DE2825263A1 - Magnetischer naeherungsschalter - Google Patents

Description

Magnetischer Näherungsschalter

Ein bekannter magnetischer Näherungsschalter enthält einen magnetischen Teil, der von einer ersten in eine zweite Lage verschoben wird, wenn ein diesen magnetischen Teil enthaltendes Magnetfeld durch Annäherung oder Entfernung eines magnetisierbaren Betätigungselementes gestört wird. Bei derartigen bekannten Ausführungen zeigt sich häufig die Schwierigkeit, daß eine von dem magnetischen Teil unter Störung des Magnetfeldes hervorgerufene Kraftänderung nicht genügend groß ist, um eine zuverlässige Betätigung des Näherungsschalters und der angeschlossenen Einrichtungen zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders zuverlässig und in allen räumlichen Lagen einwandfrei arbeitenden Näherungsschalter zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße bewegliche Magnetanordnung enthält somit zwei Permanentmagnete, die auf unter schiedlichen Seiten eines fest angeordneten, magne

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tisierbaren Teiles so vorgesehen sind, daß die Magnetanordnung bei Fehlen eines äußeren magnetisierbaren Betätigungselementes in einer ersten Richtung bewegt und bei Vorhandensein eines äußeren Betätigungselementes in einer zweiten Richtung bewegt wird. Diese Anordnung gewährleistet eine starke Kraftänderung bezogen auf die Bewegungsstrecke der Magnete relativ zum magnetisierbaren Teil sowie relativ zu einem neutralen Punkt, an dem der magnetische Zug des einen Magneten gleich dem des anderen ist. Eine verhältnismäßig kleine Verzerrung des Magnetfeldes um einen der Magneten, die sich durch Annäherung bzw. Entfernung eines äußeren, magnetisierbaren Betätigungselementes einstellt, stört das Kraft-. 15 gleichgewicht der Magnetanordnung derart, daß sich die Magnetanordnung dann relativ zu dem feststehenden Teil bewegt.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen

Fig.1 eine Schemadarstellung zweier Magnete und eines mit ihnen zusammenwirkenden magneti

sierbaren Teiles,

Fig.2 eine Schemadarstellung entsprechend Fig.2, die die Verzerrung des Magnetfeldes durch ein äußeres Betätigungselement veranschau

licht,

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Fig.3 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.4 eine Schemadarstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispieles; 5

Fig.5 eine Schemadarstellung einer weiteren Variante der Erfindung.

Wie aus Fig.1 hervorgeht, werden ein Primärmagnet und ein Sekundärmagnet 2 durch einen nicht-magnetischen Kupplungsteil 3 in Abstand voneinander gehalten. Ein magnetisierbarer Teil 4 aus Weicheisen oder aus permanentmagnetischem Material ist zwischen den beiden Magneten 1 und 2 angeordnet und ist von diesen durch Luftspalte 5 und 6 getrennt. Primärmagnet 1 und Sekundärmagnet 2 sind jeweils mit denselben Polen (beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Südpolen) dem Teil 4 zugewandt. Die Magnetflußlinien des Primärmagneten 1 laufen vom Nordpol über die Luft zur Seite des Teiles 4 und vom Teil 4 durch den Luftspalt 5 zum Südpol des Magneten 1 zurück. Einige Magnetflußlinien verlaufen auf kürzerem Wege direkt vom Nordpol zum Südpol des Primärmagneten 1. Je länger der Luftspalt 5 ist, umso mehr Kraftflußlinien folgen diesem kürzeren Weg, was zu einer entsprechenden Schwächung der Feldstärke im Luftspalt 5 führt.

In entsprechender Weise verlaufen Magnetflußlinien vom Nordpol des Sekundärmagneten 2 durch die Luft zum benachbarten Ende des Teiles 4 und von hier aus durch den Luftspalt 6 zurück zum Südpol des Magneten. Auch hierbei folgen einige Magnetfluß-

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linien einem kürzeren Weg direkt durch die Luft und umgehen damit den Luftspalt 6. Die zwischen den Magneten und dem Teil 4 ausgeübte Zugkraft erzeugt einen Druck im Kupplungsteil 3. Die resultierende Kraft, welche die Magnetanordnung zu bewegen sucht, hängt von den relativen Längen der Luftspalte und der Stärke der Magnete ab. Werden die Magnete von einem Ende ihrer Bewegungsbahn zum anderen bewegt, so ändert sich die Kraft von einem in einer ersten Richtung wirkenden großen Wert über Null zu einem in der anderen Richtung wirksamen großen Kraftwert.

Nähert sich ein äußeres magnetisierbares Betätigungselement 7 (Fig.2) dem Ende des Primärmagneten 1, so wird das Magnetfeld gestört, wobei ein Teil der magnetischen Kraftlinien durch einen Luftspalt 7 zwischen dem Primärmagneten 1 und dem Betätigungselement 7 verläuft. Dies erzeugt eine dritte Kraftkomponente, welche die im Luftspalt 2 des Sekundärmagneten 2 erzeugte Kraft unterstützt und der im Luftspalt 5 erzeugten Kraft entgegenwirkt. Dadurch wird die Magnetanordnung nach links verschoben, wie in Fig.2 dargestellt.

Bei einer praktischen Ausführung wird das Ausmaß der Bewegung der Magnete auf einen geringen Entfernungswert begrenzt, der so gewählt ist, daß bei fehlendem Betätigungselement 7 die Magnetanordnung nach rechts verschoben wird (vgl. Fig.1), während bei vorhandenem Betätigungselement 7 die Magnete nach links geführt werden (Fig.2).

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Fig.3 veranschaulicht einen erfindungsgemäß ausgestalteten, magnetisch betätigten Näherungsschalter. Ein Primärmagnet 10 ist in geeigneter Weise mit dem ersten Ende 11 eines Kupplungsteiles verbunden, der als Verbindungsstange 12 ausgebildet ist. Mit dem zweiten Ende 14 dieser Verbindungsstange 12 ist ein Sekundärmagnet 13 verbunden. Die Verbindungsstange 12 ist gleitbeweglich in Kunststofflagern 15, 16 niedriger Reibung gelagert; diese Lager sitzen in Enden 17, 18 einer Hülse 19. Die Hülse 19 ist in geeigneter Weise in einem mit Außengewinde versehenen Rohr 20 befestigt, das als Gehäuse dient. Die Hülse 19 mit den Stirn- bzw. endseitigen Ringen kann entweder aus Weicheisen oder aus permanentmagnetischem Material bestehen und aus einem oder mehreren Teilen hergestellt sein. Das mit Außengewinde versehene Rohr 20 besteht vorzugsweise aus nicht magnetischem Material, kann jedoch auch aus magnetischem Material hergestellt werden, sofern ausreichende radiale Luftspalte zwischen den Magneten 10, 13 und dem Rohr 20 vorgesehen werden. Jedenfalls müssen die Endverschlüsse nicht magnetisch gestaltet sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der Magnete 10 und 13 dazu benutzt, bestimmte Nutzeinrichtungen, wie beispielsweise einen Zähler, einen elektrischen Schalter oder einen pneumatischen Schalter, zu betätigen. Wenngleich der Schalter in dem Gehäuse in den verschiedensten Stellungen angeordnet sein kann, so ist er bei der Ausführung gemäß Fig.3 am rechten

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Ende vorgesehen. Ein Betätigungselement 21, das vom Magneten 13 ausgeht, dient als Antrieb für einen beweglichen Kontakt 22, der sich zwischen einem normalerweise geöffneten Kontakt 23 und einem normalerweise geschlossenen Kontakt 24 befindet. Der Kontakt 23 ist über eine Leitung mit einem Anschlußstift 26 verbunden. Der normalerweise geschlossene Kontakt 24 steht über eine Leitung 27 mit einem Anschlußstift 28 in Verbindung. Der bewegliche Kontakt 22, der den Umschaltkontakt eines einpoligen Umschalters darstellt, ist über eine Leitung 29 mit einem Anschlußstift 30 verbunden. Zum Schutz der Lager 15 und 16 und der Kontakte ist das Rohr 20 an beiden Enden dicht abgeschlossen, wobei die Anschlußstifte durch Glasdichtungen nach außen geführt sind. Vorzugsweise ist das Rohr 20 evakuiert und mit einem Edelgas gefüllt.

Die bei dieser Ausführung benutzten Magnete sollten eine hohe Koerzitivkraft und ein geringes Gewicht besitzen. Geeignet sind beispielsweise die kürzlich entwickelten Magnete unter Verwendung seltener Erden, d.h. Magnete aus Zusammensetzungen von Kobalt mit seltenen Erden, wie Yttrium, Cerium, Lanthanum, Praseodymium, Camarium. Derartige Magnete (wie sie beispielsweise von Hitachi Magnets Corp. , Edmore, Michigan geliefert werden) können als Magnete 10 und 13 benutzt werden und liefern eine hohe magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen den Magneten und benachbarten Elementen aus magnetisierbarer!! Material bzw. benachbarten Magneten.

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Bei der Ausführung gemäß Fig.3 sind die Abmessungen und Stärke der Magnete 10, 13 und ihre Abstände von den Enden 17,18 der Hülse 19 so gewählt, daß die resultierende, magnetisch erzeugte Kraft die Magnetanordnung nach rechts bewegt (wie Fig.3 zeigt), und zwar bei jeder Stellung des Kontaktes 22 zwischen den Kontakten 23, 24, mit einer Kraft, die größer als das Gewicht der Magnetanordnung ist. Dadurch wird ein ausreichender Kontaktdruck zwischen den Kontakten 22, 24 bei allen räumlichen Anordnungen des Schalters und fehlendem magnetischem Betätigungselement gewährleistet.

Wird ein Betätigungselement 7, beispielsweise ein Eisen-oder Stahlteil oder ein geeignet orientierter Magnet, dem an das linke Ende der Anordnung angrenzenden Bereich genähert, so überwindet die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Magneten 1O und dem Betätigungselement 7 die Vorspannkraft, welche die Magnete nach rechts bewegt; die Magnetanordnung bewegt sich daher nach links und schließt die Kontakte 22, 23. Da sich die magnetische Kraft als Funktion der Länge des Luftspaltes ändert, tritt eine Hebelwirkung auf, die bei Bewegung der Magnete die auf eine Bewegung gerichtete Kraft vergrößert.

Dies gewährleistet ein rasches Ansprechen und einen guten Kontaktdruck zwischen den Kontakten 22, 23.

Wenngleich die in Fig.3 veranschaulichte zylindrische Ausführung im allgemeinen bevorzugt wird, so können auch andere Ausführungen vorgesehen werden.

Eine andere Variante ist in Fig.4 dargestellt. Hierbei sind ein erster Magnet 31 und ein zweiter Mag-

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net 32 an den Enden der Arme eines V-förmigen Teiles 33 befestigt, der schwenkbar auf einem Lagerzapfen gelagert ist, der von einer Halterung 34 innerhalb eines Gehäuses 35 getragen wird. Ein magnetisierbares Element 36 ist an der Spitze der Halterung 34 vorgesehen und befindet sich zwischen gleichen Polen der Magnete 31, 32. Ein normalerweise geöffneter Kontakt 37 und ein normalerweise geschlossener Kontakt 38 dienen als Anschläge zur Begrenzung der Bewegung der Magnete relativ zum Gehäuse. Die Magnete und die Luftspalte sind so bemessen, daß bei Fehlen eines Betätigungselementes 39 der normalerweise geschlossene Kontakt 38 geschlossen ist. Bei Annäherung des Betätigungselementes 39 wird das Magnetfeld der Magnete ver- zerrt und hierdurch eine Kraft erzeugt, welche die Magnete in einer Richtung bewegt, durch die der Kontakt 38 geöffnet und der Kontakt 37 geschlossen wird.

wie Fig.5 zeigt, kann das Gehäuse 35 gewünschtenfalls vergrößert werden und statt des V-förmigen Teiles 33 ein Y-förmiger Teil 40 vorgesehen werden, der in seinem Schwerpunkt schwenkbar gelagert ist. Ein so ausgestalteter Näherungsschalter ist gegenüber Beschleunigungskräften sowie bezüglich seiner räumlichen Anordnung unempfindlich und kann daher vorteilhaft an bewegten Einrichtungen benutzt werden.

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L e e r s e i I e

Claims (6)

1. -4. Patentansprüche:

   Magnetischer Näherungsschalter, dadurch gekennzeichnet , daß in einem Gehäuse ein erster Permanentmagnet sowie ein zweiter Permanentmagnet vorgesehen sind, ferner ein die beiden Magnete in Abstand voneinander haltender, nicht magnetischer Kupplungsteil, ferner Elemente zur Führung der Magnete sowie Kupplungsteile, die im wesentlichen längs der Mittellinie der Magnete beweglich sind, weiterhin ein zwischen den Magneten angeordneter, magnetisierbarer Teil, der so bemessen ist, daß ein erster Luftspalt zwischen diesem mangetisierbaren Teil und dem ersten Magnet und ein zweiter Luftspalt zwischen diesem Teil und dem zweiten Magnet verbleibt, weiterhin eine Nutzeinrichtung, die auf die Position der Magnete relativ zum Gehäuse anspricht, wobei die Luftspalte und Magnete so angeordnet sind, daß die Magnete bei Vorhandensein eines magnetisierbaren Betätigungselementes nahe dem ersten Magnet von der einen Seite einer Gleichgewichtslage zur anderen Seite verschoben werden.
2. 2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselement Gleitlager enthalten, die in dem magnetisierbaren Teil angeordnet sind und die Kupplungsteile gleitbeweglich aufnehmen.

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3. 3. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente einen schwenkbeweglich im Gehäuse gelagerten Arm enthalten, mit den Kupplungsteilen verbunden sind und sich seitlich von diesen aus erstrecken.
4. 4. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzeinrichtung wenigstens einen elektrischen Schalter enthält, der mit einem äußeren Stromkreis verbindbar ist und die Bewegung der Magnete in einer ersten Richtung begrenzt.
5. 5. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein auf der Außenseite mit Gewinde versehenes Rohr aufweist, in dem der magnetisierbare Teil angeordnet ist.
6. 6. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus magnetisierbarem Material besteht, wobei die Innenwand des Gehäuses von den Magneten einen Abstand aufweist, und daß nahe dem ersten Magnet ein mit nicht magnetischem Material geschlossenes Fenster vorgesehen ist.

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