit Gewichten (43/44) und andererseits mit einem am Kupplungsglied (40) befestigten Magneten (41) versehen sind.

6) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch 15'dadurch gekennzeichnet'da(3 an den mit den Magneten (45/46) verbundenen Kupplungsgliedern (47/48) Abb.4, z.B. Weicheisenstücke befestigt sind, die einem Magnetkern (52)mit Wicklung (53) gegenüberstehen und daß beide Kupplungsglieder (47/48) mit einem Kupplungsstück (49) verbunden sind'an welchem eine Rückholfeder (59) befestigt ist.

7) Permanentmagnetischer Hetätigungskraftverstärker nach Anspruch l-6,dadurch gekennzeichnet, daß die z.B. aus ferromagnetischem Material bestehenden Kupplungsglieder mit einer dieselben umgebene Solenoidspule (61) versehen werden können.

8) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch 1-7,dadurch gekennzeichnet'daß nach Abb.5 vier Magnete ?62,/63/64/65) z.B.über Kupplungsglieder und Kupplungs stiften (76/77/78) betätigt werden und daß an einem Anker (72) an beiden Enden je ein Magnet (73/74) befestigt ist,welcher den Magneten gegenübersteht.

9) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-8,dadurch gekennzeichnet'daß nach Abb.6 die Magneten (80/81) zwecks Kupplung mit Zahnrädern (82/83) versehen sind,die in ein Zahnrad (85) greifen.

10) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-9'dadurch gekennzeichnet, daß am Schaltanker (86) ein Magnet (85) drehbar angeordnet ist.

11) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-lOsdadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der z.B. an dem Anker (11/17) Abb.l zur Wirkung kommenden magnetischen Kraft mehrere diametral gepolte Magneten axial übereinander und nebeneinander angeordnet werden.

12) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-ll,dadurch gekennzeichnet,daß ein magnetischer Ausgleich,bezw.

eine Kompensationswirkung die diametral gepolten Magnete vermittels ferromagnetischem Material (89) oder Magneten erreicht wird.

13) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach An Anspruch 1-12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwecks Betätigung der diametral gepolten Magnete,z.B. an der Achse derselben ein zweiter Magnet vorgesehen ist'welcher von einer Spule umgeben ist.

14) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch 1-13'dadurch gekennzeichnet,daß die 13etätigung der diametral gepolten Magnete ,z.B.vermittels eines in Pfeilrichtung -Abb.2 - an denselben vorbeigeführtem Magnet erfolgt.

15) Permanentmagnetischer Betätigungskraftverstärker nach Anspruch l-14,dadurch gekennzeichnet'daß an Stelle der diametral gepolten Magnete je nach dem Anwendungszweck auch axial oder lateral gepolte Magnete verwendet werden können.