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"Anordnung zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflusses" Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflusses mit Hilfe
drehbar angeordneter, dauermagnetischer Körper und Steuerung eines auf magnetische
Durchflutung ansprechenden Bauteiles, beispielsweise zur Ausführung einer Zählwerksschaltung.
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Derartige Anordnungen dienen beispielsweise dazu, Zählwerke zu steuern,
indem durch Vorbeiführen von dauermagnetischen Körpern an magnetisch beeinflußbaren
Bauteilen, z.B. berührungslosen Magnetschaltern oder Hallsonden, ein elektrischer
Impuls hervorgerufen wird, der beispielsweise eine Zählwerksschaltung beeinflußt.
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Bekannt sind drehbar angeordnete dauermagnetische Körper, die auf
einer Scheibe in bestimmten Stellungen aufgeklebt sind und ein Magnetfeld erzeugen,
das beim Vorbeiführen der Magnetkörper an einem magnetisch beeinflußbaren Bauteil
einen Schaltimpuls hervorruft. Bekannt ist auch, keramische, dauermagnetische Körper
in Sektoren zu magnetisieren und durch Drehen der Körper in der Nähe der Kante eines
solchen Körpers ein wechselndes Magnetfeld hervorzurufen.
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Bei den bekannten Schaltelementen mit drehbar angeordneten dauermagnetischen
Körpern ist nachteilig, daß bei Stehenbleiben der magnetisch beeinflussenden Scheibe
das Streufeld in eine bestimmte Richtung streut und Je nach Stellung das magnetisch
beeinflußbare Bauelement, z.B. einen Schalter, weiterhin beeinflußt. Bei der bekannten
Bauweise ist außerdem nachteilig, daß bei kleinen Fendelausschlägen einer Antriebawelle
jedesmal eine Anderung des das Magnetbauteil beeinflussenden Feldes eintritt, so
daß es zu Fehlschaltungen kommen kann Dies ru£i'rt dher, daß die drehbar angeerdneten
dauermagnetischen Körper nicht in eine Nullstellung gebracht werden, wenn die Antriebswelle
stehen bleibt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nagnetbauteil zu schaffen,
das
a) beim Stehenbleiben des Antriebes in eine definierte Nullstellung
vor-oder zurückgeht, b) bei kleinen Pendelausechlägen des Antriebes keine Fehle
chaltungen hervorruft.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Ziel wird durch eine Anordnung
zur Erzeugung eines wechselnden Magnetflusses mit zwei in geringem Abstand voneinander
angeordnete, einen Streufeldrotor bildende Körper erreicht, die bezUgli~ch ihrer
einander zugewandten Seite parallel stehen und auf diesen Seiten wenigstens zwei
im wesentlichen gleich große Zonen verschiedener I!agnetpolung besitzen, wobei der
eine Körper gegen den anderen gedreht werden kann.
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Binde derartige Anordnung besitzt je nach Anzahl der Zonen verschiedener
Magnetpolung eine Anzahl von definierten Stellungen, die Jeweils eine magnetisch
inaktive Stellung bedeuten und einer Nullstellung eines Schalters entsprechen.
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Bei kleinen Auslenkungen aus der so definierten Nullstellung heraus
wird das Element in die Nullstellung zurückgeführt, da eine relativ starke, einstellbare
Rückstellkraft vorhanden ist. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung wird das Magnetbauteil
aus Jeder beliebigen Stellung in eine Nullstellung zurückgestellt.
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In der Praxis hat sich eine dreipaarige Magnetpolung bezüglich Kupplungsstärke
und Ausbruchsfeldstärke als günstig erwiesen. Eine Steuerung der genannten Größen
läßt sich erzielen durch eine Abstandsverstellung der Magnetkörper.
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In einer vorzugsweisen Ausführung der Anordnung gemäß der Erfindung
sind Abstandhalter zwischen den Magnetkörpern vorgesehen, die so angebracht sind,
daß die Körper sich frei gegeneinander drehen können.
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9e Abstandhalter können selbst als verstärkendes Element für den nach
außen wirkenden Magnetfluß dienen, indem durch die Art des Werkstoffes und/oder
Pormgebung und/oder verschiedene Magnetisierungsbereiche eine Beeinflussung des
Nagnetflusses hervorgerufen wird. Beispielsweise kann der Abstandshalter einen kreuzblumenförmigen
Querschnitt, d. h.
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etwa die Form eines vierblättrigen Kleeblattes mit eng am Stamm liegenden
Blättern, aufweisen, wobei als Werkstoff ein oxidkeramisches Sintermaterial hoher
Remanenzfeldstärke verwendet wird. Ein solcher Abstandshalter kann in drei Abschnitten
gleiche Polung und im vierten Abschnitt einen anderen Pol aufweisen, wobei letzterer
einem gleichen Pol auf einem der Magnetkörper gegenüberliegt.
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Vorzugsweise werden die dauermagnetischen Körper in Ringscheibenform
hergestellt, da hier bei geringem Materialaufwand eine genügend große Streuflußstärke
und Rückstellkraft hergestellt werden kann. Die dauermagnetischen Körper werden
wegen der erforderlichen Eigenschaften, insbesondere der mehrfachen Polung auf den
Flachseiten, vorzugsweise aus oxidkeramischen Sintermaterial hergestellt.
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Zur Steuerung des magnetischen Flusses können magnetische Abschirmungen
vorgesehen werden. Derartige Abschirmungen verringern den Streufluß und bringen
einen verstärkten Fluß an den erwunschten Stellen hervor. Die Abschirmungen können
einzeln und in Kombination plattenartig quer zur Drehachse und zylinderartig am
Außen- und Innenrand der ringscheibenförmigen dauermagnetischen Körper vorgesehen
werden. Bei einer am Außenrand der Ringscheiben liegenden Abschirmung ist wenigstens
eine Öffnung zum Austritt des Flusses vorzusehen.
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Um ein Zurückgehen der drehbaren Körper in eine definierte Nullstellung
zu ermöglichen, wird eine elastische Kopplung des Streuflußrotors mit einer Antriebswelle
vorgesehen. Eine solche elastische Kopplung kann durch Riemenantrieb, beispielsweise
Gummiriemen oder mit Hilfe elastisch gelagerter Führungsrollen oder mit Hilfe einer
torsionsfedernden Antriebswelle vorgenommen werden.
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Als besonders vorteilhafte Lösung hat sich ein Befestigen der Führungsrollen
zur Führung des Antriebriemens herausgestellt, bei der diese gegenüberliegend quer
zur Verbindungslini-e zwischen Antriebswelle und Achse des Streuflußrotors an einem
Pendelhalter angebracht sind, so daß die Führungsrollen den Antriebsriemen spannen
und kleinen Bewegungen des Riemens durch seitlichen Ausschlag nachgeben.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand eines
Einbau- und Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, erläutert.
Die einzelnen Figuren in der Zeichnung zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung
mit Antriebsvorrichtung in Verbindung mit einem berührungslosen chutzgasschalter,
Fig.2 den Streufeldrotor in im Schnitt auseinandergezogener Darstellung unter Fortlassung
der Abshirmung, Fig. 3 eine schematische Darstellung der unsichtbaren Nagnetlinien
in Nullstellting des Streufeldrotors, Fig. 4 eine schematische Darstellung der unsichtbaren
Magnetlinien in Schaltstellung des Streufeldrotors, Fig. 5 einen Schnitt durch einen
Streufeldrotor quer zur Achse mit besonderer Ausbildung des AbstandshaltersJ
Fig.
1 zeigt eine Gesamtdarstellung einer Zählwerksauslösung als Einbaumöglichkeit der
erfindungsgemäßen Anordnung. Ein erfindungsgemäßer Streufeldrotor, allgemein mit
1 bezeichnet, ist in der Nähe eines berührungslosen Magnetschalters 2 angeordnet.
3ertlhrungslose Magnetschalter sind bekannt und als Ein-, Aus- und Wechselschalter
in -verschiedenen Typen im Handel erhältlich. -Sie bestehen im wesentlichen aus
zwei elastischen Drahtzuleitungen, die an den Enden kleine magnetische Körper, z.B.
aus Weicheisen tragen. Wird das Schaltelement magnetisch durchflutet, bewegen sich
die magnetischen Körper und lösen einen Schaltvorgang aus. Die Drahtzuleitungen
und die daran befestigten Körper befinden sich in einem Gehäuse aus magnetisch indifferentem
Material, z.B. Glas, und sind von einer Schutzgasatmosphäre umgeben. Statt eines
Magnetschalters können auch sogenannte Hallsonden als steuerndes Element verwendet
werden.
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Der Magnetschalter 2 ist über ein Zuleitung 3 mit einer Kontaktklemme
4 verbunden. Über die Kontaktklemme 4 kann beispielsweise ein Zählwerk, an sich
bekannt, gesteuert werden.
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Der Streufeldrotor 1 wird über einen Riemen 5 aus gummielastischem
Material angetrieben. Der Riemen 5 wird über
ein Führungsrollenpendel
6 mit zwei Führungsrollen 7 und 8 gespannt gehalten. Der Riemen ist weiterhin um
eine Antriebsrolle 9 gelegt, die von einer Antriebswelle 10 angetrieben wird.
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Streufeldrotor 1, Magnetschalter 2, Kontaktklemme 4, Führungsrollenpendel
6 und Antriebsrolle 9 sind in einem Unterteil 12 eines Gehäuses angeordnet. Ein
Oberteil des Gehäuses (nicht gezeichnet) besitzt einen Durchlaß für die Antriebswelle
10 und ist mit zwei Schrauben mit dem Unterteil gbnehmbar verbunden. Das Gehäuse
wird vorteilhafterweise im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellt, wobei
Bohrungen, Lager und ähnliches zur Aufnahme der Bauelemente eingearbeitet sind.
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Die Antriebswelle 10 lagert drehbar einseitig in einem entsprechenden
Lagerteil 15 des Gehäuseunterteils 12. Auf die Welle 10 ist festsitzend die Antriebsrolle
9 mit Laufrille zur Aufnahme des Riemens 5 aufgeschoben.
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DasFührungsroIlenpendel 6 besteht aus einem Querträger 16, der durch
Schweißen mit einem Haltebügel 17 verbunden ist.
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Der Haltebügel 17 hat die Form eines U mit einem weiteren
kleineren
aufgesetzten U, wobei letzteres eine Rolle 18 umgreift und mit dieser fest verbunden
ist. Die Rolle 18 ist mit einem Kugellager auf einem Lagerzapfen 19 drehbar angeordnet.
Vom Streufeldrotor 1 aus gesehen liegt die Rolle 18 hinter der Antriebsrolle 9.
Die Pendelausschläge des Führungsrollenpendels 6 sind begrenzt durch das Anschlagen
des Bügels 17 an das Lagerteil 15 des Gehäuseunterteils.
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Auf den Enden des Querträgers 16 sind die Führungsrollen 7 und 8 gegenüberliegend
mit Kugellagern drehbar an zwei Lagerzapfen 20 und 21 angeordnet. Eine gedachte
Verbindungsachse zwischen den Führungsrollen 7 und 8 steht in einer Mittelstellung
des Führungsrollenpendels 6 senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen der Achse
des Streufeldrotors 1 und dem Lagerzapfen 19. Für das Ftihrungsrollenpendel sind
Ausschläge von etwa 300 nach beiden Seiten möglich.
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Wie aus Fig. 2 zu ersehen, besteht der Streufeldrotor 1 in einer vorzugsweisen
Ausführung im wesentlichen aus einer Achse 25 mit einem Kopf 26, einer Scheibe 27
aus Weicheisen
mit daran befestigten unteren Magnetring 28, einem
Abstand halter 29, einer weiteren Scheibe 30, an deren Unterseite ein Magnetring
31 befestigt ist, der dem Ring 28 gleicht, und an deren Oberseite eine Riemenlaufscheibe
32 mit umlaufender Rille und Kugellager befestigt ist.
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In dem Ausführungsbeispiel ist eine sechsfache Polung (drei Nord-
und drei Südpole) der einander gegenüberliegenden Seiten der Magnetringe 31 und
28 vorgenommen. Für derart eng benachbarte Pole eignen sich im allgemeinen nur oxidkeramische
Magnetwerkstoffe mit hoher Remanenzfeldstärke.
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Die Magnetringe haben eine kreisrunde Innenöffnung, die so groß ist,
daß der Abstandshalter 29 die Magnetringe an keiner Stelle berührt.
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Der Streufeldrotor hat folgenden Aufbau: auf die Achse 25 ist die
Scheibe 27 mit Magnetring 28 aufgeschoben, die Scheibe wird durch den Kopf 26 gehalten.
Der Abstandehalter 29 wird ebenfalls über die Achse 25 geschoben und ist von ihr
zentrisch gehalten. Er stützt sich auf die Scheibe 27 und gleichzeitig auf die anschließend
aufgeschobene Riemenlaufscheibe 32, die in der Mitte einen Kugellagerteil aufweist
Die Länge des Abatandshalters 29 ist so bemessen,
daß die einander
gegenüberliegenden Seiten der Magnetringe etwa 2 mm auseinander liegen. Der gesamte
Streufeldrotor 1 wird durch eine Mutter 34 zusammengehalten, die auf das obere Ende
der Achse 25 aufgeschraubt ist.
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Die Wirkungsweise des Streufeldrotors wird anhand der Fig.
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3 und 4 erläutert: In Nullstellung (Fig. 3) liegen auf den gegenüberliegenden
Seiten der Magnetringe Nord- und Südpol einander gegenüber. Daher sind die Magnetlinien
geschlossen. Außerhalb des Streufeldrotors 1 befindet sich praktisch kein Magnetfeld.
Die potentielle Energie ist bei dieser Stellung der Magnetringe zueinanuer am geringsten.
Da die obere Scheibe 31 gegen die untere 28 drehbar ist, erfährt die obere Scheibe
bei Jeder Stellung außerhalb der Nullstellung eine Rückstellkraft.
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ird die obere Scheibe gegenüber der unteren gedreht, so gelangt bei
einer vollen Umdrehung die obere Scheibe dreimal in eine Stellung, wo die gleichen
Pole der oberen und der unteren Scheibe sich einander gegenüberstehen. In dieser
Stellung haben die Feldlinien den Verlauf wie bei Fig. 4. Das Feld bildet einen
"Ausbruch" und kann ein Bauelement beeinflussen, das in der Nähe des Streufeldrotors
1
angeordnet ist und auf magnetische Durchflutung reagiert, z.B. ein berührungsloser
Magnetschalter 2.
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Die nach außen wirkende Ausbruchfeldstärke ist am größsten, wenn die
gleichen Pole genau übereinanderstehen. Sie nimmt rasch ab, wenn die Scheiben in
die Nullstellung zurückgehen. Die Richtung und die Stärke der Ausbruchfeldstärke
kann durch geeignete Gestaltung des Strewfeldrotors und mit Hilfe weiterer noch
zu erläuternder Bauelemente gesteigert und gesteuert werden. Mit einer solchen Veränderung
kann im allgemeinen auch die Kopplung der Scheiben untereinander vergrößert oder
verkleinert werden.
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Durch eine Abschirmung 35 aus leicht magnetisierbarem Material, beispielsweise
Weicheisen, kann die Ausbruchfeldstärke des Streufeldrotors gegen einen Austritt
nach außen abgeschirmt werden. Besteht nur an einer bestimmten Stelle eine oeffnung
37, so stellt sich jeweils nur einmal bei einer Umdrehung eine Ausbruchfeldstärke
ein.-Daher muß die Mantelöffnung 37 einem Pol auf der unteren Scheibe gegenüberliegen.
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Eine weitere Möglichkeit, die Streufeldstärke zu ändern,
besteht
darin, den Abstandshalter 29 zu magnetisieren und ihm eine solche Form zu geben,
daß bei einer bestimmten Stellung des oberen Magnetringes gegenüber dem unteren
ein verstärkter Ausbruch erreicht wird. Ein Beispiel für eine solche Möglichkeit,
den Abstandshalter zu gestalten, ist in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt einen Abs-tandshalter
36 in Form einer "Kreuzblume", bei der drei Blätter magtische Südpole und ein viertes
einen magnetischen Nordpol trägt. Steht der magnetische Nordpol des Abstandshalters
einem Nordpol des unteren Magnetringes gegenüber, so wird der Ausbruch der Magnetfelds-tärke
besonders stark sein, wenn auch auf der oberen Scheibe ein Nordpol genau über dem
Nordpol der unteren Scheibe steht.
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Ein en-tsprechender Effekt ist zu erreichen, wenn auf der Innenseite
der Magnetringe eine Abschirmung 38 aus abschirmendem Weicheisen angebracht ist,
durch den die Magnetfeldlinien kurzgeschlossen werden und eine Verstärkung des Ausbruches
hervorgerufen wird.
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Um die Eigenschaft des Streurotors 1, sich in eine der dre-i NullstellttrlDen
zurückzustellen, aiisntttzen zu können, darf der Magnetring L nicht starr mit dem
Antrieb gekoppelt sein. Deshalb ist eine elastische Kopplung des
Streuflußrotors
1 mit der Antriebswelle 10 über die zwei pendelnd aufgehängten Führungsrollen 7
und 8 vorgesehen.
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Die Funktionsweise ist folgende: Treibt die Welle 10 beispielsweise
durch Drehung im Uhrzeigersinn den Streuflußrotor 1 an, so steht das Führungsrollenpendel
6 im wesentlichen in Mittelstellung. Hört die Antriebsbewegung auf, so wird sich
in diesem Moment die obere Scheibe 28 des Streuflußrotors in einer Stellung befinden,
die nicht einer der drei Nullstellungen entspricht.
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In diesem Fall dreht sich die Scheibe vor oder zurück, was einen Ausschlag
des Pendels - vom Rotor aus gesehen - nach links bzw. rechts hervorruft. Die Antriebswelle
dreht sich in diesem Falle nicht. Auch leichte Drehschwingungen der Antriebswelle
10 übertragen sich lediglich auf das Führungsrollenpendel 6; sie haben keinen Einfluß
auf den Rotor.
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Dadurch wird erreicht, daß kein wechselndes Magnetfeld durch eine
derartige leichte Pendelbewegung hervorgerufen wird. Fehlzählungen werden dadurch
vermieden.
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Die für den Fachmann möglichen Ab änderungen von Teilen oder der Gesamtheit
der erfindtmgsgemäßen Anordnung fallen in den Bereich derselben. Auch sind weitere
Einsatzmöglichkeitcn als die in der vorhergehenden I:eschreibunU eines
Ausführungsbeispieles
möglich. Die dazu erforderlichen Abänderungen einzelner Teile der erfindungsgemäßen
Anordnung fallen ebenfalls in deren Bereich.
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Patentansprüche