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Kontaktloser, induktiver Geber
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Die Gewindelöcher für die Schrauben 4 gehen durch den Unterteil 3 hindurch und dienen zur Befestigung des Gehäuses 1 an einem nicht gezeichneten Schutzgehäuse. Der Unterteil 3 ist mit einem Lampensokkel 5 versehen, in welchem eine Signallampe 6 eingesteckt ist. Diese Signallampe 6 dient beispielsweise als Quittungslampe für den von einer Steuerung empfangenen Impuls des Gebers. Der Oberteil 2 weist ein Mittelstück 7 auf mit einer Bohrung 8 für die Signallampe 6. Auf dem Mittelteil 7 ist ein feststehender, U-förmiger Polschuh 9 aus magnetisch leitendem Material, beispielsweise Weicheisen, aufgesteckt. Der Polschuh 9 verfügt über einen Schenkel 10, auf welchen ein Spulenkörper 11 aus Isoliermaterial mit einer Wicklung 12 aufgesteckt ist.
Die beiden Enden der Wicklung 12 sind mit durch den Unterteil 3 reichenden Lötfahnen 13 und 14 verbunden. An einem weiteren Schenkel 15 des Polschuhes 9 liegt mit seinem Südpol ein Permanentmagnet 16, während mit dem Nordpol ein beweglicher Polschuh 17 in Form einer magnetischen Fluss leitenden Federzunge verbunden ist. Der Polschuh 9, der Permanentmagnet 16 und der Polschuh 17 sind durch Schrauben 18 aus unmagnetisierbarem Material am Mittelstück 7 gehalten. Der Pol-
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5Polschuh 17 steht mit dem Endteil des Schenkels 10 des Polschuhes 9 an der Stelle 30 in Berührung. Die Polschuhe 9 und 17 mit dem Permanentmagneten 16 bilden einen Magnetkreis.
Der Deckel des Oberteiles 2 verfügt über zwei Schlitze, in welchen zwei rechteckige Form aufweisende Betätigungsarme 22 und 23 eines beweglichen Elementes 24 aus einem lichtdurchlässigen Isoliermaterial geführt sind. Die beiden Betätigungsarme 22 und 23 sind am unteren Ende je mit einer Rundung 25 versehen, welche mit dem zweiten Polschuh 17 in Wirkverbindung stehen. Das Element 24 verfügt über einen Druckknopf 25 mit einem Hohlraum 26, in welchen die Signallampe 6 reicht. Der Druckknopf 25 führt durch eine Bohrung 27 einer Deckplatte 28 des bereits erwähnten nicht gezeichneten Schutzgehäuses.
Die Erzeugung eines Signals durch den beschriebenen Geber geht folgendermassen vor sich : In der in Fig. l gezeichneten Ruhelage des beweglichen Elementes 24 steht, wie bereits beschrieben, der bewegliche Polschuh 17 mit dem Endteil des Schenkels 10 des Polschuhes 9 in Berührung. Es fliesst deshalb ein magnetischer Fluss vom Südpol des Permanentmagneten 16 über den Polschuh 9 und den Polschuh 17 zum Nordpol des Permanentmagneten 16 und erzeugt an der Berührungsstelle 30 der beiden Polschuhe 9 und 17 eine magnetische Anziehungskraft, welche die beiden Polschuhe kraftschlüssig miteinander verbindet.
Wird nun auf den Druckknopf 25 eine Betätigungskraft ausgeübt, z. B. durch einen Finger, so entsteht am Polschuh 17 ein Kraftverlauf gemäss dem Kraft-und Wegdiagramm nach der Fig. 3. In diesem Diagramm ist auf der Ordinate die Betätigungskraft P und auf der Abszisse der Weg S des Elementes 24 aufgetragen. Da der Polschuh 17 durch die magnetische Anziehungskraft an der Berührungsstelle 30 mit dem Schenkel 10 kraftschlüssig verbunden ist, verhält sich der Polschuh 17 annäherungsweise wie ein einseitig eingespannter Balken mit einem beweglichen Auflager, so dass der beginnende Kraftverlauf vom Punkt 0 aus nach einer Linie 40 erfolgt, d. h. der die Form einer Federzunge aufweisende Polschuh 17 wird durch die beiden Betätigungsarme 22 und 23 durchgebogen, so dass im Polschuh 17 eine Kraft gespeichert wird.
Sobald diese gespeicherte Kraft den gleichen Wert aufweist wie die magnetische Anziehungskraft an der BeruhrungssteUe 30, was im Punkt 41 der Fall ist, entsteht infolge dieser gespeicherten Kraft im Polschuh 17 ein von der Betätigungsgeschwindigkeit unabhängiger, mit grosser Geschwindigkeit anwachsender Luftspalt. Die Auslösestelle dieses Luftspaltes befindet sich immer im Punkt 41.
Die Form des Polschuhes 9 wird so gewählt, dass sein Mittelteil 31 durch einen kleinen Luftspalt a von beispielsweise einer Grösse von zirka 3 mm vom Polschuh 17 getrennt ist, d. h. die Fläche des Mittelteiles 31 ist parallel zur Fläche des Polschuhes 17 geführt. Durch die plötzliche Unterbrechung des magnetischen Flusses an der Berilhrungsste11e 30 entsteht aber ein anderer magnetischer Flussweg vom Südpol des Permanentmagneten 16 über den Polschuh 9 - Luftspalt a - Polschuh 17 zum Nordpol des Permanentagneten 16, welcher im Luftspalt eine Anziehungskraft auf den Polschuh 17 gemäss der negativen Charakteristik einer Kurve 42 ausübt.
Durch das Verschwinden der Anziehungskraft zwischen den beiden Polschuhen 9 und 17 an der Berührungsste11e 30 wirkt aber der Polschuh 17 nicht mehr als einerseits eingespannter und anderseits aufliegender Balken, sondern nur noch als einseitig eingespannter Balken, so dass seine Federkraft der Linie 43 folgt. Dem beweglichen Element 24 wirkt somit eine Federkraft nach Linie 43 und eine magnetische Kraft nach Kurve 42 entgegen. Die Summe dieser beiden Kräfte ist durch die Kurve 44 dargestellt.
Wie bereits erwähnt wurde, erreicht im Punkt 41 die Betätigungskraft ihren höchsten Wert. Durch das Auftreten des plötzlich anwachsenden Luftspaltes an der B. erlurrungsstelle 30 sinkt nun die Betätigungskraft vom Punkte 41 auf einen Punkt 45 der Kurve 44, so dass die Linie 45 die gespeicherte Kraft darstellt, welche den plötzlich anwachsenden Luftspalt verursacht. Dieses zeitlich nur von der gespeicherten Kraft ab- hängige Anwachsen des Luftspaltes hat aber in der Spule 12 ebenfalls eine sehr rasche und reproduzierbare
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Änderung des magnetischen Flusses zur Folge.
Würde beispielsweise diese gespeicherte Kraft nicht zur Ver- fügung stehen, so könnte der Luftspalt der Berührungsstelle 30 in einer bedeutend längeren von der Betäti- gungsgeschwindigkeit abhängigen Zeit anwachsen, d. h. es würde ein Impuls mit einer sich verändernden
Zeit tl gemäss der Kurve 50 des Diagrammes der Fig. 4 entstehen. In diesem Diagramm ist auf der Ordi- nate die erzeugte Spannung U und auf de ; Abszisse'ie Zeit t aufgetragen. Die Spannungsamplitude U der
Kurve 50 ist aber in diesem Falle sehr klein und müsste mit entsprechenden, teuren Verstärkern verstärkt werden. Durch das plötzliche Anwachsen des Luftspaltes an der Berührungsstelle 30 wird aber die Zeit t2 der
Spannungsfläche sehr kurz.
Dadurch wird die Spannungsamplitude eines entstehenden Impulses 51 um ein
Mehrfaches vergrössert, so dass die Grösse dieses Spannungsstosses zur Betätigung einer Steuerung mit vor- zugsweise kontaktlosen, logischen Elementen genügt.
Die Zeit t2 des Impulses 51 kann aber noch durch entsprechende Formgebungen des federnden Pol- schuhes 17 verkürzt werden. Formgebungen, wie sie bei den weitverbreiteten Schnappschaltern verwendet werden, so dass die Spannungsamplitude die grösstmöglichste Höhe erreicht. Diese Formgebungen erlauben auch mit einem erforderlichen Betätigungsweg von wenigen Zehntelmillimetern auszukommen.
Sobald die Betätigungskraft auf das bewegliche Element 24 nachlässt, wirkt die Kraft gemäss der Kur- ve 44 dem Element 24 entgegen und bringt dasselbe in seine Ruhelage zurück. Beim Erreichen eines Punktes 46 ist die magnetische Anziehungskraft im Luftspalt der Berührungsstelle 30 grösser als die Trägheitkraft der bewegenden Teile und die abklingende BetätigungsKraft, so dass der federnde Polschuh 17 teilweise durchgebogen wird und an der Berührungsstelle 30 wiederum eine kraftschlüssige Vereinigung der bef den Polschuhe stattfindet. Der Kraftverlauf vom Punkte 46 an folgt nun annäherungsweise wiederum der Linie 40 bis zum Punkte 0, in welchem das Element 24 wiederum die Ruhelage erreicht hat.
Der erzeugte Impuls in der Wicklung 12 führt nun über die Lötfahne 14 und einen Leiter 55 auf einen Verbraucher 56 und über Masse auf die Lötfahne 13. Durch diese Anordnung muss nur ein einziger Leiter 55 vom kontaktlosen Geber zum Verbraucher 56 in einer Steuerung geführt werden. Sobald der Verbraucher 56 den Impuls empfangen hat, wird eine Quittungsspannung über Leiter 57 und 58 auf die Signallampe 6 gegeben, welche dadurch zum Aufleuchten kommt.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Gebers, in welcher keine Signallampe vorhanden ist. Auf ein bewegliches Element 59 wirkt ein starres, nicht gezeichnetes Betätigungsorgan. Der Unterschied gegenüber dem kontaktlosen Geber gemäss Fig. l besteht darin, dass der bewegliche Polschuh 60 als nicht in sich nachgebendes Element ausgeführt, sondern drehbar gelagert ist. Diese Lagerung erfolgt im Punkte 61 und ist so ausgeführt, dass die Anziehungskraft des Permanentmagneten 16 eine dauernde Berührung eines Schenkels 62 des beweglichen Polschuhes 60 gewährleistet. Die potentielle Kraft zur Erzeugung eines mit grosser Geschwindigkeit anwachsenden Luftspaltes an der Berührungsstelle 63 wird durch eine Feder 65 im beweglichen Element 59 hervorgerufen.
Der Druckknopf 25 ist mit einer Boh- rung 66 versehen, in welcher ein beweglicher Knopf 67 mit einem Hohlraum 68 geführt ist. Im Hohlraum 68 befindet sich die Feder 65, Sobald auf den Knopf 67 eine Betätigungskraft ausgeübt wird, wird die Feder 65 so lange zusammengedrückt, bis die in der Feder gespeicherte Kraft wiederum die durch den Fluss an der Berührungsstelle 63 erzeugte magnetische Anziehungskraft erreicht hat. In diesem Moment wird durch die in der Feder 65 gespeicherte Kraft ein mit grosser, konstanter Geschwindigkeit anwachsender Luftspalt erzeugt, d. h. der Polschuh 60 dreht sich um den Drehpunkt 61. Das erwähnte Anwachsen des Luftspaltes erzeugt, wie bereits beschrieben, in der Wicklung 12 wiederum einen Impuls.
Die nun im Luftspalt a auftretende magnetische Kraft zieht, nach Erlöschen der Betätigungskraft auf den Knopf 67, den Polschuh 60 in seine Bertihrungslage mit dem Polschuh 9 zurück und bringt gleichzeitig das Element 59 in seine Ruhe-
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stützt, so dass eine sichere Rückführung des Polschuhes in seine Ruhelage gewährleistet ist.
Beim Geber gemäss Fig. 6 ist der Oberteil 2 mit einer Bohrung 70 versehen, in welcher ein bewegliches Element 71 mit Hilfe eines Zapfens 73 geführt ist. Gegen Verdrehung ist das bewegliche Element durch einen im Oberteil 2 befestigten Stift 72 gesichert. Der Zapfen 73 wirkt auf eine Feder 74, welche auf dem beweglichen Polschuh 60 abgestützt ist. Für die Durchführung der Feder 74 ist der feste Polschuh 9 (s. Fig. 5) mit einer Bohrung 75 versehen.
Der in Fig. 7 gezeichnete Geber ist als Endschalter vorgesehen und entspricht demjenigen der Fig. 5, ausser der Formgebung des beweglichen Elementes, welches nach Fig. 7 als starres, bewegliches Element 80 mit einem Druckknopf 81 ausgebildet ist. An einem bewegbaren Teil 82, beispielsweise einem Schlitten einer Werkzeugmaschine, ist ein Betätigungsorgan 83 verschiebbar befestigt. Das Betätigungsorgan 83 weist eine Bohrung 84 auf, in welcher ein Kolben 85 geführt ist. Der Kolben 85 wird mit Hilfe einer Schrauben-
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