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Zeigerwerk für den Einbau in Messeinrichtungen
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Die Erfindung betrifft ein Zeigerwerk für den Einbau in Messeinrichtungen,
wie Manometer, Thermometer o.dgl. mit einer zwischen einer vorderen und einer hinteren
festen Trägerplatte in Abhängigkeit von einem Messwertgeber um eine Drehachse bewegbaren
und mit einem Istwertzeiger zusammenwirkenden Schwinge.
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Ein solches bekanntes Zeigerwerk er-möglicht es, einen bestimmten
gewünschten Meßwert manuell einzustellen und anschließend einen Schaltvorgang automatisch
auszulösen, wenn dieser eingestellte Sollwert mit dem auftretenden Istwert übereinstimmt,
wenn also der Istwertzeiger mit einem Sollwertzeiger zur Deckung gekommen ist Die
Einstellung des Sollwertes wird durch Verdrehen einer E1nstellwelle durchgeführt.
Dabei bewegt ein Einstellritzel einen elektrischen Mikroschalter und gleichzeitig
erhält der Sollwertzeiger eine Verdrehung, bis der gewünschte Sollwert erreicht
ist. Das Zeigerwerk kann beispielsweise mit seinem Mikroschalter ein Signal erzeugen,
wenn der Istwertzeiger den eingestellten Sollwert erreicht hat.
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Wegen der Verwendung des Mikroschalters als Signalgeber und der damit
verbundenen möglichen Schaltfunkenbildung kann dieses Gerät jedoch nicht in explosionsgefährdeten
Räumen angewandt werden. Der Mikroschalter hat außerdem den Nachteil, daß Hystereseungenauigkeiten
wegen relativ großer Schaltwege auftreten. SchlieRlich sind die Teile des Mikroschalters
beim Schalten mechanischem Verschleiß ausgesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonderen Sicherheitsvorschriften
genügendes Zeigerwerk zu schaffen, dessen Signalgeber ohne mechanische Berührung
arbeitet, und mit dem Hystereseerscheinungen bei der Signalgabe vermieden werden
können, so daß eine hohe Schaltgenauigkeit erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Drehachse
mindestens eine in einen Schlitz eines gabelförmigen Gehäuses einschwenkbare Steuerfahne
befestigt ist, wobei durch die veränderbare Stellung des Gehäuses die Stellung eines
mit diesem gekoppelten Sollwertzeigers bestimmt ist.
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Bevorzugt sind insgesamt zwei jeweils mit einer Steuerfahne zusammenwirkende
verstellbare gabelförmige Gehäuse vorgesehen, wobei das eine Gehäuse auf einen unteren
Sollwert zeiger und das andere Gehäuse auf einen oberen Sollwertzeiger einwirkt.
Dadurch ist es möglich, den gesatten Bewegungsbereich des Istwertzeigers zwischen
jenem unteren Sollwert und einem oberen Sollwert einzugrenzen. Diese Ausführung
hat den Vorteil, daß zwei vorgegebene feste Anzeige-Grenzwerte für Schaltvorgänge
unabhängig voneinander eingestellt werden können, so daß eine Intervallschaltung
möglich ist.
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Beispielsweise kann mit dem Zeigerwerk ein Kompressor in einem bestimmten
Schaltbereich ein- und ausgeschaltet werden. Sinkt der Druck zum Beispiel auf 7,0
bar ab, so wird der Kompressor eingmchaltet, steigt der Druck dann auf 7,5 bar an,
so wird der Kompressor wieder ausgeschaltext.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Schutzansprüchen enthalten.
Der SctlutzumSang erstreckt sich nicht nur auf die beanspruchten Einzelmerkmale,
sondern auch auf deren Kombination.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig.1 eine Draufsicht auf ein Meßgerät mit einem Zeigerwerk,
wobei das Zifferblatt des Meßgerätes teilweise aufgebrochen ist; Fig.2 eine Seitenansicht
des Zeigerwerkes in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig.1 mit teilweisem Schnitt;
Fig.3
einen Schnitt längs der Achse der Zeiger in gegenüber Fig,2 vergrößerter Darstellung;
Fig.4 eine Ansicht der Einstellwelle mit einem Schnitt durch die Lagerplatte und
die Trägerplatten in gegenüber Fig.2 vergrößerter Darstellung; Fig.5 eine Seitenansicht
des Zeigerwerkes in Rich tung des Pfeiles B gemäß Fig,1; Fig.6 einen elektromagnetischen
Schlitzinitiator in Form eines gabelförmigen Gehäuses -für einen Oszillator mit
einer Steuerfahne; Fig.7. einen Schnitt durch ein weiteres gabelförmiges Gehäuse
für einen'pneumatischen Schlitzinitiator.
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Das Zeigerwerk ist in einem Gehäuse 10 eines Meßgerätes unterhalb
des Zifferblattes 11 lösbar befestigt. Es ist aus einer vorderen Trägerplatte 12
und einer hinteren Trägerplatte 13 aufgebaut, die mit Hilfe von mehreren Säulen
14 in einem bestimmten festen Abstand zueinander gehalten sind. In den beiden Trägerplatten
12 und 13 ist eine senkrecht zur Plattenebene angeordnete Drechachse 15 einer mit
einem MeP,wertgeber 16 verbundenen Schwinge 17, die sich zwischen den beiden Trägerplatten
12 und 13 befindet gelagert Der Meßwertgeber 16 kann z.B. eine mit Druck oder Temperatur
beaufschlagte Röhren- oder Plattenfeder sein.
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Die Schwinge 17 weist ein Zahnsegment 18 auf, welches sich mit einem
Ritzel 19 einer in den Trägerplatten 12
und 13 gehaltenen Drehachse
20 im Eingriff befindet. Am vorderen Ende der Drehachse 20 ist auf diese ein Istwertzeiger
21 aufgesetzt, Um die Drehachse 20 herum ist eine Spiralfeder 22 angeordnet, die
die Drehachse unter Drehspannung hält, An der Vorderseite der vorderen Trägerplatte
12 liegt ein um die Drehachse 15 dez Schwinge 17 bewegbares Schwenk teil 23 an,
an dem ein vorderes gabelförmiges Gehäuse 24, hePsplelseise durch Anschrauben, befestigt
ist. Das Schwenkteil 23 weist zwei Zahnsegmente mit unterschiedlichen Radien auf.
Ein Zahnsegment 25 greift in ein Einstellritzel 26 ein, welches an einer senkrecht
zu den Trägerplatten 12 und 13 an die-sen gelagerten Einstellwelle 27 ausgebildet
ist. Mit Hilfe dieses Einstellritzels 26 läßt sich das Schwenkteil 23 um die Drehachse
15 verschwenken. Ein weiteres Zahnsegment 28 steht mit einem Ri.tzel 29 einer Hohlwelle
30 im Eingriff, die koaxial zu der Drehachse 20 angeordnet und um diese drehbar
ist. Sie trägt an einem ihrer Enden einen Sollwert zeiger 31.
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Hinter der vorderen Trägerplatte 12 ist an dieser parallel zu dem
Schwenkteil 23 ein gleichartig ausgebildetes Schwenkteil 32 angeordnet. Sein Zahnsegment
33 ist für den Eingriff mit dem Einstellritzel 26 vorgesehen, während sein Zahnsegment
34 sich mit einem Ritzel 35 einer Hohlwelle 36 im Eingriff befindet, die ebenfalls
koaxial zu der Drehachse 20 angeordnet ist und sich um diese drehen kann. An dem
von dem Ritzel 35 abgewandten Ende der Hohlwelle 36 ist ein Sollwertzeiger 37 angeordnet.
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Das Schwenkteil 32 ist mit einem hinteren gabelförmigen Gehäuse 38
versehen, das an seiner Rückseite befestigt ist.
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Durch Verdrehen des Einstellritzels 26 wird entweder das vordere Schwenkteil
23 oder das hintere Schwenkteil 32
um die Drehachse 15 verschwenkt
und dabei wird entweder das vordere gabelförmige Gehäuse 24 oder das hintere gabelförmige
Gehäuse 38 verstellt. Jedes Gehäuse 24, 38 bildet oder enthält einen Signalgeber
und arheitet mit einer sektorförmigen Scheibe, einer sogenannten Blende oder Steuerfahne,
zusammen, die in den gahelförmigen Spalt oder Schlitz des Gehäuses 24 38 hinein
und von dort wieder herausgeschwenkt werden kann. Die Steuerfahne wirkt, wenn sie
sich in dem Spalt befindet, als Unterbrecher. Beispielweise kann sie einen von dem
einen Schenkel des gabelförmigen Gehäuses 24, 38 aus einer Düse austretenden und
in eine Senke des anderen Schenkels eintretenden Luftstrom unterbrechen; oder sie
kann die Schwingung eines Schwingkreises dämpfen, der von in den Schenkeln der gabelförmigen
Gehäuse 24, 38 angeordneten elektrotechnischen Bauteilen, wie Induktionsspulen oder
Kondensatoren, gebildet wird. Die gabelförmigen Gehäuse 24, 38 mit den Steuerfahnen
werden auch Schlitzinitiatoren oder Näherungsinitiatoren genannt. Dem vorderen gabelförmigen
Gehäuse 24 ist die vordere Steuerfahne 39 und dem hinteren gabelförmigen Gehäuse
38 die hintere Steuerfane 40 zugeordnet. Beide Steuerfahnen 39, 40 sind an der Drehachse
15 befestigt, von der sie in senkrechten Ebene-n abstehen, und können somit vom
Meßwertgeber 16 verscX,wenkt werden. Bei einer bestimmten Drehung der von dem }[eßwertgeber
16 betätigten Schwinge 17 wird die Steuerfahne 39, 40 jeweils in den Schlitz des
zugehörigen gabelförmigen Gehäuses 24, 38 hineingeschwenkt und dadurch der in dem
Gehäuse 24, 38 angeordnete Signalgeber aktiviert.
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Die Größe der Verschwenkung der Schwinge 17 und der Steuerfahnen 39
und 40 hängt dabei jeweils von der Stellung der Schwenkteile 23 und 32 an der vorderen
Trägerplatte 12 ab. Jeder möglichen Stellung des
Schwenkteiles
23 entspricht ein von dem zugehörigen Sollwertzeiger 31 angezeigter Meßwert, während
jeder möglichen Stellung des Schwenkteiles 32 ein von dem Sollwert zeiger 37 angezeigter
Meßwert entspricht.
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Die mit der Drehung der Schwinge 17 um ihre Drehachse verbundene Bewegung
des Istwertzeigers 21 ist bei dem Zeigerwerk durch die beiden Sollwert zeiger 31
und 37 wie folgt begrenzt: Der Signalgebe'des vorderen gabelförmigen Gehäuses 24
tritt in Tätigkeit, wenn der Istwertzeiger 21 mit dem Sollwert zeiger 31 zur Deckung
kommt, der mit dem vorderen Schwenkteil 23 in Verbindung steht, während der Signalgeber
des hinteren gabelförmigen Gehäuses 38 in Tätigkeit tritt, wenn der Istwertzeiger
21 mit dem Sollwertzcir 37 zur Deckung kommt, der mit dem hinteren Schwenkteil 32
in Verbindung steht.
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Die Verschwenkung beider Schwenkteile 23 und 32 wird bei dem erfindungsgemäßen
Zeigerwerk mit Hilfe der einzigen Einstellwelle 27 durchgeführt. Zu diesem Zweck
ist das vordere Ende der Einstellwelle 27 als Vierkant 43 ausgebildet. Auf den Vierkant
43 läßt sich ein Handrad aufsetzen, um die Welle zu verdrehen. Zur Lagerung der
Einstellwelle 27 ist auf die vordere Trägerplatte 12 elne eine parallele Lagerplatte
44 mit.Hilfe/Säulen 45 aufgesetzt. Die Einstellwelle 27 durchdringt zwischen der
Lagerplatte 44 und der hinteren Trägerplatte 13 die vordere Trägerplatte 12 längs
einer Bohrung 46. Diese ist so groß ausgeführt, daß das Einstellritzel 26 in axialer
Richtung durch die Bohrung 46 hindurchbewegt.
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werden kann.
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Die EiBtellwelle 27 ist an dem Zeigerwerk in axialer Richtung verschiebbar
ausgebildet. Ihr Einstellritzel 26 ist im Bereich der vorderen Platte 12 angeordnet,
und
zwar hat die Einstellwelle 27 ihre vordere Endstellunge wenn sich das Einstellritzl
26 an der Vorderseite der Trägerplatte 12 befindet und seine hintere Begrenzungsebene
mit der vorderen Begrenzungsebene der Träger platte 12 zusammenfällt. Die hintere
Endstellung der Einstellwelle 27 ist dann erreicht, wenn sich. das Einstellritzel
26 nach Durchlaufen der Bohrung 46 hinter der vorderen Trägerplatte 12 befindet,
wobei seine vordere Begrenzungsebene mit der hinteren Begrenzungsebene der Trägerplatte
12 zusammenfällt. Da an der Vorderseite der Trägerplatte 12 das Schwenkteil 23 anliegt,-
befindet sich das Einstellritzel 26 mit dem Zahnsegment -des Schwenkteiles 23 im
Eingriff, wenn die Einstellwelle 27 ihre vordere Endstellung einnimmt. Das Einstellritzel
26 befindet sich mit dem Zahnsegment 33 des hinteren Schwenkteiles 32, welches an
der Hinterseite der Trägerplatte 12 angeordnet ist, im Eingriff, wenn die Einstellwelle
27 ihre hintere Endstellung einnimmt.
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Die vordere Endstellung der Einstellwelle 27 wird von einem an der
Einstellwelle 27 befestigten Bund 47 bestimmt, der dann an der Hinterseite der Lagerplatte
44 anliegt. Im Ruhezustand nimmt die Einstellwelle 27 diese Stellung ein, weil zwischen
ihrem hinteren Ende und der hinteren Trägerplatte 13 eine Druckfeder 48 angeordnet
ist, die den Bund 47 an der Lagerplatte 44 andrückt. An ihrem hinteren Ende ist
die Einstellwelle 27 teleskopartig gelagert, und zwar ist ihr hinteres Ende als
Hohlwelle 49 ausgebildet, die auf einen in der hinteren Trägerplatte 13 befestigten
Führungsstift 50 aufgesteckt ist. Der äußere Durchmesser des Führungsstiftes, der
senkrecht aus der hinteren Trägerplatte 17 herausragt, entspricht dem inneren Durchmesser
49. Die Druckfeder 48 ist im Bereich von Führungsstift und Hohlwelle 49 angeordnet
und stützt sich mit einem Ende an der hinteren
Trägerplatte 13
und mir ihrem anderen Ende an einem Bund 51 ab, der im hinteren Endbereich der Einstellwelle
27 ausgebildet ist.
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Die Einstellwelle 27 läßt sich also über den Vierkant 43 und das dort
aufgesetzte Handrad nicht nur um ihre Achse drehen, sondern auch längs ihrer Achse
nach hinten verschieben. Dabei nimmt sie ihre hintere Endstellung dann ein, wenn
das freie Ende der Hohlwelle 49 an einem Bund 52 in axialer Richtung anliegt, der
am unteren Ende des Führungsstiftes 50 ausgebildet ist. In dieser Endstellung befindet
sich das Einstellritzel 26 im Eingriff mit dem hinter der Trägerplatte 12 angeordneten
Schwenkteil 32.
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Di.ese Ausbildung der Einstellwelle 27 ermöglicht es, sowohl den Sollwert
zeiger 31, als auch den Sollwrrtzeiger 37 einzustellen. Befindet sich die Einstellwelle
27 in dervorderen Endstellung, so bewirkt ihre Drehung über das Handrad eine Verschwenkung
des vorderen Schwenkteiles 23 und damit die Einstellung des Sollwertzeigers 31.
Wird die Einstellwelle 27 über das Handrad am Vierkant 43 in axialer Richtung entgegen
der Wirkung der Druckfeder 48 verschoben und dann im verschobenen Zustand in der
hinteren Endstellung verdreht, so wird durch eine Verschwenkung des Schwenkteiles
32 der Sollwert zeiger 37 ist eingestellt. Das Zeigerwerk/durch die Ausbildung dieser
einzigen EEstellwelle kompakt ausgeführt. Mit ihr läßt sich sowohl ein unterer Sollwert
als auch ein oberer Sollwert in einfacher Weise einstellen.
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Das gabelförmige Gehäuse 24, 38 gemäß Fig.7 der Zeichnung ist als
massiver Körper ausgebildet, in dessen Schenkel 53 und 54 zu beiden Seiten des Schlitzes
koaxiale Kanäle 55 und 56 eingearbeitet sind. Eine in dem Schenkel 53 an den Schlitz
angrenzende AustrittsUGse 57 des Kj,-nals 55 ist auf eine in dem Schenkel 54 an
den Schlitz
angrenzende Senke oder Fangdüse 58 des Kanals 56 gerichtet.
Die Kanäle 55 und 56 sind an Leitungen 59 angeschlossen, durch welche Betriebsluft
in einem gleichlrleibenden Luftstrom hindurchströmt, Dieser Luftstrom durchströmt
auch den Schlitz, wenn sich die Steuerfahne 39 40 außerhalb des Schlitzes befindet
und wird von dieser bei ihrem Einschwenken in den Schlitz unterbrochen.
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Solche pneumatischen Grenzwertschalter werden als Schlitzinitiatoren
in explosiver oder sehr warmer Atmosphäre eingesetzt. Das gabelförmige Gehäuse 24,
38, in welchem sich die Austrittsdüse 57 und die Fangdüse 58 befindet, kann in diesem
Fall aus Messing oder aus Edelstahl bestehen. Die Funktion eines pneumatischen Schalters
ist etwa folgende: Aus der Austrittsdüse 57, an der'ein Steuerdruck von 1,4 bar
ansteht, strömt gleichbleibend die Betriebsluft. Die der Austrittsdüse 57 gegenüber
angeordnete Fangdüse 58 wirkt auf einen pneumatischen Schaltverstärker, der sei.nerseits
einen Betriebsluftdruck steuert. Wird der Steuerluftstrom zwischen der Austrittsdüse
57 und der Fangdüse 58 durch das Eintauchen der Steuerfahne 39, 40 in den Spalt
des gabelförmigen Gehäuses 24, 38 unterbrochen, so bewirkt das ein pneumatisches
Abschalten des Schaltverstärkers.
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In das gabelförmige Gehäuse gemäß Fig.6 der Zeichnung, welches aus
Kunststoff gebildet ist, ist ein Oszillator eingebaut, der von zwei Spulen gebildet
wird. Diese sind im Ferrit-Schalenkern eingebettet. Außerdem gehört zur dem Oszillator
eine Miniatur-Transistorschaltung mit Zwei-leiteranschluß. Zur einwandfreien Funktion
ist eine Speisespannung von 8 Volt bei einem Strom von maximal 4 bzw. 8 mA erforderlich.
Die Speisespannung wird üblicherweise von einem nachgeschalteten Trennschaltverstärker
geliefert, der gleichzeitig zwei Relais mit
Starkstromschaltkontakten
enthält. Je nach Schaltungsart (Ruhe oder Arbeit) wird eine Schaltfunktion bewirkt,
wenn die Steuerfahne 39, 40, die aus einem Aluminiumblech best.ehen kann, in den
Schlitzinitiator, also in den Schlitz des gabelförmigen Gehäuses 24, 38, eintaucht
bzw. aus diesem herausfährt.
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Der Oszillator arbeitet wie folgt: Zwei sich mit einem Abstand von
ca. 2 mm gegenüberstehende Spulen bilden mit der Transistorschaltung den eigentlichen
Oszillator. Dieser schwingt mit einer Frequenz in der Größenordnung von ca. 1,6.bis
1,8 MHZ. Wird nun zwischen das Spulenpaar eine Steuerfahne, üblicherweise mit einer
Dicke von 0,5 bis 0,8 mm geführt, so wird der Schwingkreis so stark gedämpft, daß
der im Schaltkreis fließende Strom von ca.
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4 mA auf etwa 0,8 bis 1 mA abfä.llt. Dadurch wird bewirkt, daß in
dem nachgeschalteten Verstärker je nach Schaltungsart ein Relais entweder anzieht
oder abfällt. Dieses System hat den Vorteil einer wesentlich größeren Schaltgenauigkeit
gegenüber einem elektro-mechanischen Geber wie Mikroschalter. Die reproduzierbare
Schalthysterese beträgt bei diesem Schlitzinitiator im Mittel 0,1 mm. Da die Steuerfahne
beim Durchfahren des Initiators keine Federkraft zu überwinden hat, bleibt der mechanische
Verschleiß ausschließlich auf das Zeigerwerk begrenzt.
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Das Zeigerwerk bietet somit eine überdurchschnittliche Präzision hinsichtlich
der Schaltpunkt-Genauigkeit und läßt sich kostengünstig herstellen.
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In das gabelförmige Gehäuse 24, 38 kann auch in dem einen Schenkel
eine an den Schlitz angrenzende Lichtin quelle und dem anderen Schenkel eine an
den Schlitz angrenzende Fotozelle eingebaut sein. Auf diese Weise ergibt sich eine
opto-elektronische lichtschranke. Die Lichtquelle kann eine Infrarot licht emittierende
Diode sein, während die Fotozelle ein gegenüber Infrarotlicht
empfindlicher
Phototransistor sein kann. Überein geeignetes Schaltgerät erfolgt die Stromversorgung
und Auswertung des Schaltsignals. Das Schaltgerät beinhaltet einen Impulsgenerator
zur Speisung der das Licht emittierenden Diode. Durch die Anwendung einer solchen
Impulstechnik ergibt sich eine größere Schaltsicherheit und außerdem eine Unempfindlichkeit
gegenüber Fremdlicht. Selbst heller Sonnenschein, der den Phototransistor treffen
kann, bewirkt keine Fehlschalt tung. Der Funkt ionsab lauf entspricht demjenigen
des 1nduktiven Schlitzinitiators. Die Steuerfahne 39 40 wirkt hier jedoch als Lichtblende.
Wird der Lichtstrahl durch diese Blende unterbrochen, so schaltet im Schaltgerät
ein; Relais.
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Die Schaltpunkt-Genauigkeit ist bei Anwendung dieses optoelektronischen
Systems besser als beim induktiven System und erheblich besser als beim elektromechanischen
Mikroschalter, weil die Hystereseeinflüsse sehr klein sind.
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In das gabelförmige Gehäuse 24, 38 läßt sich auch ein nach dem Hall-Effekt-Prinzip
arbeitender Grenzwertschalter einbauen. Dessen Wirkungsweise basiert darauf, daß
ein Halbleiter-Bauelement seinen Widerstand ändert, wenn es einem Magnetfeld ausgesetzt
wird. Üblicherweise wird dem "Hallschalter" gegenüber ein Permanentmagnet angeordnet.
Wird zwischen den Hall-schalter und den Magneten eine Steuerfahne 39, 40 aus ferritischem
Material geführt, so kommt es zur Unterbrechung des Magnetfeldes. Dieser Vorgang
bewirkt im nachgeschalteten Speise- und .Schaltgerät das Anziehen eines Relais.
Da der H.llschalter als integrierte Schaltung mit geringen Abmes;ungen vorliegt,
eignet sich dieses System besonders gu -zur Lösung des vorliegenden Schaltproblems.
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In das gabelförmige Gehäuse 24, 38 können auch zwei feststehende,
voneinander isolierte Platten wie bei einem Platten- oder Drehkondensator eingebaut
werden, so daß
en kapazitiver Geber l!ntsteht. Zwischen diesen
Platten kann in den Spalt des gehäuses 247 38 die Steuerfahne 39, 40 aus einem Alumjniumblech
oder einem anderen geeigneten Werkstoff bewegt werden. Der durch die beiden Platten
gehildete Kondensator ist Bestandteil eines Oszillators.
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In der ungedämpften Schaltphase schwingt der Oszillator mit einer
bestimmten Frequenz. Taucht nun die Steuerfahne 39,40 in den offenen Kondensator
ein, so reißt die Oszillatorschwingung ab und verursacht eine Stromänderung. Im
nachgeschalteten Speise- und Steuergerät bewirkt das dann, daß ein Relais zum Anzug
gebracht wird.