DE3751483T2 - Magnetischer Neigungssensor, bei dem das magnetische Fühlerelement verschiebbar ist. - Google Patents
Magnetischer Neigungssensor, bei dem das magnetische Fühlerelement verschiebbar ist.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Neigungssensor mit einem nichtmagnetischen Gehäuse, welches einen abgedichteten hohlen Abschnitt aufweist, der durch einen Bodenabschnitt, eine Seitenwand und einen Deckenabschnitt definiert ist, und mit einem Permanentmagneten, wobei die Oberfläche des Magneten mit einem magnetischen Fluid bedeckt ist, der Permanentmagnet in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist und wobei ein magnetisches Fühlelement außerhalb des Bodenabschnitts des Gehäuses angeordnet ist, um das Magnetfeld des Permanentmagneten zu detektieren.
- Ein derartiger Neigungssensor ist aus der GB-A-2 158 239 bekannte Bei dieser bekannten Neigungssensorkonstruktion ist der abgedichtete hohle Abschnitt als eine kugelförmige Kammer ausgebildet, die mit einem Ferrofluid gefüllt ist. In diesem Ferrofluid schwimmt ein Körper, der einen schwimmfähigen Kern aufweist, der einen Permanentmagneten trägt. Das magnetische Fühlelement besteht aus zwei Halleffekt- Vorrichtungen, welche in Ausnehmungen an zwei gegenüberlieqenden Enden des Gehäuses gelegen sind. Darüber hinaus trägt das Gehäuse einen Eichsolenoid.
- Die US -A-3 601 729 offenbart eine Schalteranordnung für die Verwendung in einer Umgebung, die eine automatische Schaltoperation unter bestimmten Bedingungen erfordert, wenn beispielsweise die Schalteranordnung oder der Körper, auf welehem der Schalter montiert ist, geneigt oder in seiner Position über ein vorbestimmtes Ausmaß verändert wird. Diese bekannte Anordnung enthält ein Gehäuse, in welchem ein Schalter montiert ist, und zwar in bevorzugter Weise vom normalerweise offenen Typ. In dem Gehäuse ist eine Aushöhtung oder Hohlraum ausgebildet und dieser besitzt eine Spitze benachbart zu, jedoch beabstandet von den Schalterkontaktelementen. In dem Gehäusehohlraum sind Betätigungsvorrichtungen angeordnet und bei einer abgewandelten Ausführungsform enthält der Gehäusehohlraum ein magnetisches Teil, welches von der dichten Nachbarschaft zu den Schaltkontaktelementen wegbewegt wird, wenn das Gehäuse über ein vorbestimmtes Ausmaß geneigt wird. Somit öffnet der Schalter bis das magnetische Teil in seine angenäherte Position zurückkehrt, beispielsweise wenn das Gehäuse aufgerichtet wird. Bei einer anderen abgewandelten Ausführungsform ist ein magnetisches Teil in dem Gehäuse befestigt und es sind Magnetfluß-Detektoreinrichtungen schwenkbar in dem Gehäuse und dem Hohlraum montiert. Wenn das Gehäuse geneigt wird, schwenkt die Detektoreinrichtung in eine Position zwischen dem Magnetteil und dem Schalter, so daß das Magnetflußfeld abgelenkt wird. Die magnetische Anziehung wird entfernt und der Schalter öffnet. Wenn das Gehäuse aufgerichtet wird, wird der magnetische Fluß erneut für den Schalter wiederhergestellt, um die Schalterkontakte zu schließen.
- Gemäß einem Neigungssensor, der aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 87 115 618.8-2213 bekannt ist, umfaßt der Neigungssensor ein nichtmagnetisches Gehäuse (1) mit einem hohlen Abschnitt, der durch einen Bodenabschnitt (2), eine Seitenwand und einen Deckenabschnitt definiert ist, einen Permanentmagneten (3), von dem eine Fläche mit einem magnetischen Fluid (4) beschichtet ist, wobei der Permanentmagnet in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist und wobei ein magnetisches Fühlelement außerhalb von dem Bodenabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, um einen Magnetismus des Permanentmagneten zu detektieren.
- Für den Fall, daß der oben beschriebene Sensar geneigt wird, wird der Permanentmagnet aufgrund seines Gewichtes in die unterste Position entlang dem Bodenabschnitt bewegt, so daß die Intensität des Magnetismus sich um das magnetische Fühlelement herum ändert.
- Der Hauptnachteil dieses Neigungssensors besteht darin, daß dann, wenn das Gehäuse geneigt wird und der Permanentmagnet bewegt wird, die Schwerkraft nicht der einzige Faktor ist, der auf den Magneten einwirkt. Speziell hat die magnetische Anziehung zwischen dem Magneten und den magnetischen Fühlelementen einen großen Einfluß. Aus diesem Grund kann eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit der Detektion, ob eine Neigung eines Gegenstandes unterhalb von einem vorbestimmten Winkel liegt oder diesen überschreitet, nicht sichergestellt werden.
- Die in den Ansprüchen festgehaltene Erfindung zielt darauf ab, das oben erläuterte Problem durch eine einfache konstruktive Ausführung zu lösen.
- Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Neigungssensor zu schaffen, bei dem ein Permanentmagnet so eingestellt werden kann, daß er bei einem vorbestimmten Neigungswinkel zuverlässig bewegt wird, so daß also ein magnetisches Fühlelement zuverlässig betrieben werden kann.
- Um diese Aufgabe zu lösen, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
- (a) der Permanentmagnet in dem hohlen Abschnitt so aufgenommen ist, daß er frei vom Zentrum des Bodenabschnitts in einer radialen Richtung verschiebbar ist,
- (b) der Bodenabschnitt aus einem ersten Bodenabschnitt besteht, der eine ebene Fläche besitzt, die an der zentralen Position des hohlen Abschnitts gelegen ist, und einen zweiten Bodenabschnitt besitzt, der um die ebene Fläche herum und fluchtend bzw. durchgehend mit dieser ausgebildet ist, so daß dieser einen vorbestimmten Winkel hinsichtlich der ebenen Fläche bildet, und
- (c) das magnetische Fühlelement vom Zentrum des Bodenabschnitts in einer radialen Richtung verschiebbar ist.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Konstruktion sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 offenbart.
- Die obigen und weiteren Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.
- Fig. 1 ist eine Ansicht, welche die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- Fig. 2 ist eine Ansicht, die ein Verfahren der Einstellung einer Befestigungsposition eines Zungenschalters bzw. Reed-Schalters nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- Fig. 3(a) ist eine Draufsicht, welche eine Anordnung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- Fig. 3(b) ist eine Schnittdarstellung davon.
- Fig. 3 zeigt die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein nichtmagnetisches Gehäuse, welches durch einen Bodenabschnitt 12, der aus einer ersten Bodenfläche besteht, die an dem zentralen Abschnitt des Gehäuses gelegen ist, wenn die zweite Bodenfläche fortgeführt wird mit und die erste Bodenfläche in einem vorbestimmten Winkel kreuzt, einer Seitenwand 13, die in den Bodenabschnitt 12 übergeht, und einem Deckel 14 besteht und welches einen abgedichteten hohlen Abschnitt 9 aufweist. Der hohle Abschnitt 9 enthält einen im wesentlichen scheibenförmigen Permanentmagneten 3, von dem eine Fläche mit einem rnagnetischen Fluid 4 beschichtet ist. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Sensorbefestigungsbasis. Das Gehäuse 11 ist in einen oberen Abschnitt der Sensorbefestigungsbasis eingeschoben und ist mit Hilfe eines Harzes 16 befestigt. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Zungenschalter bzw. Reed- Schalter, der als magnetisches Fühlelement dient und der verschiebbar auf einer gedruckten Leiterplatte 17 angeordnet Last (Fig. 2), wobei die Leitungsanschlüsse des Zungenschalvers gelötet sind. Die Leitungen 18 erstrecken sich von der gedruckten Leiterplatte weg. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine untere Abdeckung, die mit Hilfe von Befestigungsklauen 19a befestigt ist, die von gegenüberliegenden Seiten in Vorsprünge ragen, die in der Befestigungsbasis 15 ausgebildet sind.
- Fig. 1 ist eine Ansicht, um qualitativ die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Der Permanentmagnet 3 und der Zungenschalter 7 sind durch ausgezogene Linien dargestellt.
- Es sei angenommen, daß dann, wenn der Permanentmagnet 3 um einen Strecke l&sub3; nach links bewegt wird, der Zungenschalter 3 betätigt wird. In ähnlicher Weise soll dann, wenn der Permanentmagnet 3 nach rechts um die Strecke l&sub3; bewegt wird, der Zungenschalter 7 betätigt werden. Die Bezugszeichen E und G bezeichnen Kurven, welche die Betriebseigenschaften angeben (die im folgenden als Betriebskurven bezeichnet werden sollen), wobei auf der Abszisse eine Bewegungsstrecke des Permanentmagneten 3 vom Zentrum 0 des Zungenschalters aus aufgetragen ist und wobei auf der Ordinate ein Abstand zwischen dem Permanentmagenten und zum Zungenschalter aufgefragen ist. Wenn sich diese in der Richtung der Ordinate voneinander wegbewegen, werden die magnetischen Einflüsse, die auf den Zungenschalter einwirken, klein und es muß demzufolge die Bewegungsstrecke des Permanentmagneten in Richtung der Abszisse lang eingestellt werden, um den Zungenschalter zu betätigen.
- Wenn der Zungenschalter in eine Position 7' bewegt wird, die durch eine unterbrochene Linie angezeigt ist, so wird das Zentrum des Zungenschalter von dem Zentrum 0 zu dem Zentrum 0' bewegt und die Betriebskurven bewegen sich zu den Kurven F' und G' hin. Da die magnetische Anziehung zwischen dem Permanentmagneten und dem Zungenschalter wirkt, wird der Permanentmagnet zu einer Position 3' zusammen mit der Bewegung des Zungenschalters bewegt. Jedoch wird der Permanentmagnet durch einen bogenförmigen Abschnitt des Bodenabschnitts des Gehäuses 11 angehalten und kann daher nicht weiter zum Zentrum 0' bewegt werden. Wenn das Gehäuse 11 in Einer Richtung H geneigt wird und der Permanentmagnet 3' um Eine Strecke l&sub4; nach links bewegt wird, wird der Zungenschalter betätigt.
- Genauer gesagt wird vor der Verschiebung des Zungenschalters der Zungenschalter betätigt, wenn der Permanentmagnet um die Strecke l&sub3; bewegt wird. Für diese Bewegung des Permanentmagneten muß das Gehäuse um z.B. einen Winkel von 15º geneigt werden. Nach der Verschiebung des Zungenschalters wird der Zungenschalter betätigt wenn der Permanentmagnet um die Strecke l&sub4; bewegt wird. In diesem Fall gilt l&sub3; > l&sub4; und das Gehäuse muß z.B. in einem Winkel von 10º geneigt werden, um den Permanentmagneten um die Strecke l&sub4; zu bewegen.
- Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn das Gehäuse in der entgegengesetzten Richtung geneigt wird, der Permanentmagnet um eine Strecke l&sub5; (> l&sub3;) bewegt werden. Für diesen Zweck muß das Gehäuse in einem Winkel von mehr als 15º geneigt werden.
- Es kann somit ein Neigungswinkel des Gehäuses, d.h. ein Ansprechwinkel durch Verschieben des Zungenschalters im wesentlichen parallel zur Bodenfläche des Gehäuses zu einer geeigneten Position hin eingestellt werden.
- Fig. 2 zeigt ein Verfahren zum Einstellen einer Position des Zungenschalters im einzelnen. Eine Vielzahl von Zungenschalter-Befestigungslöchern 21 sind in der gedruckten Leiterplatte 17 ausgebildet. Eine Position des Zungenschalters in bezug auf den Bodenabschnitt des Gehäuses wird durch selektives Befestigen des Zungenschalters 7 in den Befestigungslöchern 21 geändert, wodurch ein Ansprechwinkel eingestellt wird. Wenn eine Feineinstellung erforderlich ist, kann die Länge jeder der Leitungen, d.h. von einem Endabschnitt des Zungenschalters zu der Befestigungsöffnung während des Lötvorgangs in geeigneter Weise eingestellt werden. Der Zungenschalter 7 ist entlang einer diagonalen Linie der gedruckten leiterplatte 17 befestigt, so daß die Neigungen in den Richtungen P und Q, die in Fig. 3(a) gezeigt sind, durch einen einzelnen Zungenschalter detektiert werden können.
- Da der Ansprechwinkel beliebig durch Ändern einer Befestigungsposition des Zungenschalters eingestellt werden kann, und zwar selbst wenn Schwankungen in z.B. den Befestigungspositionen der Komponenten des Sensors vorhanden sind, kann der Zungenschalter zuverlässig bei einem vorbestimmten Neigungswinkel betätigt werden.
- Obwohl der Zungenschalter dadurch befestigt wird, indem die Befestigungsöffnungen, die in der gedruckten Leiterplatte ausgebildet sind, so ausgewählt werden, um die Position des Zungenschalters bei der oben erläuterten Ausführungsform zu ändern, kann auch ein Mechanismus vorgesehen werden, um von außerhalb die gedruckte Leiterplatte, auf welcher der Zungenschalter befestigt ist, im voraus zu bewegen. Zusätzlich kann, obwohl der Zungenschalter vom Zentrum des Gehäuses in radialer Richtung desselben bei dem Ausführungsbeispiel verschoben wird, die Verschiebung auch in einer vertikalen Richtung mit der obigen Verschiebung kombiniert werden.
Claims (4)
1. Neigungssensor mit einem nichtmagnetischen Gehäuse
(11), welches einen abgedichteten hohlen Abschnitt (9)
aufweist, der durch einen Bodenabschnitt (12), eine Seitenwand
(13) und einen Deckenabschnitt (14) definiert ist, mit einem
Permanentmagneten (3), dessen Oberfläche mit einem
magnetischen Fluid (4) bedeckt ist, wobei der Permanentmagnet in
dem hohlen Abschnitt (9) aufgenommen ist, und mit einem mag
netischen Fühlelement (7), welches außerhalb dem
Bodenabschnitt (12) des Gehäuses (11) angeordnet ist, um das
Magnetfeld des Permanentmagneten (3) zu detektieren, dadurch
gekennzeichnet, daß
(a) der Permanentmagnet in dem hohlen Abschnitt (9) so auf
genommen ist, daß er frei vom Zentrum des
Bodenabschnitts in einer radialen Richtung verschiebbar ist,
(b) der Bodenabschnitt (12) aus einem ersten Bodenabschnitt
besteht, der eine ebene Fläche besitzt, die an der
zentralen Position des hohlen Abschnitts gelegen ist,
und einen zweiten Bodenabschnitt besitzt, der um die
ebene Fläche herum und fluchtend bzw. durchgehend mit
dieser ausgebildet ist, so daß dieser einen vorbestimm
ten Winkel hinsichtlich der ebenen Fläche bildet, und
(c) das magnetische Fühlelement (7) vom Zentrum des
Bodenabschnitts in einer radialen Richtung verschiebbar ist.
2. Neigungssensor nach Anspruch 1, bei welchem das
magnetische Fühlelement einen Zungenschalter bzw. Reed-Schalter
(7)
aufweist, der so angeordnet ist, daß er im wesentlichen
parallel zum Bodenabschnitt ist.
3. Neigungssensor nach Anspruch 2, bei dem das magnetische
Fühlelement auf einer gedruckten Leiterplatte (17) montiert
ist und zusammen mit der gedruckten Leiterplatte bewegt
wird.
4. Neigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das
magnetische Fühlelement auf einer gedruckten Leiterplatte
(17) montiert ist, die eine Vielzahl von
Befestigungsöffnungen (21) besitzt, wobei eine Position des magnetischen
Fühlelements relativ zu dem Bodenabschnitt durch geeignete
Auswahl der Befestigungsöffnungen geändert werden kann.
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