DE1590745C3 - Magnetisch betätigter elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetisch betätigten Schalter, bei dem ein treibender Dauermagnet auf der einen Seite einer nicht magnetisierbaren Wand angetrieben, beispielsweise durch einen Schwimmer in einem Flüssigkeitsbehälter, einen getriebenen Dauermagneten auf der anderen Seite der nicht magnetisierbaren Wand, durch magnetische Anziehung und/oder Abstoßung bewegt wird, wobei die Bewegung des getriebenen Magneten elektrische Schaltkontakte steuert. Die Erfindung besteht darin, daß der treibende Dauermagnet eines derartigen Schalters radial magnetisiert und vertikal entsprechend der Höhenlage eines den Schalter steuernden Körpers beweglich ist, während der getriebene, zur Steuerung von Schaltkontakten dienende Dauermagnet als axial magnetisierter Stabmagnet in einer horizontalen Führung verschiebbar ist, deren Enden von der Bahn des treibenden Magneten mindestens annähernd gleich weit entfernt sind.

Bei einer solchen Anordnung zieht der Nordpol des treibenden Magneten, wenn er der den getriebenen Magneten enthaltenden Horizontalebene näher liegt, dessen Südpol an und stößt gleichzeitig dessen Nordpol ab, so daß der getriebene Magnet sich zum einen Ende der Führung hin bewegt und dabei z. B. einen Satz an Kontakten öffnet und einen anderen Satz schließt. Wenn hierauf der treibende Magnet, beispielsweise unter der Wirkung eines mit ihm verbundenen Schwimmers infolge einer Veränderung des Flüssigkeitsspiegels, sich so bewegt, daß sein Südpol der genannten, den treibenden Magneten enthaltenden Horizontalebene näher liegt, so erfährt der getriebene Magnet eine Kraftwirkung, die bestrebt ist, ihn in der entgegengesetzten Richtung in seiner Führung zu bewegen. Der getriebene Magnet gelangt damit schließlich an das andere Ende der Führung, und zwar mit Schnappwirkung, wobei sich die Stellungen, die die Schaltkontakte zuvor eingenommen haben, umkehren.

Bisher war es üblich, den treibenden oder den getriebenen Dauermagneten drehbar anzuordnen und zwischen zwei Endstellungen zu schwenken. Der Schalter nach der Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, daß für den Magneten kein Drehzapfen erforderlich ist. Damit entfällt die Notwendigkeit, das harte Sintermaterial, aus dem die Magneten bestehen, zu bohren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Pole des Magneten sich auf. einer geraden, an Stelle einer gekrümmten Bahn bewegen. Damit werden optimale Bedingungen für die Betätigung von Kontakten geschaffen, die an den Enden von Blattfedern angebracht sind, beispielsweise Kontakte mit Luftunterbrechung oder Blattfederkontakte im Vakuum, sofern die Kontaktfedern so angeordnet sind, daß sie sich rechtwinklig zu der Bahn erstrecken, längs der sich der.getriebene Magnet bewegt.

Der getriebene Dauermagnet ist in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zylindrisch und mit Polytetrafluoräthylen überzogen und gleitet in einem Glasrohr, das seine Rohrführung bildet. Das Glasrohr kann an seinen Enden geschlossen sein, so daß keine Fremdkörper in die Führung gelangen und die Bewegung des getriebenen Magneten hindern können. Haltestücke aus ferromagnetischem Material, beispielsweise weichem Eisen, können an jedem Ende der Führung angebracht werden, um den getriebenen Magneten durch Anziehung in seiner jeweiligen Endstellung zu halten, bis der treibende Magnet eine Stellung erreicht hat, wo die sowohl anziehende als auch abstoßende Wirkung seiner beiden Pole auf die Pole des getriebenen Magneten genügend groß ist, um die Anziehung an dem einen oder anderen magnetischen Haltestück zu überwinden und den getriebenen Magneten plötzlich vorschnellend zum anderen Ende der Führung zu be-

wegen. Dadurch wird die Gefahr vermieden, daß sich der getriebene Magnet vorzeitig in Bewegung setzt. Außerdem wird die bereits erwähnte Schnappwirkung verstärkt, was wünschenswert ist, um eine Lichtbogenbildung zu verhindern. Die magnetischen Haltestücke können entweder in fester Stellung an den Enden der Führung angebracht oder mit den Blattfedern oder sonstigen Trägern für die Schaltkontakte verbunden werden.

Ein erfindungsgemäß gestalteter Schalter läßt sich außerordentlich kompakt bauen. Beispielsweise kann der treibende Magnet von einem zylindrischen Stabmagneten gebildet werden, der in einer rohrförmigen Führung beweglich ist, welche die nichtmagnetische Wand bildet. Weiterhin kann der getriebene Magnet mit seiner Führung und den Schaltkontakten in einem Gehäuse untergebracht werden, das seitlich an der Rohrführung für den treibenden Kontakt angebracht wird. Das Gehäuse kann aus einem Paar horizontaler Porzellanplatten bestehen, die miteinander fest verbunden sind und zwischen sich Hohlräume zur Aufnahme der Führung für den getriebenen Magneten und die Schaltkontakte bilden. Das Gehäuse kann relativ zur Rohrführung des treibenden Magneten so montiert werden, daß eine Anzahl gleicher Gehäuse in einem Stapel übereinander längs der Rohrführung angeordnet werden können, deren getriebene Magnete sämtlich von ein und demselben treibenden Magneten in der Führung betätigt werden. Beispielsweise kann jedes Gehäuse auf einer vertikalen Haltestange aufwärts oder abwärts verschiebbar angeordnet und in einer Stellung, die der jeweils gewählten Höhe auf der Stange entspricht, festgelegt werden. In dieser Weise ist es möglich, eine Anzahl verschiedener Schaltoperationen auszulösen, die genau bestimmten Änderungen in der Höhenlage des treibenden Magneten entsprechen. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn sich die rohrförmige Führung für den treibenden Magneten nach oben aus einem Flüssigkeitsbehälter heraus erstreckt und der treibende Magnet mit einem im Behälter befindlichen Schwimmer verbunden ist, so daß er sich mit dem Flüssigkeitsspiegel auf und ab bewegt. Die verschiedenen Schaltoperationen dienen beispielsweise zur Steuerung von Pumpen, Ventilen oder Heizelementen in Verbindung mit dem Behälter.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß gestalteten Schalter nach Linie I-I in F i g. 3,

F i g. 2 einen Schnitt durch den gleichen Schalter nach Linie Π-ΙΙ in F i g. 3,

F i g. 3 eine Seitenansicht des Schalters,

F i g. 4 die Wirkungsweise in Betrachtung des Schalters von oben,

F i g. 5 desgleichen in Betrachtung von vorn und

F i g. 6 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung mit einer Abwandlung.

Der Schalter nach F i g. 1 bis 3 besteht aus einer Rohrführung 7 aus nicht magnetisierbarem, rostfreiem Stahl und einem Gehäuse, das sich aus zwei Porzellanplatten 8 und 9 zusammensetzt und auf einer feststehenden vertikalen Haltestange 10 befestigt ist. Die Führung 7 erstreckt sich aufwärts von einem nicht gezeichneten Wasserkessel und steht mit dessen Innern in Verbindung. In Flucht mit ihr ist im Kessel ein Schwimmer vorgesehen, der einen in radialer Richtung polarisierten treibenden Dauermagneten 11 trägt, der in der Führung 7 beweglich ist und durch eine Stange 12 mit dem Schwimmer verbunden ist. Wenn der Schwimmer im Kessel sich infolge von Änderungen in der Höhe des Flüssigeitsspiegels auf und nieder bewegt, so folgt dem der treibende Magnet 11 und bewegt sich in der Führung 7 im Bereich des Gehäuses gleichfalls auf und ab.

Die beiden Platten 8 und 9 sind mittels einer Büchse 13 miteinander verspannt, die durch Öffnungen in beiden Platten gesteckt ist. Ein Kopf 14 am einen Ende der Büchse wird von einer Ausnehmung 15 an der Oberseite der Platte 9 aufgenommen. Am unteren Ende erhält die Büchse 13 eine Umbördelung 16, die von einer entsprechenden Ausnehmung 17 an der Grundfläche der Platte 8 aufgenommen wird. Die Büchse 13 ist mit relativ enger Passung auf der Stange 10 verschiebbar, und das Gehäuse kann in der jeweils gewünschten Höhe auf der Stange 10 mittels einer Klemmschraube 18 festgelegt werden, die durch eine Öffnung 19 an der Seite des Gehäuses zugänglich und durch ein Gewindeloch in der Wandung der Büchse 13 geschraubt ist, um gegen die Stange 10 gepreßt werden zu können. An den Platten 8 und 9 sind Nasen 20 ausgebildet, die die Rohrführung 7 umgreifen und verhindern, daß sich das Gehäuse auf der Haltestange 10 relativ zur Rohrführung 7 dreht.

Die einander zugewandten Seiten der Platten 8 und 9 sind mit Ausnehmungen versehen. Diese Ausnehmungen bilden drei Hohlräume, von denen zwei zur Aufnahme von Blattfederschaltern 21 dienen, während der dritte eine evakuierte Glasrohrführung 22 enthält, in der sich ein getriebener Magnet 23 befindet, der mit Polytetrafluoräthylen überzogen ist. Die Führung 22 liegt mit ihrer Achse parallel zu einer an die Rohrführung 7 gelegten horizontalen Tangente. Ihre Enden haben von der Rohrführung gleiche Abstände. Zur Stromzuführung dienen Drähte 24, die durch eine aus Isolierstoff bestehende Abschlußplatte 25 geführt und an die Blattfederschalter 21 angeschlossen sind. Jede Schaltereinheit besteht aus einer evakuierten Glashülle mit Blattfedern 26, die sich rechtwinklig zur Längsachse der Führung 22 erstrecken. Auf den freien Enden dieser Blattfedern sind Kontakte 27 angebracht. Im gezeichneten Beispiel ist der Fall gewählt, daß die Kontakte normalerweise geschlossen sind. Doch trägt das Federblatt 26, das der Führung 22 einer jeden Einheit 21 näher liegt, einen Anker 28 aus weichem Eisen. Wenn der treibende Magnet 11 sich auf und nieder bewegt, so bewirkt er, wie unten noch dargestellt werden wird, daß der getriebene Magnet 23 sich zum einen oder anderen Ende der Führung 22 verschiebt. Der Anker 28 im Blattfederschalter 21 an demjenigen Ende der Führung 22, an dem sich der getriebene Magnet gerade befindet, wird magnetisch angezogen und bildet damit ein magnetisches Haltestück für den ihm zugewandten Pol des Magneten 23, wobei gleichzeitig die Kontakte 27 des zugehörigen Schalters geöffnet werden. Währenddessen bleiben die Kontakte 27 des anderen Schalters geschlossen. Wird der Magnet 23 alsdann zum anderen Ende der Führung 22 hin bewegt, so werden die zuvor offenen Kontakte 27 geschlossen und die zuvor geschlossenen Kontakte 27 geöffnet. Löcher 29 in der oberen Platte 9 gestatten es, die Tätigkeit der Kontakte 27 zu beobachten und zu überwachen.

Das Zusammenwirken zwischen dem treibenden Magneten 11, dem getriebenen Magneten 23 und den Kontakten 27 ist in F i g. 4 veranschaulicht. Da sich die Anordnung im Alternativenfall nicht anders verhält, ist in F i g. 4 und 5 nur der Fall dargestellt, daß der Nordpol des Magneten 11 oben und der Südpol unten liegt. Befindet sich der Südpol des Magneten 11 näher der

Achse des Magneten 23, wie in F i g. 4 und 5 mit vollen Linien gezeichnet ist, so zwingt die resultierende Reaktion zwischen beiden Magneten den Magneten 23, sich in der Zeichnung nach rechts zu bewegen, dabei den Anker 28 auf dem rechts befindlichen Blattfederschalter anzuziehen und die zugehörigen Kontakte 27 zu öffnen. In dieser Stellung ist der Nordpol des Magneten 23 vom Anker 28 des linken Blattfederschalters zu weit enternt, um die elastische Kraft der Blattfedern in der linken Schaltereinheit zu überwinden, so daß die Kontakte 27 der linken Einheit geschlossen bleiben. Bewegt sich der treibende Kontakt 1 in Richtung auf die strichpunktiert gezeichnete Stellung und erreicht er eine Lage, in der die Differenz in der Reaktion zwischen dem Nord- und Südpol des Magneten einerseits und den Polen des Magneten 23 andererseits ausreicht, um sowohl die Reibung als auch die Anziehung zwischen dem Südpol des Magneten 23 und dem Anker 28 in der rechten Schaltereinheit 21 zu überwinden, so bewegt sich der Magnet 23 schlagartig und mit Schnappwirkung in die linke Stellung in F i g. 4 und 5. Wenn dies geschieht, wird der Anker der rechts befindlichen Schaltereinheit freigegeben und der Anker 28 der linken Schaltereinheit angezogen, so daß die Schaltkontakte 27 in den beiden Einheiten ihre Stellungen umkehren.

Mehrere Schaltergehäuse können übereinander stapeiförmig auf der Haltestange 10 angebracht werden.

Wenn der treibende Magnet 11 dann an allen diesen Gehäusen nacheinander vorbeiläuft, so reagieren die Schalter in den Gehäusen darauf in der gleichen Folge. Auf diese Weise ist es möglich, Ventile, Pumpen oder Heizelemente, die mit dem Wasserkessel zusammenwirken, zu steuern. Dabei geschieht die Steuerung mit großer Genauigkeit in Abhängigkeit von kleinen Änderungen in der Höhe des Flüssigkeitsspiegels.
Der abgewandelte Schalter nach F i g. 6 stimmt in Aufbau und Wirkungsweise fast genau mit dem beschriebenen Schalter überein. Die einzige bedeutsame Abweichung besteht darin, daß die im Vakuum arbeitenden Blattfederschalter 21 durch in Luft schaltende Einheiten ersetzt sind. Jede solche Einheit besteht aus Federblättern 26a, die mit Kontakten 27a besetzt sind. Als Halterung für die Federblätter 26a sind mit Anschlüssen versehene Blöcke 25a in das Gehäuse eingesetzt. Sie stellen elektrische Verbindungen zwischen Anschlußdrähten 24a mit den Federblättern 26a her.

F i g. 6 zeigt schließlich als Beispiel zwei alternativ verwendbare Typen von in Luft arbeitenden Schaltern. Die obere Schalteinheit in F i g. 6 ist mit einem Weicheisenanker 28a an demjenigen Federblatt 26a versehen, das von der Führung 22 weiter entfernt liegt als das andere Blatt, so daß die Kontakte 27a in der in F i g. 6 gezeichneten normalen Stellung offen sind, jedoch schließen, wenn der Magnet 23 sich an dem diesem Schalter zugwandten Ende der Führung 22 befindet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetisch betätigter elektrischer Schalter mit einem treibenden und einem getriebenen Dauermagnet, die durch eine Wand aus nicht magnetisierbarem Werkstoff voneinander getrennnt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der treibende Dauermagnet (11) radial magnetisiert und vertikal entsprechend der Höhenlage eines den Schalter steuernden Körpers beweglich ist, während der getriebene, zur Steuerung von Schaltkontakten (27, 27a) dienende Dauermagnet (23) als axial magnetisierter Stabmagnet in einer horizontalen Führung (22) verschiebbar ist, deren Enden von der Bahn des treibenden Magneten (11) mindestens annähernd gleich weit entfernt sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Satz von Schaltkontakten (27, 27a) an jedem Ende der Führung (22) des getriebenen Magneten (23) angeordnet und an Blattfedern (26, 26a) mit einem ferromagnetischen Anker (28) angebracht sind, die sich mindestens annähernd rechtwinklig zur Längsausdehnung der Führung

(22) erstrecken.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltkontaktsatz eine gesonderte Blattfederschaltereinheit darstellt.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der getriebene Magnet

(23) zylindrisch und mit einem Überzug aus Polytetrafluoräthylen versehen ist und seine Führung (22) von einem Glasrohr gebildet wird.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrisch geformte treibende Magnet (11) in einer rohrförmigen Führung (7) beweglich ist, welche die Wand aus nicht magnetisierbarem Werkstoff bildet, und daß der getriebene Magnet (23) mit seiner Führung (22) sowie die Schaltkontakte (27, 27a) in einem Gehäuse untergebracht sind, das längsseits der rohrförmigen Führung (7) des treibenden Magneten (11) angeordnet ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei fest miteinander verbundenen horizontalen Porzellanplatten (8, 9) besteht, die zwischen sich Hohlräume zur Aufnahme der Führung (22) des getriebenen Magneten (23) und der Schaltkontakte (27,27a) bilden.

7. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8, 9) längs einer vertikalen Haltestange (10) auf und ab verschiebbar und an der Stange in einer beliebig gewählten Stellung feststellbar ist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der treibende Magnet (11) mit einem Schwimmer verbunden ist, der sich in einem Flüssigkeitsbehälter befindet und den Magneten (11) entsprechend der wechselnden Höhe des Flüssigkeitsstandes bewegt.