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Kontaktloser Druckknopfschalter, insbesondere zur Steuerung von Aufzügen
Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Druckknopfschalter zur Erzeugung
von Steuersignalen, wie sie insbesondere bei Aufzugsanlagen gebraucht werden.
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Als kontaktlose Schaltelemente sind sogenannte Schaltdrosseln bekannt,
die im wesentlichen aus einem magnetisch sättigbaren Kern mit einer wechselstromgespeisten
Spule bestehen. Die Sättigung des Kernes erfolgt üblicherweise von außen durch Ansetzen
eines Permanentmagnets. Bei magnetisch gesättigtem Kern ist die Selbstinduktion
der Wicklung gering, so daß durch diese ein stärkerer Strom fließt als bei nicht
gesättigtem Kern, in welchem Zustand die Selbstinduktion der Wicklung groß ist.
Die Unterschiede im Stromfluß können als Steuersignale ausgenutzt werden. Wie im
einzelnen die Sättigungsänderung des Drosselkernes durchgeführt wird, richtet sich
nach der Anordnung, in welcher die Schaltdrossel verwendet wird. Bei den bekannten
Ausführungen erfolgt diese Änderung jedoch relativ langsam, so daß eine Verwendung
dieser bekannten Schaltelemente zur Erzeugung von Steuersignalen für Aufzugsanlagen
nicht möglich ist.
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Würde man nämlich die Signale dieser Schalter beispielsweise auf einen
als Weder-Noch-Element geschalteten Transistor geben, so würde sich dieser langsame
Stromanstieg aus folgenden Gründen sehr nachteilig auswirken: Schalttransistoren
verlangen einen Eingang, dessen Schaltzeit maximal 20 Millisekunden beträgt. Ist
die Schaltzeit größer, d. h. ist kein wirklich digitaler Signalwert vorhanden, so
wird die Verlustleistung des Transistors größer, wodurch größere und teurere Transistoren
verwendet werden müssen. Können aber aus Platzgründen keine größeren Transistoren
eingebaut werden, was bei logischen Schaltungen mit einer größeren Zahl von Elementen
meistens der Fall ist, so muß eine vorgeschaltete Kippstufe dem Transistor den wirklich
digitalen Signalwert liefern, was die Schaltung verkomplizieren und verteuern würde.
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Die Änderungen des Magnetflusses im Kern müssen demnach sehr rasch
erfolgen. Auf Druckknopfschalter übertragen, bedeutet diese Forderung, daß das bewegliche
Schalterteil bei Betätigung möglichst rasch in Aktion tritt. Im Prinzip hierzu geeignete
Schalter sind bekannt.
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Bei diesen bekannten Schaltern werden an Stelle der das bewegliche
Schalterteil betätigenden üblichen Federn Magnete verwendet. So besteht z. B. ein
solcher Schalter aus einem magnetischen Kontakthebel, der durch den Betätigungsdruck
wechselweise an zwei gegenüberstehenden Ankern zur Anlage gebracht werden kann.
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Bei geeigneter Konstruktion können auf diese Weise Schaltzeiten erreicht
werden, die den gestellten Anforderungen völlig genügen.
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Drückt nämlich ein Finger auf den Druckknopf des Schalters, so kann
sich das bewegliche Element infolge der magnetischen Anziehungskraft noch nicht
bewegen, so daß im Finger eine gespeicherte Kraft entsteht. Sobald aber diese Kraft
gleich groß ist wie die magnetische Anziehungskraft, entsteht ein kleiner Luftspalt,
der diese Anziehungskraft stark reduziert, während die genannte Kraft praktisch
unverändert bleibt. Die gespeicherte Kraft setzt sich nun in Bewegungsenergie um
und bringt das bewegliche Element sehr schnell in seine Wirkstellung.
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Aufgabe der Erfindung ist, beide Prinzipien zu einem Druckknopfschalter
zu kombinieren, der in seinem Aufbau einfach ist und Signale liefert, die für Steueraggregate
von Aufzugsanlagen brauchbar sind, auch wenn diese aus Halbleiterbauteilen aufgebaut
sind.
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Erfindungsgemäß wird dies durch zwei Magnetkreise erreicht, von denen
der eine Magnetkreis zur Sättigung bzw. Entsättigung eines Kernes aus ferromagnetischem
Material mit mindestens einer Wicklung verwendet wird und der andere Magnetkreis
zur mechanischen Rückstellung des beweglichen Druckknopfes dient. Zweckmäßig ist
hierbei der felderzeugende.
mit dem Druckknopf verbundene Permanentmagnet
beiden Magnetkreisen, d. h. dem zur Sättigung bzw. Entsättigung und dem zur Rückstellung,
gemeinsam.
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Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes gehen aus der
Beschreibung hervor, wobei Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen dargestellt sind.
Es zeigt F i g. 1 ein Druckknopfschalter mit einem Magnetsystem zur Beeinflussung
der Signalgebung, im Schnitt nach Linie 1-I in F i g. 2, wobei ein zusätzliches
Magnetsystem den beweglichen Druckknopf in der Ruhelage hält, F i g. 2 einen Querschnitt
nach Linie II-II in Fig.l. F i g. 3 ein Druckknopfschalter mit einem Magnetsystem
im feststehenden Teil, im Schnitt analog F i g. 1, F i g. 4 ein Druckknopfschalter
mit einem Magnetsystem aufgeteilt zwischen beweglichem und festem Druckknopfteil,
im Schnitt analog F i g. 1, F i g. 5 einen Querschnitt durch das bewegliche Druckknopfteil
nach der Linie V-V in F i g. 4 gesehen, F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI
in F i g. 5, F i g. 7 im Schnitt analog F i g. 1 ein Druckknopfschalter mit einem
zusätzlichen Magnetsystem, F i g. 8 im Schnitt analog F i g. 1 ein Druckknopfschalter
mit einem zusätzlichen Magnetsystem, F i g. 9 das Schema eines sättigbaren Kernes
mit einer Wicklung und F i g. 10 das Schema eines sättigbaren Kernes mit zwei Wicklungen.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird ein kompletter Druckknopfschalter
für F i g. 1 und 2 beschrieben, wobei die Bezugszeichen der gleichen Teile in allen
Figuren dieselben sind.
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In einem Schutzgehäuse 1 ist ein feststehendes Schalterteil 2 mittels
nicht gezeichneter Schrauben befestigt. Das feste Teil 2 besteht aus einem Gehäuse
3 aus Isoliermaterial. Das Schutzgehäuse 1 wird von einer Deckplatte 4 aus magnetisch
leitendem Material abgedeckt. Die Deckplatte 4 kann aber auch nur auf der der Innenseite
des Schutzgehäuses 1 zugekehrten Seite mit einer magnetisch leitenden Schicht versehen
sein, während die Außenseite aus einem eloxierbaren Leichtmetall bestehen kann.
Die Deckplatte 4 ist mit einer vierkantigen Bohrung 5 versehen, in welcher ein bewegbares
Druckknopfteil 6 des Druckknopfschalters geführt ist. Dieses Druckknopfteil 6 hat
in der Grundfläche die gleiche Größe wie das Gehäuse 3, ist aus lichtdurchlässigem,
nichtleitendem Material hergestellt und besitzt einen zylindrischen Hohlraum 7.
Die gezeichnete Lage des beweglichen Druckknopfteiles 6 wird als Ruhelage bezeichnet,
in der Betätigungslage sitzt das bewegbare Druckknopfteil 6 auf dem Gehäuse 3 auf.
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Das Gehäuse 3 ist mit einem viereckigen Hohlraum 8 und einem viereckigen
Lampensockel 9 versehen. Der Hohlraum 8 weist eine Aussparung 10 auf. Im Gehäuse
3 ist ein Magnetsystem mit Indikator eingebaut, bestehend aus einem Magnet 11, vorzugsweise
einem Permanentmagneten auf Barium-Ferrit-Basis, mit einer vierkantigen Bohrung
12, einem Träger, bestehend aus Polschuhen 13 und 14 aus magnetisch leitendem Material,
und einem Halter 15 in Ringform aus Isoliermaterial, welcher in die Ausnehmungen
der Polschuhe 13 und 14 eingelegt ist. Der Magnet 11 besitzt die eingezeichneten
Polaritäten. In dem Halter 15 ist ein Kern 16 aus magnetisch sättigbarem Material,
vorteilhaft aus geschichteten Blechen, so eingebaut, daß zwischen dem Kern 16 und
den Polschuhen 13 und 14 kleine Luftspalte 17 und 18 vorhanden sind. Auf einem Schenkel
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des Halters 15 ist ein in den Hohlraum 10 reichender, zweiteiliger Spulenkörper
20 angebracht, welcher zwei Wicklungen 21 und 22 trägt. Die Wicklungen sind an Lötösen
23, 24 und 25, 26 angeschlossen.
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In den Lampensockel 9 ist eine Glühlampe 27 gesteckt, dessen Anschlüsse
mit Lötösen 28 und 29 verbunden sind.
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Die Grundfläche des bewegbaren Druckknopfteiles 6 ist mit einer Platte
30 aus magnetisch leitendem Material versehen. In seiner Betätigungslage entsteht
zwischen der Platte 30 und den Polschuhen 13 und 14 ein Luftspalt 31. Der Luftspalt
31, welcher ein Kleben der Platte 30 auf den Polschuhen 13, 14 verhindert, ist kleiner
als die Luftspalte 17 und 18. Am bewegbaren Druckknopfteil 6 ist ein zusätzliches
Magnetsystem angebracht, welches keinen Einfluß auf das erste Magnetsystem ausübt,
sondern nur das Druckknopfteil in seiner Ruhelage hält oder nach Betätigung in diese
zurückbringt.
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Dieses zusätzliche Magnetsystem besteht aus Magneten 32 und 33, vorzugsweise
Permanentmagneten auf Barium-Ferrit-Basis, der Platte 30 und der Deckplatte 4. Die
Magnete 32 und 33 weisen die eingezeichneten Polaritäten auf.
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In der dargestellten Ruhelage des Druckknopfteiles 6 fließt im festen
Schalterteil 2 ein magnetischer Fluß vom Südpol des Magnets 11 zu dessen Nordpol,
über Polschuh 13 - Luftspalt 17 - Kern 16 - Luftspalt 18 und Polschuh 14. Demzufolge
befindet sich Kern 16 in gesättigtem Zustand. Sobald das Druckknopfteil 6 betätigt
wird, verbindet die Platte 30 die beiden Polschuhe 13 und 14 über den Luftspalt
31. Da der Luftspalt 31 kleiner ist als die Luftspalte 17 und 18, fließt der magnetische
Fluß nicht mehr über den Kern 16, sondern wird über die Platte 30 abgelenkt. Dies
hat zur Folge, daß sich der Kern 16 in ungesättigtem Zustand befindet.
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Eine an die Wicklungen 21 angelegte Wechselspannung erzeugt im Kern
16 einen magnetischen Fluß. Ein diesem Fluß überlagerter weiterer magnetischer Fluß
stammt vom Magnet 11 und verursacht eine Sättigung des Kernes 16. Dadurch verringert
sich die Selbstinduktion der Wicklung 21, so daß durch dieselbe ein erhöhter Strom
fließt. Diese Änderung des Stromes durch die auftretende Zustandsänderung im Kern
16 wird zur Signalgebung an die Steuerung verwendet, wobei die Schaltung später
beschrieben wird.
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Das Magnetsystem im Druckknopfteil 6 verursacht in der Ruhelage einen
magnetischen Fluß vom Südpol des Magnets 32 über dessen Nordpoldie Platte 30 - den
Magnet 33 und die Deckplatte 4. Dieser Fluß bewirkt, daß das Druckknopfteil 6 an
der Deckplatte 4 hängenbleibt. Bei Betätigung des Druckknopfteiles 6 entsteht in
den Luftspalten zwischen Deckplatte 4 und den Magneten 32 und 31 eine Anziehungskraft,
welche nach Unterbrechung der Betätigung das Druckknopfteil6 in seine Ruhelage zurückbringt,
ohne daß eine mechanische Kraft auf dasselbe wirkt. Die Polaritäten der Magnete
32 und 33 im Druckknopfteil6 sind so gewählt, daß die Flußrichtung
in
der Platte 30 bei betätigtem Druckknopfteil 6 die gleiche ist wie diejenige im Magnetsystem
des festen Schaltteiles 2.
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Die in den Lampensockel 9 eingesteckte Lampe 27 leuchtet auf, sobald
das vom Druckknopfschalter herrührende Signal von der Steuerung verwertet worden
ist.
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Eine konstruktive Abwandlung dieses erfindungsgemäßen Druckknopfschalters
zeigt F i g. 3. In diesem Schalter sind in einem viereckigen Lampensockel 41 versehenen
Gehäuse 40, welches mit seiner offenen Seite auf das Schutzgehäuse 1 zu liegen kommt,
Polschuhe 48 und 49, der Halter 15 mit Kern 16 und der Spulenkörper 20 mit den Wicklungen
21 und 22 eingebaut. In der Ruhelage des Druckknopfteiles berührt ein Magnet 42,
vorzugsweise ein Permanentmagnet, die Polschuhe 48 und 49, wodurch ein magnetischer
Fluß vom Südpol des Magnets 42 über dessen Nordpol-Polschuh 48 - Kern 16 und Polschuh
49 entsteht, was die Sättigung des Kernes 16 zur Folge hat.
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Das Gehäuse 40 weist rechteckige Schlitze 43 und 44 auf, deren Länge
etwas kleiner ist als die schmälere Innenseite des Halters 15. In den beiden Schlitzen
ist ein zentrales Teil des Druckknopfteiles 47, bestehend aus den Verlängerungen
45 und 46, geführt, welche in der ersten Endlage den Magnet 42 berühren. Weiter
ist das Druckknopftei147 in der vierkantigen Bohrung 5 der Deckplatte 4 geführt.
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Bei Betätigung des Druckknopfteiles 47 drücken die beiden Verlängerungen
45 und 46 den Magnet 42 vom Kernträger, bestehend aus den Polschuhen 48 und 49,
weg. Die auftretenden Luftspalten verringern den magnetischen Fluß im Magnetsystem,
was zur Entsättigung des Kernes 16 führt. Bei Unterbrechung der Betätigung kehrt
der den Kern 16 beeinflussende Magnet 42 infolge der Anziehungskräfte in den Luftspalten
und mit ihm das Druckknopfteil 47 in die Ruhelage zurück.
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In den F i g. 1 und 3 wurde der Kern 16 nur von einem im festen Schalterteil
untergebrachten Magnetsystem beeinflußt. Nach F i g. 4 wird das Magnetsystem so
aufgeteilt, daß sich der Indikator im festen Schalterteil 2 und das den magnetischen
Fluß erzeugende Teil im beweglichen Druckknopfteil 50 befindet.
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Das in den F i g. 5 und 6 gesondert dargestellte bewegliche Druckknopfteil
50 hat in der Grundfläche die gleiche Größe wie das Gehäuse 3 und besteht aus lichtdurchlässigem,
magnetisch nichtleitendem Material. Es ist in der vierkantigen Bohrung 5 der Deckplatte
4 geführt und weist einen zylindrischen Hohlraum 7 für die Glühlampe 27 auf. In
ihm ist ein Magnetpaar angeordnet, bestehend aus Magneten 51 und 52, welche durch
winkelförmige Polschuhe 53 und 54 miteinander verbunden sind. Diese Magnete weisen
die eingezeichneten Polaritäten auf, so daß der Polschuh 53 zwei Nordpole und der
Polschuh 54 zwei Südpole verbindet.
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In der Ruhelage des Druckknopfteiles 50 wird der Fluß der Magnete
51 und 52 über die diesen Magneten anliegenden Schenkel der Polschuhe 53 und 54
und die Deckplatte 4 kurzgeschlossen, d. h., die Anziehungskräfte zwischen den Schenkeln
der Polschuhe 53 und 54 und der Deckplatte 4 halten das Druckknopfteil 50 in der
Ruhelage. Dadurch entsteht an den dem ersten Magnetsystem zugekehrten Polschuhen
53 und 54 keine Polarität. Demzufolge kann auch kein Einfluß auf das Magnetsystem
im festen Schalterteil 2 ausgeübt werden, wodurch sich der Kern 16 in ungesättigtem
Zustand befindet.
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Bei Betätigung des Druckknopfes 50 wird der Kurzschluß aufgehoben,
denn es entstehen nach ganz kurzem Hub zwischen der Deckplatte 4 und den Schenkeln
der Polschuhe 53 und 54 Luftspalte, wodurch ein Widerstand in dessen magnetischem
Fluß entsteht. Dadurch wird der Polschuh 53 zum Nordpol und der Polschuh 54 zum
Südpol. Sobald das Druckknopfteil 50 auf dem Gehäuse 3 aufsitzt, entsteht im Magnetsystem
folgender F'luß: Polschuh 53 - Luftspalt 56 - Polschuh 13 - Kern 16 - Polschuh 14
-Luftspalt 55 - Polschuh 54. Der beschriebene Fluß verursacht eine Sättigung des
Kernes 16.
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In den Luftspalten zwischen Deckplatte 4 und den Schenkeln der Polschuhe
53 und 54 ist auch bei betätigtem Druckknopf 50 ein bestimmter Restfluß vorhanden.
Die hierdurch in diesen Luftspalten auftretende Anziehungskraft bewirkt, daß bei
Unterbruch der Betätigungskraft auf dem Druckknopf 50
dieser in seine Ruhelage
zurückkehrt.
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In den Beispielen nach den F i g. 1 bis 6 wurde der Kern 16 nur von
einem Magnetsystem beeinflußt. In den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 7 und
8 wird die Zustandsänderung im Kern 16 durch Beeinflussung eines zweiten Magnetsystems
erreicht. Gemäß F i g. 7 sind im Gehäuse 3 Magnete 60 und
61,
die Polschuhe 13 und 14, der Halter 15 mit Kern 16 angeordnet. Das bewegliche
Druckknopfteil 50 entspricht demjenigen gemäß F i g. 5 und 6. Die Magnete 60 und
61 weisen die eingezeichneten Polaritäten auf.
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In der ersten Endlage des Druckknopfteiles 50 wird der Fluß der Magnete
52 und 51 über die diesen Magneten anliegenden Schenkel der Polschuhe 53
und 54 und der Deckplatte 4 kurzgeschlossen, so daß das Druckknopftei150 infolge
der Anziehungskräfte in seiner Ruhelage verharrt. Die den Magneten 60
und
61 zugekehrten Schenkel der Polschuhe 53 und 54 weisen keine Polarität auf. Somit
fließt im Magnetsystem ein magnetischer Fluß vom Südpol des Magnets 61 über
dessen Nordpol - Polschuh 14 -Kern 16 - Polschuh 13 - Südpol des Magneten
60 -dessen Nordpol - Luftspalte 62 - Polschuh 53 -Deckplatte 4 - Polschuh 54 - Luftspalt
63 und sättigt den Kern 16.
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Bei Betätigung des Druckknopfes 50 wird der Kurzschluß aufgehoben,
denn es entstehen nach ganz kurzem Hub zwischen der Deckplatte 4 und den Schenkeln
der Polschuhe 53 und 54 Luftspalte, wodurch ein Widerstand in dessen magnetischem
Fluß entsteht. Dadurch wird der dem Magneten 60 zugekehrte Schenkel 53 zum
Nordpol und der dem Magneten 61 zugekehrte Schenkel 54 zum Südpol. Da aber die den
beiden Polschuhen 53 und 54 gegenüberliegenden Magnete 60 und 61 die gleichen Polaritäten
aufweisen, wird der Fluß im Magnetsystem unterbrochen und der Kern 16 entsättigt.
Die gleichen Polaritäten zwischen Polschuh 53 und Magnet 60
bzw. Polschuh
54 und Magnet 61 bewirken aber auch eine gegenseitige Abstoßung der beiden Magnetsysteme,
so daß die Abstoßungskraft die Anziehungskraft zwischen Deckplatte 4 und den Schenkeln
der Polschuhe 53 und 54 unterstützt.
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Fig. 8 zeigt einen anderen Druckknopfschalter mit zwei Magnetsystemen.
In einem Gehäuse 71 ist das erste Magnetsystem mit dem Magnet 11, den Polschuhen
13 und 14, dem Halter 15 mit dem Kern 16
eingebaut und von einem
Deckel 70 aus Isoliermaterial zugedeckt. Im ersten Magnetsystem entsteht ein Fluß
vom Südpol des Magnets 11 über dessen Nordpol - Polschuh 14 - Kern 16 - Polschuh
1.3 und sättigt den Kern 16.
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In der Ruhelage des Druckknopfteiles 50 ist der Fluß der Magnete 51
und 52 über die diesen Magneten anliegenden Schenkel der Polschuhe 53 und 54 und
der Deckplatte 4 kurzgeschlossen, so daß das Druckknopfteil 50 infolge der Anziehungskräfte
in seiner Ruhelage verharrt. Die den Polschuhen 13 und 14 zugekehrten Schenkel der
Polschuhe 53 und 54 weisen keine Polarität auf. Bei Betätigung des Druckknopfes
50 wird der Kurzschluß aufgehoben, denn es entsteht nach ganz kurzem Hub zwischen
der Deckplatte 4 und den Schenkeln der Polschuhe 53 und 54 ein Luftspalt, wodurch
ein Widerstand in dessen magnetischem Fluß entsteht. Dadurch wird der dem Polschuh
13 zugekehrte Schenkel des Polschuhes 53 zu einem Nordpol, der dem Polschuh 14 zugekehrte
Schenkel des Polschuhes 54 zu einem Südpol. In der zweiten Endlage fließt demzufolge
ein Fluß vom Nordpol des Polschuhes 53 über den Polschuh 13, den Kern 16, Polschuh
14 zum Südpol des Polschuhes 54. Die im zweiten Magnetsystem dadurch entstehende
Flußrichtung wirkt derjenigen des ersten Magnetsystems entgegen und entsättigt den
Kern 16.
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F i g. 9 zeigt ein Prinzipschema des Druckknopfschalters, wobei die
beiden Wicklungen durch Verbinden der Lötösen 24 und 25 in Serie geschaltet sind.
An die Klemmen 80 und 81 ist eine Wechselspannung angelegt. Die Klemme 80 ist über
einen Widerstand 84 als Arbeitswiderstand und die auf dem Kern 16 befindlichen Wicklungen
21, 22 mit der Klemme 81 verbunden. Wird der Kern 16 gesättigt, so entsteht an den
Klemmen 82 und 83 ein Signal, während an den Klemmen 23 und 26 kein Signal vorhanden
ist. Ist der Kern 16 entsättigt, so entsteht an den Klemmen 82 und 83 kein Signal,
jedoch ein solches an den Klemmen 23 und 26.
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Nach F i g. 10 sind die beiden Wicklungen 21 und 22 getrennt
auf dem Kern 16 angebracht. Der Widerstand 84 dient als Begrenzerwiderstand.
Bei entsättigtem Kern 16 kann das Signal an den Klemmen 25 und 26 abgenommen werden,
während bei gesättigtem Kern an diesen kein Signal auftritt.
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Es ist ersichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Druckknopfschalter
die verschiedensten Signalkombinationen gewählt werden können, wobei durch Anbringen
von weiteren "Wicklungen am Kern 16 die Kombinationsmöglichkeiten noch erhöht werden.
In den beschriebenen Figuren wurde der Druckknopfschalter als handbetätigter Druckknopfschalter
mit Signalrückmeldung gezeigt. Die Betätigung des beweglichen Teiles kann aber auch
auf mechanische oder andere Weise erfolgen, wobei der Druckknopf durch entsprechende
geometrische Formgebung den jeweiligen Verhältnissen angepaßt ist.