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Magnetisch betätigte Schaltvorrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung zur Durchführung elektrischer oder
mechanischer Schaltvorgänge, bei der zur Steuerung eines beweglichen Schaltorgans
die auf das Schaltorgan ausgeübte Magnetkraft durch Veränderung des Kraftlinienschlusses
wenigstens eines Dauermagneten geändert wird.
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Bei bekannten Schaltvorrichtungen dieser Art steht das bewegliche
Schaltorgan einerseits unter der Wirkung einer Magnetkraft, deren Größe je nach
der Stellung eines Weicheisenkörpers geändert wird, und andererseits unter der Wirkung
einer mechanischen Rückführfeder. Der wesentliche Nachteil derartiger Ausführungen
liegt in der erheblichen Störanfälligkeit, die durch die Gefahr einer Ermüdung oder
eines Bruches der Rückführfeder bedingt ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieses
Nachteiles eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art
zu entwickeln, die sich durch eine besonders große Betriebssicherheit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der beiden
folgenden Merkmale gelöst: a) Das bewegliche Schaltorgan steht in an sich bekannter
Weise unter dem Einfluß von zwei entgegengesetzt gerichteten magnetischen Kräften;
b) die Richtung der geometrischen Summe dieser magnetischen Kräfte ist durch Veränderung
des Abstandes zwischen dem beweglichen Schaltorgan und einem magnetischen oder magnetisch
leitenden beweglichen Steuerorgan umkehrbar.
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Bei Kontaktfedersätzen für Momentschaltvorgänge ist es an sich bereits
bekannt, das bewegliche Schaltorgan zwei entgegengesetzt gerichteten Kräften auszusetzen.
Die Steuerung des beweglichen Schaltorgans erfolgt hierbei jedoch rein mechanisch,
während die zusätzlich auf das bewegliche Schaltorgan wirkenden Magnetkräfte nur
dazu dienen, das Schaltorgan bei Beginn des mechanischen Umschaltvorganges zunächst
noch in der einen Schaltstellung festzuhalten und es dann schlagartig in die andere
Schaltstellung zu führen.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung erfolgt dagegen die Steuerung
des beweglichen Schaltorgans in beiden Richtungen ausschließlich durch magnetische
Kräfte, so daß mechanische Rückführfedern vollständig entfallen können.
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Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung einiger in der
Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt F i g. 1 eine
Schaltvorrichtung, deren bewegliches Schaltorgan mit einem elektrischen Umschaltkontakt
verbunden ist, F i g. 2 eine Schaltvorrichtung, die auf ein mechanisches Sperrglied
einwirkt, F i g. 3 eine Schaltvorrichtung zur magnetischen Betätigung des Kontaktsatzes
eines Gabelumschalters in einem Fernsprechapparat, F i g. 4 einen Teilschnitt durch
die eigentliche Schaltvorrichtung längs der Linie IV-IV der F i g. 3, F i g. 5 einen
Schnitt längs der Linie V-V der Fig.3, F i g. 6 eine Schaltvorrichtung zur Betätigung
eines Zählwerkes.
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Die magnetisch betätigte Schaltvorrichtung gemäß F i g. 1 enthält
einen Kontaktarm 1, der um das in der nur schematisch angedeuteten Halterung 2 liegende
Gelenk 3 schwenkbar ist und mit zwei festen Gegenkontakten 4 und 5 zusammenarbeitet.
An dem Kontaktarm 1 sitzt ein Dauermagnet 6, dessen Pole N und
S an einander entgegengesetzten Seiten des Dauermagneten 6 liegen.
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Auf der beispielsweise den Südpol bildenden Seite des Dauermagneten
liegt diesem ein in der Halterung 2 festgelegter, plattenförmiger Weicheisenkörper
7 gegenüber, während vor dem Nordpol des Dauermagneten ein weiterer magnetisch leitender
Weicheisenkörper 8 derart frei beweglich ist, daß er entweder in die in der Zeichnung
mit vollen Linien dargestellte Lage gebracht werden oder aus dieser Lage in eine
weiter entfernt liegende, mit gestrichelten Linien dargestellte Stellung 8' gebracht
werden kann.
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Die Schwenkbewegung des Kontaktarmes 1 um das Gelenk 3 ist derart
durch Anschläge 9, 10 und 11 der Halterung 2 begrenzt, daß in den beiden
Endlagen stets ein gewisser Abstand 12 bzw. 13 zwischen den Polen des Dauermagneten
und den
beiden Weicheisenkörpern 7 und 8 aufrechterhalten bleibt.
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Bei der in der F i g. 1 mit vollen Linien dargestellten Stellung überwiegt
die Anziehungskraft zwischen dem Nordpol N des Dauermagneten 6 und dem Weicheisenkörper
8 jene Anziehungskraft, die zwischen dem Südpol S und dem Weicheisenkörper 7 besteht.
Entfernt man den Weicheisenkörper 8, indem man ihn beispielsweise in die gestrichelt
gezeichnete Lage 8' bringt, so geht die zwischen ihm und dem Nordpol N wirksame
Anziehungskraft auf einen sehr kleinen Wert zurück; die in entgegengesetzter Richtung
wirkende Magnetkraft zwischen dem Südpol S und dem Weicheisenkörper 7 überwiegt,
und der Dauermagnet 6 wird von dem fest in der Halterung 2 angeordneten Weicheisenkörper
7 angezogen und in die gestrichelt angedeutete, rechte Lage gebracht.
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Bei dieser Schwenkbewegung des Dauermagneten 6 wird der Stromkreis
über den Kontakt 4 unterbrochen und der Stromkreis über den zweiten Kontakt 5 geschlossen.
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Wird der Weicheisenkörper 8 wieder in die Nähe des Dauermagneten 6
gebracht und dabei so dicht an diesen Magneten herangeführt, daß die Anziehungskraft
zwischen dem Nordpol des Dauermagneten und dem Weicheisenkörper 8 die durch den
verhältnismäßig großen Abstand 13 begrenzte Anziehungskraft zwischen dem Südpol
und dem Weicheisenkörper 7 übersteigt - der Abstand 12 ist kleiner als der Abstand
13 -, so schlägt der Dauermagnet 6 und mit ihm der Kontaktarm 1 in die ursprüngliche
Stellung zurück, in der der Kontakt zwischen dem Kontaktarm 1 und dem festen Kontakt
5 unterbrochen und der Stromkreis über den Kontakt 4 eingeschaltet ist.
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Die Ein- und Ausschaltbewegung des Kontaktarmes 1 erfolgt also dadurch,
daß die geometrische Summe der beiden entgegengesetzt zueinander auf den das bewegliche
Schaltorgan bildenden Dauermagneten 6 einwirkenden Magnetkräfte durch eine Lagenänderung,
und zwar durch das Annähern oder Entfernen des das bewegliche Steuerorgan bildenden
Weicheisenkörpers 8 gegenüber dem Dauermagneten 6, in ihrer Größe und Richtung geändert
wird.
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Für das Zurückführen des Dauermagneten 6 sind somit keine mechanischen
Federn erforderlich, da die Bewegung des Dauermagneten in beiden Richtungen ausschließlich
durch Magnetkräfte bewirkt wird.
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Auch die Verwendung von gefederten Kontakten ist bei der erfindungsgemäßen
Schaltvorrichtung an sich nicht notwendig, da der mit dem beweglichen Kontaktarm
1 verbundene Dauermagnet 6 in seinen beiden Endstellungen durch magnetische Kräfte
nicht nur festgehalten wird, sondern auch einen hinreichenden Kontaktdruck erzeugt.
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Um das Gewicht des beweglichen Teiles der Schaltvorrichtung, nämlich
des Kontaktarmes 1 und des Dauermagneten 6, möglichst gering und dadurch das Arbeiten
der Vorrichtung von Schwerkrafteinwirkungen weitgehend unabhängig zu machen, erweist
es sich als zweckmäßig, als Dauermagneten 6 einen bekannten Oxydmagneten zu verwenden,
der bei geringer axialer Länge und relativ großem Querschnitt ein weit über seine
flächenhaften Pole hinausreichendes Magnetfeld erzeugt und ein relativ geringes
Gewicht aufweist. Für die Verwendung eines Oxydmagneten spricht ferner die außerordentlich
hohe Koerzitivkraft dieses Magneten, die trotz der starken Feldänderungen bemerkenswert
konstant bleibt.
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Die Schaltvorrichtung gemäß F i g. 2 stellt eine nur durch besondere
Mittel zu lösende Sperre für einen Riegel einer Tür oder eines Behälterdeckels dar.
In der wiederum nur schematisch angedeuteten Halterung 2 liegt ein Dauermagnet 13,
dessen Polstücke 14 und 15 auf den über ihnen angeordneten, das bewegliche Schaltorgan
bildenden Weicheisenkörper 16 einwirken. 1n der Halterung 2 ist ferner ein in seiner
Längsrichtung verschiebbarer Riegel 17
aus nichtmagnetischem Material gelagert,
der durch sein Einrasten in eine Nut der Tür 18 ein Öffnen dieser Tür verhindert.
da in der dargestellten Lage des Weicheisenkörpers 16 und des Riegels 17 die schmale
Kante 17a des Riegels 17 gegen den ihr gegenüberliegenden Teil der Kante 16a des
Weicheisenkörpers 16 stößt, der sich mit seinem rückwärtigen Ende 16b gegen die
Seitenwand 2a der Halterung 2 anlegt.
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Der Weicheisenkörper 16 wird durch das Feld des Dauermagneten
13 in dieser Sperrlage so lange festgehalten, bis ein zweiter Dauermagnet 19, der
in der F i g. 2 in größerem Abstand von dem Weicheisenkörper 16 dargestellt ist.
der oberhalb des Weicheisenkörpers 16 liegenden Wand 20 der Halterung 2 hinreichend
genähert bzw. auf diese Wand aufgesetzt wird. In diesem Falle überwiegt die Anziehungskraft
des Dauermagneten 19, und der Weicheisenkörper 16 wird durch ihn so weit angehoben,
daß seine Kante 16 a aus dem Bewegungsbereich des Riegels 17 heraustritt und dieser
in Richtung des Pfeiles 21 verschoben werden kann.
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Wird der Dauermagnet 19 wieder entfernt, so wirkt nur der Dauermagnet
13 auf den Weicheisenkörper 16, so daß dieser nach dem Schließen des Riegels 17
wieder in seine den Riegel 17 sperrende Stellung gezogen wird.
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Bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel wirken auf den Weicheisenkörper
16 ebenfalls einander entgegengesetzt gerichtete Magnetkräfte ein, deren geometrische
Summe durch Annäherung oder Entfernen des zweiten Dauermagneten 19 nach Größe
und Richtung geändert werden kann.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten Gabelumschaltvorrichtung ist in
dem Gehäuse 22 eines Fernsprechgerätes eine Halterung 23 beispielsweise mittels
Schrauben 24 festgelegt. Im oberen Teil der Halterung 23 ist ein Dauermagnet 25
und ein darunter angeordneter Weicheisenkörper 26 vorgesehen. Der Dauermagnet 25,
der aus zwei nebeneinander mit entgegengesetzter Polarität angeordneten Magneten
zusammengefügt ist, ist in einem aus nichtmagnetischem Material bestehenden Topf
27 befestigt, der seinerseits in der Halterung 23 beweglich angeordnet und an ihren
Wänden gleitend geführt ist. Am Boden des Topfes 27 ist ein zylindrischer Ansatz
27a vorgesehen, der durch eine den Weicheisenkörper 26 enthaltende waagerechte Platte
23 a der Halterung 23 hindurchgreift und in den eine Betätigungsstange 28 höhenverstellbar
eingeschraubt ist. Die Stange 28 trägt an ihrem unteren Ende eine in ihrer Höhenlage
mittels Gewinde und einer Gegenmutter 28a ebenfalls verstellbare Kugel
29, auf der eine Schaltplatte 30 nach allen Richtungen hin schwenkbar gelagert
ist.
Die Schaltplatte 30 trägt als Nieten ausgeführte Kontaktstücke 30 a, 30
b, denen feste Kontakte 31 a
bis 31d gegenüberliegen, die ihrerseits
fest in .der Halterung 23 sitzen. Die Stromzuführung zu den Kontakten 30a
und 30b der Schaltplatte 30 erfolgt über bewegliche Anschlüsse 32 a und 32
b.
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Wie insbesondere aus F i g. 5 hervorgeht, liegen die Kontakte 30a,
30b, 31a bis 31d nicht wie bei den bekannten Kontaktfedersätzen nebeneinander
in einer Reihe, sondern sind versetzt um die Betätigungsstange 28 herum angeordnet.
Werden - wie bei dem in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Erfindungsbeispiel vorgesehen
- in einer Schaltebene nur drei Kontakte angeordnet, so verteilt sich der Kontaktdruck
von der schwenkbar gelagerten Schaltplatte 30 mit Sicherheit gleichmäßig auf alle
Kontakte, wodurch Störungen infolge mangelnder Kontaktgabe weitgehend ausgeschlossen
sind.
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Der auf die Oberseite des Gehäuses 22 des Fernsprechgerätes auflegbare
Handapparat 33 enthält ein Weicheisenstück 34, das unmittelbar an der Innenseite
des Handgriffes des Handapparates 33 eingefügt ist und das beim Auflegen des Handapparates
auf das Fernsprechgerät das nach oben gerichtete Feld der Dauermagnetkombination
25 verstärkt, wodurch sich diese Magnetkombination samt dem Topf 27 und der Betätigungsstange
28 an die Unterseite der Gehäusewand 22 heranzieht. Dadurch wird die Schaltplatte
30 gehoben und die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 30 a und
31 a bzw. 31a und 31b hergestellt.
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Wird der Handapparat 33 wieder abgehoben, so überwiegt das nach unten
gerichtete Magnetfeld der Dauermagnetkombination 25, und die Schaltplatte 30 wird
nach unten gedrückt, wobei die Kontakte 30a und 31c sowie 30b und
31d geschlossen werden.
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Die Halterung 23 ist auf beiden Seiten durch eine gegebenenfalls durchsichtige
Platte 35 abgedeckt, die einerseits die innenliegenden Kontakte vor Verstaubung
schützt und anderseits als Drehsicherung für die auf der Betätigungsstange schwenkbar
angeordnete Schaltplatte 30 dient.
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Die Dauermagnete, die in den zeichnerisch veranschaulichten Ausführungsbeispielen
der Erfindung benutzt werden, müssen hohe Koerzitivkräfte aufweisen, damit ihr Magnetismus
durch die sehr starken Änderungen der Magnetfelder nicht geschwächt wird. Sie werden
ferner zweckmäßig so ausgebildet, daß ihre Magnetfelder verhältnismäßig weit in
den Raum hineinreichen und auch bei größeren Abständen zwischen den weichmagnetischen
Körpern und den Magneten noch Anziehungskräfte liefern, die zur Bewegung des Schaltorgans
ausreichen.
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Wenn auch an sich Legierungs- und Sintermagnete mit hoher Koerzitivkraft
im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, so empfiehlt es sich
dennoch, vorwiegend Oxydmagnete zu benutzen, die praktisch vollständig unempfindlich
gegen die entmagnetisierenden Beanspruchungen sind, die bei starker Vergrößerung
des Abstandes zwischen dem Magneten und einem Weicheisenkörper bzw. bei vollständiger
Entfernung des Weicheisenkörpers aus dem Feldbereich des Magneten auftreten.
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F i g. 6 zeigt in schematischer Darstellung als weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine magnetisch betätigte Schaltvorrichtung, die ein Zählwerk steuert,
das die Umdrehungen einer umlaufenden Welle mißt. Die Welle 36 trägt einen Weicheisenkörper
37, der bei jedem Umlauf der Welle in den Wirkungsbereich des Dauermagneten 38 der
Schaltvorrichtung kommt. Der Dauermagnet 38 ist in einer Halterung 39 beweglich
gelagert und hat sich in der in F i g. 6 dargestellten Lage in Richtung zu dem zweiten
Weicheisenkörper 40 hingezogen. In dieser Stellung wird die Weiterbewegung des Zahnrades
41 durch die mit dem Dauermagneten 38 verbundene Klinke 42 gehemmt. Kommt nun der
Weicheisenkörper 37 infolge der Drehung der Welle 36 in die Nähe des Magneten 38,
so wird dieser - in der mehrfach beschriebenen Weise - angehoben, die Verklinkung
dadurch aufgehoben und das Zahnrad 41 um eine Zahnteilung weitergeschaltet.
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Es dürfte klar sein, daß an Stelle eines sich um eine Welle drehenden
Weicheisenkörpers auch andere in regelmäßiger oder unregelmäßiger Folge an dem Dauermagneten
vorbeibewegte Weicheisenkörper für die Auslösung eines mechanischen oder elektrischen
Schaltschrittes benutzt werden können. Diese Weicheisenkörper müssen nur derart
bewegt werden, daß ihre Annäherung an den Dauermagneten die Richtung der auf ihn
ausgeübten gesamten Magnetkraft jeweils umkehrt, so daß dieser in eine hin- und
hergehende Bewegung versetzt und in seinen beiden Endlagen durch Magnetkräfte festgehalten
wird.