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Magnetisches Steuer- und Schaltelement Bei Steuer- oder Schaltvorgängen
wird der den Schaltvorgang auslösende Impuls von irgendeiner Betriebsgröße gegeben.
Dieser Impuls kann beispielsweise durcheine Temperaturänderung hervorgerufen werden.
Die an solche Steu-erorgane gestellte Genauigkeit und Empfindlichkeit erfordert
eine sehr hohe Präzision in der mechanischen Herstellung, daß es sich darum handelt,
kleinste Meßwerte durch mechanische Übersetzungen zu erfassen. Außerdem sind solche
empfindlichen Steuerorgane nicht in der Lage, größere Kräfte zu übertragen, so daß
sie für einen direkten Schaltvorgang nicht geeignet sind. Sie arbeiten dann unter
Zwischenschaltung von Relais oder Verstärkern, die dann ihrerseits auf das eigentliche
Schalt- oder Steuerorgan wirken. Die vorliegende Erfindung vermeidet die angeführten
Mängel. Sie verwendet keine mechanischen Anordnungen in der Fortleitung der Meßgrößen
und benutzt dafür ein magnetisches Feld, welches gleichzeitig als Verstärker dient.
Dadurch ist es möglich, die Schalt- oder Steueranordnung direkt auf das Verstellorgan
zur Einwirkung zu bringen.
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Der der Erfind.ung zugrunde liegende Effekt wird dadurch hervorgerufen,
daß zwei magnetische Felder gleicher Polarität und Größe, wie sie in der Zeichnung
dargestellt werden, sich nur dann abstoßen, wenn ihre geometrischen Achsen zusammenfallen.
Die geringste Abweichung :in ihrer Lage zueinander bringt eine Feldverschiebung,
so daß aus ihr eine Komponente resultiert, welche eine anziehende Kraft hervorruft.
Als Magnete werden
hierzu diejenigen üblicher Bauart verwendet,
wie sie in ihrem Aufbau aus der Zeichnung hervorgehen, nach Fig. i.
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Ein innerer Kern i sendet Kraftlinien aus, welche sich über eine unmagnetische
Trennfuge 2 zum äußeren Mantel 3 schließen. Es kann daher nur an dieser Stirnfläche
ein magnetisches Feld bestehen. Eine Anziehung der beiden Magnete kommt dann zustande,
wenn die geringste Exzentrizität ihrer Polflächerf zu-einander vorhanden ist. Hierbei
wirkt eine Kraft, die zur geometrischen Achse im rechten Winkel steht und die Magnetkörper
aus dieser Lage zu verschieben sucht. Umdie beiden Magnetkörper in ihren geometrischen
Achsen in Übereinstimmung zu bringen, ist eine Verstellkraft erforderlich. Fallen
die geometrischeil Achsen der beiden Magnetkörper zu6ammen, so
kehrt sich
die anziehende Komponente in eine abstoßende um. In der Umkehrung dieser Kräftekomponente
liegt das Wesen der vorliegenden Erfindung begründet.
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Zur Erläuterung wird folgendes Beispiel gegeben. Von den beiden sich
mit ihren Polflächen gegenüberliegenden Magneten ist der eine, der Arbeitsmagnet
A, fest gelagert, jedoch in der axialen Richtung verschiebbar angeordnet.
Der gegenüberliegende Magnet, der Steuermagnet B, ist in seiner axialen Richtung
fest gelagert und läßt lediglich ein seitliches Ausweichen in radialer Richtung
zu. Dadurch fallen die geometrischen Achsen der beiden Magneten nicht zusammen,
und es entsteht eine anziehend-, Kraft, so daß der in der axialen Richtung verschiebbare
Arbeitsmagnet A
vom Steuermagneten B angezogen wird. Wirkt nun auf den Steu-ermagneten
B eine Kraftkomponente in radialer Richtung ein, wobei sieh die geometrischen Achsen
der beiden Magnetkörper nähern, so wird die anziehende Kraft in eine abstoß-ende
umgekehrt, wenn sie zusammenfallen. Da für diesen Umkehrungsprozeß die geringste
Abweichung der geometrischen Achsen genügt, besitzt dieses magnetische eSchalt-
und Steuerelement eine außerordentliche Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit selbst
kann durch die Größe der Verlagerung der magnetischen Achsen des Arbeits- und. Steuermagneten
bestimmt werden. Die zwischen den beiden Magneten hervorgerufenen positiven und
negativen Kräfte ermöglichen es, einen gewünschten Schalt- oder Steuerungsvorgang
von dem Arbeitsmagneten A direkt auf das Schaltorgan einwirken zu lassen.
Zum - Beispiel ist es auf diese Weise möglich, ein mechanisches Ventil, welches
zum Schließen oder Öffnen im Verhältnis zur Richtkraft erhebliche Kräfte erfordert,
direkt in Abhängigkeit von einem Meßwert zu steuern ohne Zwischenschaltung von Verstärkern.
Ein weiter-er Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß keine mechanischen
Zwis-Chenglieder vorhanden, sind, so daß eine trägheits- und verlustlose Regelung
über das magnetische Feld erfolgen kann. Die auf den Steuermagneten B einwirkende
Richtkraft kann in mancherlei Weise erfolgen, entweder durch radiale Verschiebung
in einer Ebene, wie bereits beschrieben, oder durch eine Verdrehung gegen- die geometrische
Achsiedes Arbeitsmagneten A. Außerdem ist es möglich, den an sich nur in
der axialen Lage verstellbaren Arbeitsmagneten A exzentrisch zu B veränderlich
zu lagern.
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An Stelle eines permanenten Magneten kann auch ein Elektromagnet Verwendung
finden. Gemäß der 'vorliegenden Erfindung kann es zweckmäßig sein, die vom Steuermagneten
über den Arbeitsmagneten in das Verstellorgan geleiteten Kräfte umzukehren. Diese
U.inkehrung ist dann erforderlich, wenn ein Kommando des Steuermagneten durch das
Verstellorgan ausgeübt wurde. Hierbei ist es unter Umständen wichtig, daß das Verstellorgan
in rückwärtiger Folge den Arbeitsmagneten A als Steuermagneten benutzt, um
eine Korrektur am Steuermagneten B vorzunehmen. Ein solches Verfahren ist nur nach
der vorliegenden Erfindung möglich, bei welcher der Regelimpuls über ein magnetisches
Zwischenglied geleitet wird, dessen magnetisches Feld umgerichtet werden kann.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann das magnetische Steuer- und Schaltelement
z. B. die Funktion eines Motorschutzschalters m-it Überstromauslösung nach Tig.
2 übernehmen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dann darin, daß der
Arbeitsmagnet A die Kontaktbrücke trägt, welche zur Stromzuführung für den
Motor dient. Die Kontaktbrücke ist geschlossen, wenn der Arbeitsmagnet
A vom Steuermagneten B angezogen wird, d. h., wenn die geometrischen
Achsen der beiden Magnetsysteme nicht zusammenfallen. Durch die Anziehungskräfte,
der beiden Magneten ist der nötige Kolitaktdruck sichergestellt. Der Steuermagnet
B erhält den an sich in bekannter Weise angeordnetenBi-Metallauslöser, indem dieser
seine Kraftwirkung dergestalt auf den Steuermagneten B ausübt, daß er bestrebt ist,
seine geometrische Achse mit der des Arbeitsmag#neten in Übereinstimmung zu bringen.
Ist dies der Fall, so kehrt sich das magnetische Feld zwischen den beiden Magnetsystemen
in ihrer Wirkung zueinander um, und der Stromkreis wird unterbrochen. Eine derartige
Anordnung hat den Vorteil, daß das bisher übliche Magnetsystein mit der Erregerspule
in Fortfall kommt.
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Nach der Erfinilung kann auch der Impuls für den Steuermagneten B
durch Handbetätigung erfolgen, wobei das System als einfacher Schalter wirkt.