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sowqizp. BETÄTIGTE ELEKTRISCHE SCHALT-ANORDNUNG Die Erfindung betrifft
eine schwimmerbetätigte elektrische Schaltanordnung, wie sie im Zusammenhang mit
einem Kessel oder einem ähnlichen Flüssigkeitsbehälter Verwendung findet. Die Anordnung
weist einen Schwimmer auf, der dem Flüssigkeitsstand folgt und mit einem auf der
nassen Seite liegenden Primärmagneten versehen ist, wobei letzterer sich zusammen
mit dem Schwimmer bewegt. Der Primärmagnet steuert die Bewegung eines Schaltmagneten
oder Sekundärmagneten, und zwar mittels magnetischer Beeinflussung durch eine unmagnetische
Wand hindurch. Der Sekundärmagnet liegt auf der trockenen Seite der Schaltanordnung.
Seine Bewegung steuert die Betätigung eines elektrischen Schaltkontaktes.
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Bei einem typischen Ausführungsbeispiel sind der Primärmagnet und
der Sekundärmagnet als Stabt magneten ausgebildet.
Sie sind um horizontale
Achsen schwenkbar, wobei sie mit ihren Längsachsen im wesnetlichen fluchtend aufeinander
ausgerichet sind. Je einer von ihnen liegt zu einer Seite der nichtmagnetischen
Wand, und ihre benachbarten Pole besitzen die gleiche Polarität. Wenn der Schwimmer
ansteigt oder abfällt, so fällt oder steigt das entfernt liegende, der nichtmagnetischen
Wand benachbarte Ende des Primärmagneten. Es läßt das benachbarte Ende des Sekundärmagneten
nach oben oder nach unten schwenken, und zwar mit einer Schnappwirkung, wenn nämlich
die magnetischen Abstoßungskräfte zwischen den benachbarten Polen der beiden Magneten
durch eine Totpunktstellung hindurchgehen.
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Viele andere Ausführungsformen sind möglich.
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Früher trug bei Schalteranordnungen der eingangs genannten Art der
Sekundärmagnet einen oder mehrere Schaltkontakte, die sich zur Betätigung des Schalters
bewegten, wenn der Sekundärmagnet zwischen seinen Endlagen hin und her wanderte.
Eine andere Möglichkeit bestand darin, den Sekundärmagneten mit einem durch magnetische
Beeinflussung steuerbaren und bewegbaren Anker zu versehen, der die Schaltkontakte
trug oder betätigte. Diese älteren Schalter sind jedoch kompliziert in ihrer Konstruktion
und besitzen häufig nicht die gewünschte Empfindlichkeit, und zwar aufgrund der
Vielzahl der Einzelteile und deren zwangsläufig vorhandener Toleranzen. Dabei ist
zu bedenken, daß eine einfache Fertigung und Montage, geringe Kosten, absolute Zuverlässigkeit
und exakte Reproduzierbarkeit der Schaltvorgänge über lange Zeiträume und unter
allen auftretenden Betriebsbedingungen, sowie eine hohe Empfindlichkeit von überragender
Bedeutung sind.
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Aus diesen Gründen wurde es bereits vorgeschlagen, auf der trockenen
Seite der Schaltanordnung einen Mikroschalter mit einem Betätigungs-Druckknopf zu
verwenden, der gegen die Wirkung einer inneren Federkraft eingedrückt wird, um die
Schaltkontakte bei einer Bewegung des Sekundärmagneten entweder direkt oder indirekt
umzuschalten. Es stellte sich jedoch heraus, daß die auf den Druckknopf einwirkende
Kraft der innenliegenden Rückholfeder beträchtlich war. Auch wurde diese Kraft auf
den Sekundärmagneten übertragen. Dadurch ergab sich ein Widerstand gegen die freie
Bewegung des Sekundärmagneten. Dieser Widerstand war nicht konstant und änderte
sich von Schalter zu Schalter. Auch war er so groß, daß er von einem gebräuchlichen
Schwimmer- und magnetischen Übertragungssystem nicht überwunden werden konnten.
Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde es bereits in Erwägung gezogen, durch eine Feder
oder ein Gewicht eine Ausgleichskraft zu erzeugen, die der auf den Druckknopf des
Mikroschalters ausgeübten Rückholkraft der Feder entgegenwirkte. Jedoch war auch
diese Lösung nicht zufriedenstellend, da eine weitere Reaktionskraft oder -wirkung
eingeführt wurde, die Unzuverlässigkeiten im Betrieb mit sich brachte.
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Seit kürzerer Zeit gibt es empfindlichere Mikroschalter, bei denen
ein'Betätigungshebel mit einem Ende schwenkbar an dem Mikroschalter befestigt ist
und den Druckknopf des Mikroschalters überlagert. Auf das andere Ende des Hebels
wird eine Betätigungskraft aufgebracht, die den Hebel verschwenkt und den Druckknopf
des Mikroschalters gegen dessen inneren Federwiderstand eindrückt. Da der Hebel
mit einem Bereich, der zwischen seinen Enden liegt, auf
den Druckknopf
des Mikroschalters einwirkt, ergeben sich mechanisch günstige Kräfteverhältnisse,
die eine Betätigung des Mikroschalters unter der Wirkung einer kleineren Kraft ermöglichen.
Allerdings hat man die Betätigungshebel solcher Mikroschalter mit einer gesonderten,
außenliegendsn Rückholfeder versehen, so daß sie nicht rattern oder flattern, wenn
auf das Ende des Hebels keine Betätigungskraft einwirkt, d.h., wenn der Druckknopf
nicht eingedrückt ist. Eine solche außenliegende Riickholfeder führt ebenfalls eine
ungewisse Kraft in das mechanische System ein. Bei einer Verwendung mit einer Scbaltanordnung
der eingangs genannten Art würde diese Rückholfeder einer Bewegung des Sekundärmagneten
entgegenwirken, und zwar mit zunehmender Kraft, da diese außenliegende Rückholfeder
dann gespannt wird, wenn die Bewegung des Hebels den Druckknopf eindrückt, d.h.,
gerade in demjenigen Augenblick, in dem die Bewegung des Sekundärmagneten am empfindlichsten
sein sollte.
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Erfindungsgemäß betätigt bei einer Schaltanordnung der eingangs genannten
Art der Sekundärmagnet einen Mikroschalter mit einem Druckknopf, welcher gegen die
Wirkung eines inneren Federwiderstandes von einer Kraft, die auf einen am Mikroschalter
angelenkten Hebel einwirkt, eingedrückt wird. Dabei ist erfindungsgemäß der Sekundärmagnet
mit einem Bauelement gekoppelt, welches sich gegen den Hebel des Mikroschalters
bewegt und auf diesen eine Kraft zum Eindrücken des Druckknopfes ausübt, wenn der
Sekundärmagnet unter der Steuerung des Primärmagneten in seine erste Endstellung
schwenkt. Ferner sieht die Erfindung vor,
daß der Hebel aus ferromagnetischem
Material besteht und der magnetischen Anziehung des Sekundärmagneten unterliegt,
so daß er, wenn der Sekundärmagnet unter der Steuerung des Primärmagneten in seine
zweite Endlage schwenkt, von dem Sekundärmagneten angezogen und in einer Stellung
gehalten wird, in der der Druckknopf unter der Wirkung des inneren Federwiderstandes
seine ausgeschobene Position einnimmt.
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Bei dieser Anordnung ist es nicht erforderlich, den Hebel des Mikroschalters
mit irgendwelchen außenliegenden Rückholfedern zu versehen. Gleichzeitig wird sichergestellt,
daß der Hebel des Mikroschalters ohne die Gefahr eines Flatterns festgehalten wird,
wenn die Schaltanordnung eine Stellung einnimmt, in der der Druckknopf des Mikroschalters
nach außen geschoben ist. Weiterhin ergibt sich nur eine sehr geringe Wechselwirkung
zwischen dem Mikroschalter und dem Sekundärmagneten, die einen Widerstand gegen
die Bewegung des Sekundärmagneten insbesondere im Zeitpunkt des Umschaltens ausüben
könnte.
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Tatsächlich läßt sich jede Bewegungshemmung des Sekundärmagneten,
die durch die magnetische Anziehung zwischen dem Hebel des Mikroschalters und dem
Sekundärmagneten erzeugt wird, für den Augenblick des Umschaltens bei eingedrücktem
Druckknopf weiter vermindern, wenn sich der Hebel des Mikroschalters und der benachbarte
Pol des Sekundärmagneten etwas auseinanderbewegen, während sich der Sekundärmagnet
derart bewegt, daß er den Hebel zum Eindrücken des Mikroschalters betätigt. Dies
läßt sich erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erzielen, daß der
Sekundärmagnet
stabförmig ausgebildet und um eine horizontale Achse schwenkbar ist, während sich
der Hebel des Mikroschalters um eine vertikale Achse verschwenkt, wobei sein freies
Ende über das von der magnetischen Wand entfernt liegende Ende des Sekundärmagneten
hinausragt, und wobei sich der Hebel vom Sekundärmagneten entfernt, um den Druckknopf
des Mikroschalters einzudrücken.
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Die Erfindung schafft eine äußerst einfache Konstruktion mit einem
Minimum an innerer Reibung und hoher Betriebssicherheit.
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Vorzugsweise ist das zwischen dem Sekundärmagneten und dem Hebel des
Mikroschalters liegende Bauelement eine einfache Schubstange, die an einem Ende
von einer Halterung gestützt wird, welche den Sekundärmagneten trägt und zum Schwenken
des letzeren schwenkbar gelagert ist. Die Wirkungslinie der Schubstange ist geringfügig
gegenüber der Schwenkachse der Sekundärmagneten-Halterung versetzt.
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Verschwenkt also der Sekundärmagnet unter der Wirkung des Primärmagneten
in der einen Richtung, so verschiebt sich die Schubstange in Axialrichtung, um eine
Druckkraft auf den Hebel des Mikroschalters auszuüben und den Druckknopf des Mikroschalters
einzudrücken.
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Das eine Ende der Schubstange kann derart mit der Halterung des Sekundärmagneten
gekoppelt sein, daß es lose in einer Ausnehmung der Halterung liegt und gegen deren
Boden lediglich durch die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Sekundärmagneten
und dem Hebel des Mikroschalters gedrückt wird, der auf die Schubstange einwirkt.
Dabei kann man die Feineinstellung der Schaltanordnung erfindungsgemäß dadurch erzielen,
daß man eine
Einstellschraube vorsieht, die sich durch den Boden
der Ausnehmung erstreckt und an dem einen Ende der Schubstange anliegt. Durch Eindrehen
oder Herausdrehen der Einstellschraube wird die Schaltstellung der Schubstange und
damit des Hebels des Mikro schalters justiert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden
Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in: Figur 1 einen teilweise aufgebrochenen, teilweise
horizontal geschnittenen Grundriß; Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II
in Figur 1; Figur 3 eine teils vertikal geschnittene Seitenansicht.
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Die dargestellte Schaltanordnung weist ein Gehäuse 4 aus Aluminiumbronze
auf, welches die trockene Seite der Anordnung enthält. Das Gehäuse ist einstückig
mit einem Flansch 5 ausgebildet. Dieser Flansch 5 kann an der Wand 6 eines Behälters
über einer Öffnung 7 befestigt werden, und zwar unter Verwendung von Schrauben,
die durch Löcher 8 hindurchgehen. In aller Regel wird man eine Dichtung zwischen
den Flansch 5 und die Wand 6 einlegen.
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Auf der nassen Seite der Anordnung, die sich innerhalb des Behälters
befindet, ragen zwei Ansätze 9 yom Flansch 5 aus durch die bffnung 7 hindurch. Sie
tragen an ihren
Enden einen Stift 10, der ein Schwenklager bildet,
und zwar für einen Schwimmer 11 und eine Hülse 12 aus einer1 korrosionsfestem Stahl,
welche stabförmigen Primärmagneten 13 aufnimmt. Die Schwenkbewegung der Schwimmeranordnung
wird von einem Flansch 14 begrenzt, der auf der Hülse 12 sitzt und Schultern 15
zur Anlage an den Ansätzen 9 trägt.
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Das Gehäuse 4 enthält ein von Schrauben 16 befestigtes inneres, elektrisch
isolierendes Gehäuse 17 aus glasfaserverstärktem Polyester-Kunststoff, beispielsweise
aus einem Material, wie es unter der Bezeichnung "Celanex" oder'2DerotronW vertrieben
wird. Das innere Gehäuse enthält einen Mikroschalter 18, dessen Anschlüsse 19 hinter
einem aufklappbaren Deckel 20 des Gehäuses 4 liegen.
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Vom inneren Gehäuse 17 stehen zwei einstückige Arme 21 ab. Einer von
diesen Armen müßte im geschnittenen Teil der Figur 3 sichtbar sein, wurde jedoch
aus Gründen der Ubersichtlichkeit fortgelassen. Eine Halterung 22 trägt zentral
einen- stabförmigen Schaltmagneten oder Sekundärmagneten 23. Die Halterung ist schwenkbar
auf den Enden der Arme 21 gelagert, so daß der Sekundärmagnet 23 auf einer horizontalen
Achse hin und herschwenken kann, die parallel zur Achse des Stiftes 10 liegt.
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Die Halterung 22 ist mit einer Ausnehmung 24 versehen, durch deren
Boden hindurch sich eine Einstellschraube 25 erstreckt. Eine Schubstange 26, die
aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 17 besteht, sitzt mit einem Ende lose
in der Ausnehmung 24. Die Sohubstange kann frei innerhalb einer Öffnung 27 von größerem
Durchmesser gleiten, die in der Stirnwand des Gehäuses 17 vorgesehen ist. Mit ihrem
anderen Ende liegt die Schubstange am freien Ende
eines locker
befestigten, ferromagnetischen Hebels 28 an. Der Hebel 28 ist an seinem anderen
Ende 29 schwenkbar mit dem Mikroschalter 18 verbunden und liegt mit einem Bereich
zwischen seinen Enden an einem Druckknopf 30 an. Letzterer wird gegen die Wirkung
eines inneren Federwiderstandes eingedrückt, um die Kontakte des Mikroschalters
umzuschalten.
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Im Betrieb hebt und senkt sich der Schwimmer 11 zwischen den in Figur
3 voll ausgezogen und gestrichelt dargestellten Lagen, sobald sich der Flüssigkeitsstand
innerhalb des Behälters ändert. Der Primärmagnet 13 folgt den Bewegungen des Schwimmers
und steuert die Bewegung des Sekundärmagneten 23, und zwar durch einen Abschnitt
31 des Gehäuses 4 hindurch. Dieser Abschnitt bildet eine nichtmagnetische Wand.
Die Pole an den benachbarten Enden der Magneten 13 und 23 besitzen die gleiche Polarität.
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Sie stoßen sich also ab. Wenn dementsprechend die Schwimmeranordnung
ihre in Figur 3 voll ausgezogen dargestellte Lage einnimmt, befindet sich der Sekundärmagnet
23 in seiner Stellung nach Figur 3, wobei er an einem unteren Anschlag 32 anliegt.
Letzterer steht vom Gehäuse 17 ab.
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In dieser Stellung hält die Schubstange 26 den Hebel 28 in eingedrückt
er Lage und hält dementsprechend auch den Druckknopf 30 des Mikroschalters gegen
die Wirkung der innenliegenden Feder eingedrückt. Dabei nehmen die Kontakte des
Mikroschalters eine entsprechende Stellung ein.
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Fällt der Schwimmer 11 anschließend in die in unterbrochenen Linien
dargestellte Lage nach Figur 3 ab, so drückt der eine Pol des Primärmagneten 13
den benachbarten Pol des Sekundärmagneten 23 nach oben, bis eine Gleichgewichtslage
überschritten
worden ist. Anschließend wird die auf den benachbarten Pol des Sekundärmagneten
23 ausgeübte Kraft nach unten gerichtet, woraufhin der Sekundärmagnet 23 im Uhrzeigersinn
gemäß Figur 3 umschnappt und seine zweite Endstellung einnimmt, in der er an einem
oberen Anschlag 32 anliegt. In dieser zweiten Endstellung kann die Schubstange 26
geringfügig durch die Öffnung 27 nach außen gleiten, so daß der Druckknopf 30 die
Möglichkeit besitzt, unter der Wirkung seiner innenliegenden Feder nach außen zu
wandern und die Kontakte des Mikroschalters in die zweite Schaltstellung zu bringen.
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Bei dieser Lage des Sekundärmagneten 23 werden die Schubstange 26
und der Hebel 28 daran gehindert, locker zwischen der Einstellschraube 25 und dem
Druckknopf 30 des Mikroschalters hin und her zu flattern. Die Hemmung wird gebildet
von der magnetischen Anziehung zwischen dem Ende des Hebels 28 und dem benachbarten
Pol des Sekundärmagneten 23. Diese Kraft zieht den Hebel 28 nach rechts in Figur
1 und 3, so daß die Schubstange 26 zwischen dem Hebel 28 und der Einstellschraube
25 gehalten wird.
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Diese Stellung ist stabil, bis der Schwimmer 11 erneut nach oben wandert
und der Primärmagnet 13 eine weitere Gleichgewichtslage bezüglich des Sekundärmagneten
23 passiert. Letzterer schnappt dann zurück in die Endlage nach Figur 3. Wenn der
Sekundärmagnet 23 diese Stellung einnimmt, drückt die Schubstange 26 den Hebel 28
nach links, d.h., fort vom Sekundärmagneten 23. Die Anziehung zwischen dem Hebel
und dem Sekundärmagneten vermindert sich also gerade in demjenigen Moment, in dem
der Druckknopf des Mikroschalters eingedrückt wird.
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Die Schubstange 26 läßt sich in ihrer Lage bezüglich der Halterung
22 einstellen, um eine Feinjustierung der Betätigung des Mikroschalters zu ermöglichen.
Hierzu wird
die Einstellschraube 25 eingeschraubt oder herausgedreht.