DE1963596A1 - Impulsgeber mit mindestens einem Schutzrohrkontakt - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Bäro-Matdiinen Getelhchaft mbH

Böblingen, 15. Dezember 1969 ar-sc

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket LE 968 014

Impulsgeber mit mindestens einem Schutzrohrkontakt

Die Erfindung betrifft einen Impulsgeber mit mindestens einem Schutzrohrkontakt und einer geradlinig oder rotationsbeweglichen das öffnen und Schließen des Schutzrohrkontaktes steuernden Betätigungseinrichtung, die aus einem Träger und mehreren darauf angeordneten Dauermagneten besteht, deren von den Polflächen ausgehende magnetische Flüsse jeweils an der, dem zu erzeugenden Impuls zugeordneten Stellung der Betätigungseinrichtung eine Grosse aufweisen, die einen für die jeweilige Schaltfunktion des Schutzrohrkontaktes bestimmten Pegel unter- bzw. überschreitet, wodurch dieser öffnet oder schließt.

Derartige Impulsgeber enthalten als wesentlichste Hauptteile einen oder mehrere der bekannten Schutzrohrkontakte, die meistens als "Ein-Aus" Schalter wirken und die berührungslos von einer magnetischen Betätigungseinrichtung geschaltet

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werden. Diese Betätigungseinrichtung, die einen oder mehrere Dauermagnete enthalten kann, bewegt sich entweder in einer kreisförmigen oder geradlinigen Bahn nahe an den Schutzrohrkontakten vorbei. Durch diese Vorbeibewegung wird der Pfad eines magnetischen Flusses, der durch die Kontaktzungen des Schutzrohrkontaktes verläuft, entweder geschlossen oder unterbrochen und durch die damit zusammenhängende Änderung der magnetischen Zugkräfte desgleichen auch die Kontakte des Schutzrohrkontaktes.

Derartige Impulsgeber werden vorzugsweise in der Meß- und Regeltechnik als Stellungsanzeiger eines bewegten Teiles, als Rückkopplungsglied in einer Regelanordnung, als Drehwinkelgeber, als Zähl-Indikatoren oder als Endlagenschalter usw. verwendet. Sie wirken im Prinzip als magnetisch gesteuerte Nockenschalter.

Durch das Gebrauchsmuster 6 601 6 89 wurde die Verwendung eines solchen Impulsgebers als igitaler Drehwinkelgeber bekannt, auf dessen zylindrischem Rotor ein- oder mehrere in axialer Richtung magnetisierte Dauermagnete und auf dessen Stator mehrere Schutzrohrkontakte angeordnet sind. Mit dieser einfachen Meß-Anordnung ist lediglich eine grobe Bestimmung der Winkelposition möglich, da die Ein- und Aus-Schaltungen der Schutzrohrkontakte um einen vorgegebenen Schaltpunkt streuen.

Ein Impulsgeber mit mindestens einem Schutzrohrkontakt, der einen kleinen Rückdrehmoment aufweist, so daß er auch bei empfindlichen Meßgeräten anwendbar ist, wurde durch die deutsche Patentschrift 1 149 385 bekannt. Bei diesem Impulsgeber ist auf einer Welle eine kreisförmige unmagnetische Scheibe befestigt, an deren Umfang eine Anzahl Dauermagnete mit stetig wechselnder magnetischer Polarität angeordnet sind. '

Ein Schutzrohrkontakt, dessen Längsachse als Sehne über der kreisförmigen Scheibe verläuft, ist über den Dauermagneten angeordnet. Der Schutzrohrkontakt schließt, wenn zwei Dauermagnete ungleicher Polarität sich unter dessen Enden befinden und er öffnet, wenn

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ein Dauermagnet sich in der Mitte des Schutzrohrkontaktes unter der Kontaktstelle befindet. Mit diesem einfachen Impulsgeber sind keine genauen Positionsbestimmungen möglich, wie man sie z.B. bei der automatischen Steuerung von Papiervorschüben bei Schreibmaschinen oder Schnelldruckern fordert.

Ein verbesserter Impulsgeber/ bei dem ebenfalls Dauermagnete ungleicher Polarität in axialer Richtung auf einem zylindrischen Rotor angeordnet sind, wurde durch die amerikanische Patentschrift 3 147 350 bekannt. Bei diesem Impulsgeber sind auf beiden Seiten der Dauermagnete, die als Schaltmagnete dienen noch Hilfsmagnete anderer Polarität angeordnet, um eine Bündelung des magnetischen Flusses zu erzielen und um den magnetischen Streufluß zu verkleinern. Auch bei dieser Ausführung besteht noch eine zu große Unsicherheit und eine Streuung der Schaltpunkte.

Ein ähnlicher Impulsgeber mit Schutzrohrkontakt, auf dessen Rotor ebenfalls ein Dauermagnet als Schaltelement verwendet wird und bei dem gleichfalls benachbart zu diesem, auf beiden Seiten zwei Hilfsmagnete entgegengesetzter Polarität angeordnet sind,um eine Bündelung des magnetischen Flusses zu erzielen, wurde durch die amerikanische Patentschrift 3 133 173 bekannt. Die Stärke des magnetischen Flusses, der über die Kontaktzungen dee Schutzrohrkontaktes fließt, ist als Kurve 61 aus der Fig. 3 dieser Beschreibung zu ersehen. Diese Kurve weist in dem Bereich, wo die Schaltfunktion durchgeführt werden soll, nur eine relativ geringe Steilheit auf, so daß der Schaltungspunkt ebenfalls stark streuen kann; außerdem kann durch die Einwirkung von Streufeldern die Zuverlässigkeit dieses Impulsgebers noch weiter beeinträchtigt werden.

Durch die amerikanische Patentschrift 3 233 060 wurde ein magnetisch gesteuerter Impulsgeber mit einem Schutzrohrkontakt bekannt, dessen bewegliche Schalterbetätigungseinrichtung eine Anzahl von versetzt nebeneinander liegenden Hufeisenmagneten enthält, die so angeordnet sind, daß jeweils neben dem Schenkel eines ersten Magneten ein Schenkel des zweiten Magneten anderer Polarität sich

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befindet. Durch diese Anordnung ergibt sich ein magnetischer Fluß ungleicher Stärke, der jedoch immer in der gleichen Richtung verläuft. In der Fig. 3 dieser Beschreibung ist als Kurve 62 die Stärke dieses magnetischen Flusses in dem Bereich dargestellt, in dem der Schutzrohrkontakt öffnet oder schließt. Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Schaltpunkte noch stark streuen können, da die Kurve 62 ebenfalls an den kritischen Pegelstellen eine relativ kleine Steigung aufweist, an denen das öffnen oder Schließen der Kontaktzungen des Schutzrohrkontaktes erfolgen soll. Auch Streufelder können noch nachteilig die Schaltpunkte beeinflussen, wodurch auch dieser Impulsgeber noch nicht den gestellten Forderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen magnetisch gesteuerten Impulsgeber mit wenigstens einem Schutzrohrkontakt und einer beweglichen Betätigungseinrichtung zu schaffen,'dessen Schaltungspunkte - öffnen und Schließen der Kontakte - in Abhängigkeit von gewählten Stellungen der Betätigungseinrichtung sehr genau und reproduzierbar innerhalb enger Toleranzen möglich ist, und daß magnetische Streufelder sich nicht auf die Schaltpunkte auswirken. Fernher, daß bei einer Vor- oder Rückwärtsbewegung der Betätigungseinrichtung keine Hysterese-Erscheinungen auftreten, die sich nachteilig auf die Schaltpunkte auswirken. Der neue Impulsgeber soll so beschaffen sein, daß er möglichst wartungsfrei und nicht störungsanfällig als zuverlässiger Bausatz verwendbar ist.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dauermagnete als dünne Magnetscheiben ausgeführt sind, die aneinandergrenzend auf der Oberfläche des Trägers befestigt sind, daß jeweils zwei Dauermagnete ungleicher Polarität eine magnetische Sektion bilden, deren beide Polflächen nebeneinander in einer Ebene liegen, daß wenigstens an einer Seite der ersten Sektion an diese angrenzend eine zweite Sektion angeordnet ist, deren beide Polflächen eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wie die

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unmittelbar benachbarten BIflachen der ersten Sektion, daB die

Grenzlinie zwischen zwei Sektionen quer zur Bewegungsrichtung der Betätigungseinrichtung verläuft, und daß die Polflächen aller Sektionen eine möglichst gleich große magnetische Induktion aufweisen.

Bei diesem erfindungsgemäßen Impulsgeber wurde eine spezielle magnetische Flußquelle geschaffen, mittels der es möglich ist, genau an den bestimmten geometrischen Orten, wo ein Impuls erscheinen soll, einen großen magnetischen Fluß zum Schließen des Schutzrohrkontaktes und einen kleinen magnetischen Fluß zum öffnen des Schutzrohrkontaktes zu erzeugen, weil die Schaltvorgänge nicht von magnetischen Streufeldern (z.B. dem Streufeld von/Her Nähe befindlichen Motoren oder Magnetspulen) beeinflusst werden. Durch den erfindungsgemäßen Impulsgeber ist es möglich, mit einer relativ einfachen Vorrichtung eine genaue STellungsanzeige mit großem Auflsöungsvermögen zu bekommen oder genaue Impulse von einem Stellungsgeber, wemdieser sich an bestimmten Orten befindet.

Der erfindungsgemäße Impulsgeber enthält als wesentlichstes Merkmal in der Betätigungseinrichtung für den Schutzrohrkontakt eine magnetische Flußquelle, die aus mehreren einzelnen, einander benachbarten magnetischen Flußquellen bzw. Dauermagneten jeweils entgegengesetzter Polarität, aber gleicher Feldstärke besteht. Die enge Nachbarschaft dieser magnetischen Flußquellen bzw. Dauermagnete und ihre Polaritäten, die einander entgegengesetzt sind, bewirken, daß die magnetischen Flüsse, die von diesen Polquellen ausgehen,paralIeI zueinander jedoch in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Diese zwei einander benachbarten magnetischen Flüsse überlagern sich auf den einander benachbarten Seiten, so daß sich die Kraftlinien entgegengesetzter Richtung aufheben oder anders erläutert, es tritt eine schärfere Bündelung der beiden einander benachbarten gegenläufigen Flüsse auf. Zwischen den beiden parallelen magnetischen Flüssen ergibt sich eine schmale neutrale Zone, in der die Flußdichte in einer steilen Flanke auf den Wert Null

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■ abfällt, die Mitte dieser neutralen Zone bildet die Grenzlinie, die durch zwei benachbarte Sektionen gebildet wird. Ein magnetisches Streufeld, das auf den Fluß eines Magnetsystems einwirkt, kann demzufolge den geometrischen Ort, auch Schaltpunkt genannt, an dem die Schaltung der Kontakte erfolgen soll, nicht beeinflussen, auch wenn die untere Schwelle des magnetischen Flusses erreicht ist. Weiterhin bewirkt die gleiche Stärke der einander benachbarten magnetischen Flüsse, daß die Flanken der Kurve, die die Stärke der magnetischen Flüsse angibt, im Bezug zum Nullpunkt symmetrisch sind.

Falls die magnetischen Flüsse in ihrer Stärke etwas unterschiedlich sind, hat dies nur einen unbedeutenden Einfluss auf die Schaltgenauigkeit, da sich aufgrund der steilen Anstiegsflanken der Kurve für die Stärke der magnetischen Flüsse nur eine unwesentliche Verschiebung um den Nullpunkt ergibt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den Gebrauch von einander entgegengesetzt verlaufenden magnetischen Flüssen gleicher Stärke, dadurch, daß die Stärke der magnetischen Flüsse in beliebiger Größe gewählt werden kann. Es wurde festgestellt, daß durch starke magnetische Flüsse steilere Übergangsflanken erzielt werden, wodurch sich eindeutigere Schaltpunkte ergeben.

Weitere Merkmale, Vorzüge und Angaben über den erfindungsgemäßen Impulsgeber sind folgend in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der Zeichnung stellen dar, die

Fig. 1 In Perspektivdarstellung einen erfindungsgemäBen Impulsgeber, bestehend aus einem mechanischen Ste1lungs-^y teil, einem Schutzrohrkontakt und einer rückgekoppelten Steuerschaltung.

Fig. 2 Eine Ansicht eines Schnittes durch den Schutzrohrkontakt entlang der Linie II-II der Fig. 1

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Fig. 3 In vergrößerter Darstellung, einen Querschnitt durch den Impulsgeber entlang der Linie III-III der Fig. Diese Abbildung zeigt einen Ausschnitt der Betätigungseinrichtung für den Schutzrohrkontakt-Schalter und darin eingezeichnet, in Kurvenfom, den Verlauf der Stärke des magnetischen Flusses (Induktion B) im Bereich zweier aneinander grenzenden magnetischen Sektionen.

Fig. 4 In einer Perspektivdarstellung einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator mit sehr großem Auflösungsvermögen.

Der in Fig. 1 dargestellte Impulsgeber dient als Stellungsgeber für ein sich in Längsrichtung auslenkbares Glied, z.B. einer Zahnstange 11. Der Stellungsgeber 10 enthält eingangsseitig eine sich konstant drehende Helle 12, die über eine Reibkupplung 13 und eine Welle 14 ein als Bezugsglied dienendes Zahnrad antreibt. Dieses Zahnrad ist durch die Welle 14 mit einem Sperrad 16 verbunden, das durch eine eingerastete Klinke 15 verriegelt ist. Es erfolgt somit nur ein Antrieb des Bezugsgliedes, wenn durch die Klinke 15 das Sperrad 16 freigegeben wird. Die jeweilige Stellung der Klinke 15 wird von einem Elektromagneten 21, einer elektrischen Steuerschaltung 22 und dem magnetisch betätigten Impulsgeber gesteuert.

Die als Ausgangsglied dienende Zahnstange 11 kai», durch das als Bezugsglied dienende Zahnrad wieder zurückbewegt werden, wobei das Zahnrad sich in entgegengesetzter Richtung dreht und dabei durch eine normal nicht in Eingriff stehende Federkupplung 31 angetrieben wird. Diese, die Rückführung bewirkende Federkupplung 31, enthält eine dauernd rotierende Hohlwelle 32, deren Antrieb durch ein Ritzel 33 erfolgt.

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Der Impulsgeber 23 bes'iefet :ln we'3en\:V^5ksii qtis disH 3 kontakt 40, der als Sefeliar dient "y Ί ΐί,::52; T^rbesserten Schalter" betätigungssinricrAtimg 50 _ff £ie ©ine ν :"jiitio::3";asog®2ie magnetisolie Baugruppe enthält. Diese BGha.ltexb&t^'zi^U:ii;S'?.ira:ioüt^iiag 50 ist in anderen Worten erläutert ein mit dem Sahßrafi über dessen Wsile 14 verbundenes Teil,das den Schntzrohrfc^ntak-t-S-Äalter 40 beeinflußt _s wodurch die jeweilige Stellung der Ar;3gar«gsE«m:3tanga 11 festgestellt wird.

Der Schutzrohrkontakt-Schalter 40 kann aus einer der bekannten Aus führungen bestehen. Im allgemeinen enthält ein derartiger Sefautzrohrkontakt-Schalter 40(oder auch "Reed-Kontakt" genannt) ein Paar sich an der Spitze überlappender, flexibler, magnetisch betütig- bare Kontaktzungen 41, die in eine mit inertem Gas gefüllte Glasrohre eingekapselt sind. Die Kontaktzungen 41 sind jeweils an einem Ende in der Glasrohre so angeordnet und vorgespannt, daß ihre freien Enden nicht aufeinanderliegen, sondern eine offene Kontaktstelle bilden. Beim Anlegen eines magnetischen Feldes, dessen Fluß durch den Schutzrohrkontakt in der Längsachse 43 und die Kontaktzungen 41 verläuft, legen sich durch die magnetische Zugkraft die Enden der Kontaktzungen 41 aufeinander, wodurch ein Schließen des Kontaktes erfolgt.

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Die Schalterbetätigungseinrichtung 50 enthält eine ebene magnetische Scheibe 51 aus keramischem Material, z.B. Barimferrit, das eine relativ hohe Koerzitivkraft von etwa 1500-2000 örsted aufweist. Durch die vorzugsweise Verwendung dieses Materials kann die Stärke der magnetischen Scheibe 51 dünn sein, wodurch sich die Entmagnetisierung der benachbarten Sektionen, welche eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, sehr vermindert. Diese dünne magnetische Scheibe 51 ist auf einer kreisförmigen Platte 52 befestigt, die entweder aus Weicheisen bestehen kann oder aus einem Material, das eine niedrige Koerzitivkraft von etwa 5 örsted aufweist. Diese Platte 52 ist mittels Schrauben 53, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, mit der WeIe 14 verbunden. Die magnetische Scheibe 51 ist in eine Anzahl von magnetischen Sektionen aufgeteilt, die eng nebeneinander liegen und wo zwei einander benachbarte Sektionen eine gemeinsame Grenzlinie haben. Diese magnetischen Sektionen der Scheibe 51 sind in radialer Richtung entlang der Linie 54, die wie die Längsachse des Schutzrohrkontaktes 40 verläuft, magnetisiert, d.h. der magnetische Fluß verläuft in radialer Richtung. Diese magnetischen Sektionen 56a, 56b, 56c und 56d weisen jeweils zwei magnetische Bezirke bzw. Polflächen einander entgegengesetzter Polarität auf, die so orientiert sind, daß eine durch sie verlaufende radiale Linie 57, die die Längsachse einer Sektion bildet, parallel zur Längsachse 43 des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 verläuft, wenn der entsprechende Sektor dem Schutzrohrkontakt 40 benachbart ist. Die magnetischen Bezirke bzw. freien Polflächen eines jeden Sektors (z.B. 56a) sind jeweils so magnetisiert, daß sich eindeutig zwei ausgeprägte, aneinander grenzende Polflächen entgegengesetzter Polarität N, und S- bilden. Wenn sich eine magnetische Sektion (z.B. 56a) in unmittelbarer Nachbarschaft oder unter dem Schutzrohrkontakt 40 befindet, verläuft der von diesen Polen N , S₁ ausgehende magnetische Fluß durch die Kontaktzungen 41 des Schutzrohrkontaktes 40, wodurch dieser schließt. Die Trägerplatte 52 ermöglicht einen magnetischen Rückschluß bzw. eine magentische Verbindung zwischen den nichtfreigelegten Polflächen N2 bzw. S2 der vorstehend erwähnten magnetischen Bezirke. Durch diesen magnetischen Rückschluß in der Platte 52

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schließt sich somit der magnetische Pfad einer magnetischen Sektion, der wie vorstehend erwähnt, auch durch die Kontaktzungen 41 verläuft. Der magnetische Rückschluß über die Platte 52 hat weiter den Vorzug, daß sich durch den geringen magnetischen Widerstand, den diese Platte 52 aufweist, der magnetische Fluß 58 erhöht und daß die Stärke eines Streufeldes an den. Kanten der magnetischen Scheibe 51 vermindert wird.

Im Bereich der GreiELiaie 55 zwischen zwei einander benachbarten Sektionen (z.B« 56a, 56b), deren magnetische Flüsse in ihrer Richtung einander entgegengesetzt sind, ergibt sich eine neutrale Zone,in deren Mitte kein magnetischer Fluß besteht» Verläuft solch eine Grenzlinie 55 in der gleichen Richtung wie die Längsachse des Schutzrohrkontakt-Schalters 40, dann öffnen die Kontaktzungen 41 des direkt benachbarten Schutzrohrkontakt-Schalters 4O, weil in dieser Stellung kein magnetischer Fluß besteht, der durch die Kontaktzungen 41 verläuft (siehe hierzu Fig. 1). Durch eine Weiterdrehung der magnetischen Scheibe 51, die dem Schut^rohrkontakt-Schalter 40 benachbart angeordnet ist und deren Oberfläche parallel zur Längsachse 43 des Schutzrohrkontaktes 40 ist, gelangen aufeinanderfolgend nacheinander die magnetischen Sektionen 56a, 56b, 56c und 56d unter den Schutzrohrkontakt-Schalter 40, über dessen Kontaktzungen 41 sich jeweils die magnetischen Flüsse der magnetischen Sektionen schließen, wobei sich diese magnetischen Flüsse in ihrer Richtung in der gleichen Reihenfolge wie die Polarität der magnetischen Sektionen ändern. Diese Änderung eines magnetischen Flusses, von einer Richtung in die entgegengesetzte, ergibt einen definierten Übergangspunkt bzw. eine neutrale Zone mit der Grenzlinie 55, in welcher der magnetische Fluß den Wert Null bzw. beinahe den Wert Null erreicht. Siehe hierzu Fig. 3 und die folgende Erläuterung.

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Die Kurve 63 zeigt somit äen ϊ.π--'?.- -. -"inban;:,- ...... ::::.:::i>::t.ische Flußstärke auf den Schute>o)irkum:^kt~So]iaX» w=r 4: -.:;;:_.Λ^ -einwirkt, in Abhängigkeit von der Stellung der m^.gnetlBch^n Se-h-ilbe 51 mit den magnetischen Sektionen 56a»„56d_f die -orfinaungsgimaS mit einer Anzahl nebeneinanderliegenden Sektionen wechselnder Polarität, jedoch gleicher magnetischer Stärke ausgeführt ist. Das Charakteristische an der Kurve 63 ist ihr sehr steilc-v Vorlauf in der neutralen Zone im Bereich der Grenzlinie 55, wo sieh die Stärke des magnetischen Flusses rapide von einem maximalen Wert nach Null ändert. Die Schnittpunkte, wo für den magnetischen Sektor 56a die Kurve 63 die PegeJ linien P und D schneidet, liegen in horizontaler Richtung sehr nahe nebeneinander. Ein ähnlicher,jedoch umgekehrter Verlauf der Kurve 63 ergibt sich beim übergang auf den nächstfolgenden magnetischen Sektor 56b, der eine entgegengesetzte magnetische Polarität aufweiset.. Auch in diesem Fall erfolgt ein sehr steiler Anstieg der Kurve 63.

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Wie die Fig. 4 zeigt, ist es durch eine entsprechende Gestaltung der Schalterbetätigungseinriehtung 50 in der vorstehend beschriebenen Ausführung möglich, eine große Anzahl von aufeinanderfolgenden Stellungsanzeigen bzw. Impulse bei einer Scheibenumdrehung zu bekommen, indem eine große Anzahl magnetischer Sektionen 56a, 56b... 56n vorgesehen werden. Aus der Fig. 3 ist weiter zu ersehen, daß auf der Seite links von der Grenzlinie 55 die wesentlichste Änderung der Stärke des magnetischen Flusses dort beginnt, wo der Abstand von der vertikalen Linie V etwa der Materialdicke T der magnetischen Scheibe 51 entspricht. Um eine möglichst gute Ausnutzung zu bekommen, sollte deshalb die transversale Abmessung, bzw. die Breite W der magnetischen Sektionen 56a.„56n im mittleren Bereich größer sein als die Materialdicke T der Scheibe 51.

Die Kurven 61 und 62 in der Fig. 3 zeigen die Stärke des magnetischen Flusses, der sich ergibt, wenn die rechte Sektion 56 b nichtmagnetisiert ist (Kurve 61) oder,wenn diese rechte Sektion 56b in umgekehrter Polarität zu der linken Sektion 56a magnetisiert/ist_f jedoch mit einer Intensität, die nicht ausreicht, um den Schutzrohrkontakt-Schalter 40 zu schließen (Kurve 62). Aus der Kurve ist zu ersehen, daß eine maximale Änderung des magnetischen Flusses an der Grenzlinie 55 stattfindet und daß sich anschließend der magnetische Fluß in einem asymptotischen Verlauf dem Wert Null nähert. Der Verlauf der Kurve 62 ist ähnlich dem Verlauf der Kurve 61, jedoch wird bei dieser Kurve 62 eine eindeutige Stellung definiert, wo der magnetische Fluß den Wert Null erreicht. Die maximale Änderung des magnetischen Flußpegels der Kurven 61 und 62 ist im Vergleich mit der Kurve 63 sehr beachtlich weniger, außerdem zeigt der Verlauf der Kurven 61 und 62 in dem Bereich, wo sie die Pegellinie D schneiden, eine nur geringe Flußänderung, wodurch sich Unsicherheiten im Öffnungszeitpunkt des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 ergeben. Aus der Fig. 3 und aus dem Verlauf der Kurven 61, 62 und 63 ist weiter zu ersehen, daß durch die Einwirkung von magnetischen Steufeldern die Zuverlässigkeit der Schalt-Funktion des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 bzw. der Ort wo die Schaltung stattfindet, bei den Kurven 61 und 62 beeinflußt und verschoben wird und daß Docket LE 968 014 009831/0998

sich dadurch die Unsicherheit noch weiter erhöhen kann. Die Einwirkung der magnetischen Streufelder ist insbesondere bei den Kurven 61 und 62 kritisch, wo diese die Pegellinie D schneiden. Durch die Einwirkung eines magnetischen Streufeldes wird die Pegellinie D in vertikaler Richtung entweder nach oben oder nach unten verschoben. Bei Anwesenheit eines magnetischen Streufeldes wird der Punkt, bei dem der Schutzrohrkontakt 40 öffnet oder schließt in seiner Lage nur wenig verschoben, wenn die Flanke der Kurve des magnetischen Flusses sehr steil verläuft, wie dies z.B. bei der Kurve 63 der Fall ist. Bei den Kurven 61 und 62, deren Flanken viel weniger steil sind, variiert der Schnittpunkt der Kurven 61, 62 mit den horizontalen Pegellinien D bzw. P bei Einwirkung eines magnetischen Streufeldes beachtlich und der Schutzrohrkontakt-Schalter 40 schließt bzw. öffnet zu ungleichen Zeiten, d.h. der geometrische Ort der Sehaltfunktionen streut beachtlich um eine vorgegebene Stellungsposition der magnetischen Scheibe 51. Das öffnen und Schließen des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 kann demzufolge vor oder hinter der vorgegebenen Sollstellung des Impulsgebers 23 erfolgen.

Es ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Impulsgebers 23, daß die magnetische Induktion B der Sektionen 56a...56n, bzw. die Stärke des magnetischen Flusses in beliebiger Größe gewählt werden kann. Die Stärke des magnetischen Flusses der Kurve 63 kann durch eine größere magnetische Induktion B der einander benachbarten magnetischen Sektionen 56a und 56b erhöht werden. Während eine Erhöung oder eine Verminderung der Stärke des magnetischen Flusses nach der Kurve 63 aufgrund der steilen Flanken praktisch keine Änderung bzw. Verschiebung des Schnittpunktes der Kurve 63 mit den horizontalen Pegellinien P bzw. D zur Folge hat, bewirkt eine Erhöhung des magnetischen Flusses bei einer Schalterbetätigungseinrichtung in einer Ausführung,die den Kurven 61 bzw. 62 zugrunde liegt, daß die Schnittpunkte dieser Kurven mit den Pegellinien P bzw. D in den flachverlaufenden Teil der Kurvenflanken verschoben werden, wodurch sich wiederum eine starke Streuung des Schaltpunktes ergeben kann. Eine Verminderung der magnetischen

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Flußstärke bei einer Ausführung, die den Kurven 61 bzw. 62 zugrunde liegt, bewirkt, daß der magnetische Fluß, der als Schaltfluß wirken soll, sich dem Pegel des Streufeldflusses nähert, wodurch wiederum die Zuverlässigkeit einer genauen Schaltung beeinträchtigt wird, daß der Schutzrohrkontakt-Schalter 40 an der · vorgesehenen Stelle schaltet.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Impulsgebers 23 und seine Anwendbarkeit kann am besten durch eine Aufzählung der aufeinanderfolgenden Vorgänge beim Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Steuergerätes 10 erfolgen, welches mit einem erfindungsgemäßen Impulsgeber 23 ausgerüstet ist. FaUs eine Auslenkung der Zahnstange 11 nach links erfolgen soll, wird über das Kabel 25 ein Eingangssignal, das identisch zu der gewünschten Auslenkung ist, zu der Steuerschaltung 22 gegeben. Dieses Eingangssignal enthält auch die Information, in welcher Richtung und wie weit die Zahnstange 11 ausgelenkt werden soll. In diesem Beispiel wird durch das Eingangssignal veranlaßt, daß der Elektromagnet 21 anspricht. Die Information des Eingangssignales über die Größe der Auslenkung wird von einem Zähler in der Steuerschaltung 22 gegeben, der durch die vom Schutzrohrkontakt-Schalter 40 abgegebenen Signale schrittweise weitergeschaltet wird.

Soll z.B. die Zahnstange 11 nur um einen Schritt nach links bewegt werden, dann wird der Elektromagnet 21 erregt und durch dessen Klinke 15 wird das Sperrad 16 freigegeben, worauf die Welle 14 im Linksdrehsinn rotieren kann. Bei Beginn der Wellenrotation ist der Schutzrohrkontakt-Schalter 40 noch geschlossen, da sich die magnetische Sektion 56a noch in unmittelbarer Nachbarschaft be- _j findet. Durch die Weiterdrehung der Welle 14 wird auch die magnetische Scheibe 51 mitgenommen und der magnetische Fluß, der über die Kontaktzungen 41 des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 verläuft, kehrt sich in seiner Richtung um, sobald die Grenzlinie 55 zwischen den beiden Sektionen 56a und 56b parallel mit der Längsachse 43 des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 verläuft.

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In dieser Stellung öffnet der Schutzrohrkohtakt-Sehalter 40 und kurz darauf schließt er wieder, wobei der magnetische Fluß in den Kontaktzungen 41 seine Richtung gewechselt hat. Die kurzzeitige Öffnung des Schutzrohrkontakt-Schalters 40 bewirkt, daß der in der Steuerschaltung 22 befindliche Zähler tan einen Schritt weitergeschaltet wird und da nur eine linksseitige Auslenkung der Zahnstange 11 urn einen Schritt gefordert wurde, wird der Elektromagnet 21 wieder abgeschaltet, wodurch die Klinke 15 wieder in das Sperrad 16 einfallen kann und sich gegen die nächste Anschlagfläche 17 legt. Falls eine linksseitige Auslenkung der Zahnstange 11 um sechs Einheiten gefordert wird, dann bleibt in diesem Fall der Elektromagnet 21 solange erregt, bis der Schtitarohrkontakt-Schalter 40 sich sechsmal geöffnet hat und sechs Impulse erzeugt wurden, die am Zähler eine Weiterschaltung um sechs Schritte bewirken.

Wird eine rechtsseitige Auslenkung der Zahnstange 11 gefordert, dann wird durch das auf dem Kabe3 25 ankommende Eingangssignal die Erregung des Elektromagnet -an ?A verursacht und auf den Zähler in der Steuerschaltung 22 werden w,^:.·..■."■;,■ T^p\?7.se von Schutzrohrkontakt-Schalter 40 entsprechend der Anzahl !, erforderlichen Bewegungsschritte gegeben. Durch die Erregung des Elektromagneten 24 wird der Druckschuh 34 gegen die Federwicklungen der Federkupplung 31 gedrückt, wodurch sich diese an die äußere Oberfläche der Hohlwelle 32 fest anpressen. Dadurch wird bewirkt, daß das Antriebsritzel 33 über die Hohlwelle 32 das Sperrad 16 im Rechtsdrehsinn dreht, wodurch auch die Zahnstange 11 nach rechts ausgelenkt wird. Die magnetische Betätigungseinrichtung 50, die in diesem Betriebsfall sich ebenfalls im Rechtsdrehsinn bewegt, bewirkt, wie im vorstehend beschriebenen Betriebsfall ebenfalls das Schließen und öffnen des Schutzrohrkontakt-Schalters 40. Jeder Wechsel der magnetischen Flußrichtung in den Kontaktzungen 41 hat zur Folge, daß sich kurzzeitig der Schutzrohrkontakt-Schalter 40 öffnet und wieder schließt, und daß dieser Impuls den Zähler •in der Steuerschaltung 22 jeweils um einen Schritt weiterschaltet.

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Wurden vom Schutzrohrkontakt-Schalter 40 auf den Zähler die geforderte Anzahl vom Impulsen gegeben, die der Anzahl der geforderten Bewegungseinheiten entsprechen, dann befindet sich der Zähler in seiner Nullstellung, wodurch der erregte Elektromagnet 24 abgeschaltet und die Federkupplung 31 entkuppelt wird. Dadurch löst sich die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Welle 14 und der Hohlwelle 32. Die Antriebswelle 12 treibt über die Reibungskupplung 13 die Welle 14 im Linksdrehsinn solange an, bis sich eine Anschlagfläche 17 des Sperrades 16 an der Klinke 15 anlegt.

Außer dem vorstehend beschriebenen Beispiel einer zweckmäßigen Anwendung des erfiridungsgemäßen Impulsgebers 23 mit einem Schutzrohrkontakt kann dieser Impulsgeber in verschiedenen Variationen als Stellungsanzeiger, oder als Rückkopplungselement in Steuerbzw. Regelanordnungen eingesetzt werden. Z.B. kann der erfindungsgemäße Impulsgeber auch eine Schalterbetätigungseinrichtung 50 aufweisen, die in Form einer Schiene ausgeführt ist und die sich geradlinig bewegt. Auch auf dieser Schiene als Betätigungseinrichtung 50 sind die magnetischen Sektionen nebeneinanderliegend mit wechselnder magnetischer Polarität ausgeführt. Eine derartige Anordnung kann z.B. zum Zählen bzw. zur Längenbestimmung benützt werden. Der erfindungsgemäße Impulsgeber ist auch als Grenzwertschalter bzw. als Anzeigegerät für Bewegungsvorgänge verwendbar.

Docket LE _{968 O}l4 "09831/0998

Claims (7)

1. - 17 -

   PATENTANSPRÜCHE

   Impulsgeber mit mindestens einem Schutzrohrkontakt und einer geradlinig oder rotationsbeweglichen, das öffnen und Schließen des Schutzrohrkontaktes steuernden Betätigungseinrichtung, die aus einem Träger und mehreren darauf angeordneten Dauermagneten besteht, deren von dessen Polflächen ausgehende magnetische Flüsse jeweils an der dem zu erzeugenden Impuls zugeordneten Stellung der Betätigungseinrichtung eine Größe aufweisen, die einen für die jeweilige Schaltfunktion des Schutzrohrkontaktes bestimmten Pegel unter- bzw. überschreitet, wodurch dieser öffnet oder schließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete dünne Magnetscheiben (52) sind, die aneinandergrenzsnd auf der Oberfläche des Trägers befestigt sind, daß jeweils zwei Dauermagnete ungleicher Polarität eine magnetische Sektion (56a...56n) bilden, deren beide Polflächen (N₁, S₁) nebeneinander in einer Ebene liegen, daß wenigstens an einer Seite der ersten Sektion (56a) an diese angrenzend eine zweite Sektion (56b) angeordnet ist, deren beide Polflächen (S₁, N₁) eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wie die unmittelbar benachbarten Polflächen (N₁, S₁) der ersten Sektion, daß die Grenzlinie (55) zwischen zwei Sektionen (56a, 56b) quer zur Bewegungsrichtung (18) der Betätigungseinrichtung (50) verläuft und daß die Polflächen aller Sektionen eine möglichst gleich große magnetische Induktion aufweisen.

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   Docket LE 968 014
2. 2. Impulsgeber mit einer rotierenden Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (50) mit einer Antriebswelle (14) verbunden ist, daß als Träger eine kreisförmige Platte (52), die eine plane Oberfläche aufweist, vorgesehen ist, daß auf der Kreisfläche dieser Platte eine der Anzahl, der bei einer Umdrehung zu erzeugenden Impulse entsprechende Anzahl von Sektionen (56a...56n) vorgesehen sind und daß der Schutzrohrkontakt (40) vor der Oberfläche der magnetischen Sektionen (56a...56n) so angeordnet ist, daß dessen Längsachse (43) parallel zur Oberfläche der Sektionen und in der gleichen Richtung wie die Grenzlinie (55) zwischen zwei benachbarten Sektionen verläuft.
3. 3. Impulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete aus einem Keramikmaterial, das eine Koerzitivkraft von 1500-2000 örsted aufweist, bestehen.
4. 4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete aus Bariumferrit bestehen.
5. 5. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete und Sektionen (56a...56n) in einer magnetischen Scheibe (51) durch nachträgliche Magnetisierung hergestellt sind.
6. 6. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Betätigungseinrichtung (50) als magnetischer Rückfluss für die magnetischen Flüsse der Dauermagnete in den Sektionen der Träger dient und daß dieser Träger aus einem magnetisch weichen Material besteht, das eine Koerzitivkraft von etwa 5 örsted aufweist.

   Docket LE 968 014 009831/0998
7. 7. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Schutzrohrkontakt (40) in geringmöglichstem Abstand parallel vor der Oberfläche der Betätigungseinrichtung und den Polflächen der Dauermagnete so angeordnet ist, daß seine Längsachse (43) quer zur Bewegungsrichtung der Betätigungseinrichtung verläuft.

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