DE2825263C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Nähe­ rungsschalter entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Näherungsschalter entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruches 1 (DE-OS 23 01 242) sind die beiden Permanentmagnete auf gesonderten Schalthebeln angeordnet, die miteinan­ der über ein Verbindungsglied verbunden und in Schwenklagerstellen schwenkbar gelagert sind. Bei Bewegung eines Schwimmers, der das relativ zu den Permanentmagneten bewegliche Betätigungselement bildet, führen die Magnete eine Auf- und Abwärts­ bewegung aus und bewegen sich damit senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie der Magnete.

Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Nähe­ rungsschalters liegt in seinem großen Raumbedarf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Näherungsschalter der im Ober­ begriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß mit einer besonders gedrängten, raumsparenden Bauweise eine sehr zuverlässige Funktion gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 ge­ löst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Schemadarstellung zweier Magnete und eines mit ihnen zusammenwirkenden magnetisierbaren Teiles,

Fig. 2 eine Schemadarstellung entsprechend Fig. 1, die die Verzerrung des Magnetfeldes durch ein äußeres Betätigungselement veran­ schaulicht,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein erstes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 eine Schemadarstellung eines abgewandel­ ten Ausführungsbeispieles;

Fig. 5 eine Schemadarstellung einer weiteren Varian­ te der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden ein Primärmagnet 1 und ein Sekundärmagnet 2 durch einen nicht-magneti­ schen Kupplungsteil 3 in Abstand voneinander gehal­ ten. Ein magnetisierbarer Teil 4 aus Weicheisen oder aus permanentmagnetischem Material ist zwischen den beiden Magneten 1 und 2 angeordnet und ist von diesen durch Luftspalte 5 und 6 getrennt. Primärmagnet 1 und Sekundärmagnet 2 sind jeweils mit denselben Polen (beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Südpolen) dem Teil 4 zugewandt. Die Magnet­ flußlinien des Primärmagneten 1 laufen vom Nordpol über die Luft zur Seite des Teiles 4 und vom Teil 4 durch den Luftspalt 5 zum Südpol des Magneten 1 zurück. Einige Magnetflußlinien verlaufen auf kürzerem Wege direkt vom Nordpol zum Südpol des Primärmagneten 1. Je länger der Luftspalt 5 ist, umso mehr Kraftflußlinien folgen diesem kürzeren Weg was zu einer entsprechenden Schwächung der Feldstärke im Luftspalt 5 führt.

In entsprechender Weise verlaufen Magnetflußlinien vom Nordpol des Sekundärmagneten 2 durch die Luft zum benachbarten Ende des Teiles 4 und von hier aus durch den Luftspalt 6 zurück zum Südpol des Magneten. Auch hierbei folgen einige Magnetfluß­ linien einem kürzeren Weg direkt durch die Luft und umgehen damit den Luftspalt 6. Die zwischen den Magneten und dem Teil 4 ausgeübte Zugkraft erzeugt einen Druck im Kupplungsteil 3. Die resul­ tierende Kraft, welche die Magnetanordnung zu be­ wegen sucht, hängt von den relativen Längen der Luftspalte und der Stärke der Magnete ab. Werden die Magnete von einem Ende ihrer Bewegungsbahn zum anderen bewegt, so ändert sich die Kraft von einem in einer ersten Richtung wirkenden großen Wert über Null zu einem in der anderen Richtung wirksamen großen Kraftwert.

Nähert sich ein äußeres magnetisierbares Betäti­ gungselement 7 (Fig. 2) dem Ende des Primärmagne­ ten 1, so wird das Magnetfeld gestört, wobei ein Teil der magnetischen Kraftlinien durch einen Luftspalt 7 zwischen dem Primärmagneten 1 und dem Betätigungselement 7 verläuft. Dies erzeugt eine dritte Kraftkomponente, welche die im Luft­ spalt 6 des Sekundärmagneten 2 erzeugte Kraft unterstützt und der im Luftspalt 5 erzeugten Kraft entgegenwirkt. Dadurch wird die Magnetan­ ordnung nach links verschoben, wie in Fig. 2 dar­ gestellt.

Bei einer praktischen Ausführung wird das Ausmaß der Bewegung der Magnete auf einen geringen Ent­ fernungswert begrenzt, der so gewählt ist, daß bei fehlendem Betätigungselement 7 die Magnet­ anordnung nach rechts verschoben wird (vgl. Fig. 1), während bei vorhandenem Betätigungselement 7 die Magnete nach links geführt werden (Fig. 2).

Fig. 3 veranschaulicht einen erfindungsgemäß aus­ gestalteten, magnetisch betätigten Näherungsschal­ ter. Ein Primärmagnet 10 ist in geeigneter Weise mit dem ersten Ende 11 eines Kupplungsteiles ver­ bunden, der als Verbindungsstange 12 ausgebildet ist. Mit dem zweiten Ende 14 dieser Verbindungs­ stange 12 ist ein Sekundärmagnet 13 verbunden. Die Verbindungsstange 12 ist gleitbeweglich in Kunststofflagern 15, 16 niedriger Reibung gela­ gert; diese Lager sitzen in Enden 17, 18 einer Hülse 19. Die Hülse 19 ist in geeigneter Weise in einem mit Außengewinde versehenen Rohr 20 be­ festigt, das als Gehäuse dient. Die Hülse 19 mit den stirn- bzw. endseitigen Ringen kann ent­ weder aus Weicheisen oder aus permanentmagnetischem Material bestehen und aus einem oder mehreren Teilen hergestellt sein. Das mit Außengewinde ver­ sehene Rohr 20 besteht vorzugsweise aus nicht magnetischem Material, kann jedoch auch aus magneti­ schem Material hergestellt werden, sofern ausreichen­ de radiale Luftspalte zwischen den Magneten 10, 13 und dem Rohr 20 vorgesehen werden. Jedenfalls müssen die Endverschlüsse nicht magnetisch ge­ staltet sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der Magnete 10 und 13 dazu benutzt, bestimmte Nutzeinrichtungen, wie beispielsweise einen Zähler, einen elektrischen Schalter oder einen pneumatischen Schalter, zu betätigen. Wenn­ gleich der Schalter in dem Gehäuse in den ver­ schiedensten Stellungen angeordnet sein kann, so ist er bei der Ausführung gemäß Fig. 3 am rechten Ende vorgesehen. Ein Betätigungselement 21, das vom Magneten 13 ausgeht, dient als Antrieb für einen beweglichen Kontakt 22, der sich zwischen einem normalerweise geöffneten Kontakt 23 und einem normalerweise geschlossenen Kontakt 24 befindet. Der Kontakt 23 ist über eine Leitung 25 mit einem Anschlußstift 26 verbunden. Der normaler­ weise geschlossene Kontakt 24 steht über eine Lei­ tung 27 mit einem Anschlußstift 28 in Verbindung. Der bewegliche Kontakt 22, der den Umschaltkontakt eines einpoligen Umschalters darstellt, ist über eine Leitung 29 mit einem Anschlußstift 30 verbun­ den. Zum Schutz der Lager 15 und 16 und der Kon­ takte ist das Rohr 20 an beiden Enden dicht abge­ schlossen, wobei die Anschlußstifte durch Glas­ dichtungen nach außen geführt sind. Vorzugsweise ist das Rohr 20 evakuiert und mit einem Edelgas gefüllt.

Die bei dieser Ausführung benutzten Magnete sollten eine hohe Koerzitivkraft und ein geringes Gewicht besitzen. Geeignet sind beispielsweise die kürz­ lich entwickelten Magnete und unter Verwendung sel­ tener Erden, d. h. Magnete aus Zusammensetzungen von Kobalt mit seltenen Erden, wie Yttrium, Cerium, Lanthanum, Praseodymium, Camarium. Derartige Magnete können als Magnete 10 und 13 benutzt werden und lie­ fern eine hohe magnetische Anziehungs- oder Ab­ stoßungskraft zwischen den Magneten und benach­ barten Elementen aus magnetisierbarem Material bzw. benachbarten Magneten.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 sind die Abmessun­ gen und Stärke der Magnete 10, 13 und ihre Ab­ stände von den Enden 17, 18 der Hülse 19 so ge­ wählt, daß die resultierende, magnetisch erzeug­ te Kraft die Magnetanordnung nach rechts bewegt (wie Fig. 3 zeigt), und zwar bei jeder Stellung des Kontaktes 22 zwischen den Kontakten 23, 24, mit einer Kraft, die größer als das Gewicht der Magnet­ anordnung ist. Dadurch wird ein ausreichender Kon­ taktdruck zwischen den Kontakten 22, 24 bei allen räumlichen Anordnungen des Schalters und fehlendem magnetischem Betätigungselement gewährleistet.

Wird ein Betätigungselement 7, beispielsweise ein Eisen- oder Stahlteil oder ein geeignet orientier­ ter Magnet, dem an das linke Ende der Anordnung an­ grenzenden Bereich genähert, so überwindet die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Magneten 10 und dem Betätigungselement 7 die Vorspannkraft, welche die Magnete nach rechts bewegt; die Magnet­ anordnung bewegt sich daher nach links und schließt die Kontakte 22, 23. Da sich die magnetische Kraft als Funktion der Länge des Luftspaltes ändert, tritt eine Hebelwirkung auf, die bei Bewegung der Magnete die auf eine Bewegung gerichtete Kraft vergrößert. Dies gewährleistet ein rasches Ansprechen und einen guten Kontaktdruck zwischen den Kontakten 22, 23.

Wenngleich die in Fig. 3 veranschaulichte zylindri­ sche Ausführung im allgemeinen bevorzugt wird, so können auch andere Ausführungen vorgesehen werden. eine andere Variante ist in Fig. 4 dargestellt. Hier­ bei sind ein erster Magnet 31 und ein zweiter Mag­ net 32 an den Enden der Arme eines V-förmigen Teiles 33 befestigt, der schwenkbar auf einem Lagerzapfen gelagert ist, der von einer Halterung 34 innerhalb eines Gehäuses 35 getragen wird. Ein magnetisierbares Element 36 ist an der Spitze der Halterung 34 vorgesehen und befindet sich zwischen gleichen Polen der Magnete 31, 32. Ein normaler­ weise geöffneter Kontakt 37 und ein normalerweise geschlossener Kontakt 38 dienen als Anschläge zur Begrenzung der Bewegung der Magnete relativ zum Gehäuse. Die Magnete und die Luftspalte sind so bemessen, daß bei Fehlen eines Betätigungselemen­ tes 39 der normalerweise geschlossene Kontakt 38 geschlossen ist. Bei Annäherung des Betätigungs­ elementes 39 wird das Magnetfeld der Magnete ver­ zerrt und hierdurch eine Kraft erzeugt, welche die Magnete in einer Richtung bewegt, durch die der Kontakt 38 geöffnet und der Kontakt 37 geschlossen wird.

Wie Fig. 5 zeigt, kann das Gehäuse 35 gewünschten­ falls vergrößert werden und statt des V-förmigen Teiles 33 ein Y-förmiger Teil 40 vorgesehen wer­ den, der in seinem Schwerpunkt schwenkbar gelagert ist. Ein so ausgestalteter Näherungsschalter ist gegenüber Beschleunigungskräften sowie bezüglich seiner räumlichen Anordnung unempfindlich und kann daher vorteilhaft an bewegten Einrichtungen benutzt werden.

Claims (7)

1. Magnetischer Näherungsschalter, enthaltend

• a) zwei Permanentmagnete (10, 13), die zwischen zwei Endlagen beweglich angeordnet sind,
• b) eine die beiden Permanentmagnete (10, 13) miteinander verbindende Kupplung (12),
• c) ein relativ zu den Permanentmagneten (10, 13) bewegliches, magnetisierbares Betäti­ gungselement (7), durch dessen Annäherung bzw. Entfernung die beiden Permanentmagnete in die eine oder andere Endlage geführt werden,
• d) eine durch die Permanentmagnete (10, 13) be­ tätigbare Nutzeinrichtung (22, 23, 24),

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• e) die beiden Permanentmagnete (10, 13) sind durch eine Stange (12) aus nichtmagneti­ schem Material miteinander verbunden und längs der Verbindungslinie geradlinig ver­ schiebbar;
• f) zwischen den beiden Permanentmagneten (10, 13) ist ein hülsenförmiger Teil (19) aus magnetisierbarem Material so angeord­ net, daß zwischen dem einen Ende des hülsen­ förmigen Teiles (19) und dem ersten Per­ manentmagneten (10) ein erster Luftspalt und zwischen dem anderen Ende des hülsen­ förmigen Teiles (19) und dem zweiten Per­ manentmagneten (13) ein zweiter Luftspalt vorhanden ist.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (12) in zwei Gleitlagern (15, 16) gelagert ist, die an den Enden (17, 18) des hülsenförmigen Teiles (19) angeordnet sind.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Permanent­ magnete (10, 13) betätigbare Nutzeinrichtung (22, 23, 24) einen zwischen zwei feststehen­ den Kontakten (23, 24) angeordneten, bewegli­ chen Kontakt (22) enthält, der schwenkbar ge­ lagert und durch ein mit dem einen Permanent­ magneten (13) verbundenes Betätigungselement (21) betätigbar ist.

4. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Permanent­ magnete (10, 13) betätigbare Nutzeinrichtung (22, 23, 24) die Bewegung der Permanentmagne­ te in der einen Richtung begrenzt.

5. Näherungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch ein mit Außengewinde versehenes Rohr (20), in dem die beiden Permanentmagnete (10, 13), der hülsenförmige Teil (19) aus magneti­ sierbarem Material sowie die betätigbare Nutz­ einrichtung (22, 23, 24) untergebracht sind.

6. Näherungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch ein Gehäuse aus magnetisierbarem Ma­ terial, dessen Innenwand von den Permanentma­ gneten einen Abstand aufweist, wobei nahe dem ersten Magnet ein Fenster im Gehäuse vorgese­ hen ist, das durch nichtmagnetisierbares Mate­ rial geschlossen ist.