DE3853516T2

DE3853516T2 - Magnetischer Näherungsschalter.

Info

Publication number: DE3853516T2
Application number: DE3853516T
Authority: DE
Inventors: Gerald S Baker
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1988-11-03
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2008-11-04
Also published as: DE3853516D1; CA1304469C; NO885433L; EP0320112B1; AU2560488A; US4837539A; JPH01186725A; EP0320112A3; EP0320112A2; NO885433D0; ATE120880T1; AU616220B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Näherungsschalter. Magnetische Näherungsschalter sind bisher eingesetzt worden, um die Annäherung van eisenhaltigen metallischen Massen anzuzeigen. Ein Typ dieses Schalters besitzt einen zentralen, hohlen Magneten, mit Endmagneten, die von einem diese verbindenden Stab gehalten werden, der sich durch die Öffnung in dem zentralen Magneten erstreckt. Ein Schalter ist mit einem Ende der zwei verbundenen Magneten verbunden, um durch die Bewegung solcher zweier Magneten, relativ zum zentralen Magneten und dem Gehäuse, in welchem dieser angeordnet ist, betätigt zu werden. Die Annäherung eines Eisenmetalles, nahe dem Ende des Magnetes, welches entfernt von dem Schalterende liegt, veranlaßt die Magneten und den sie verbindenden Stab, sich in Richtung des eisenhaltigen Metalles zu bewegen und so die Lage des Schalters zu verändern. Ein Beispiel, dieses Typs von magnetischem Näherungsschalter ist in US-A-4.117.431 offenbart.
Eine weitere Art von magnetischem Näherungsschalter ist in US-A-4.674.936 gezeigt, wo ein zentraler Magnet innerhalb zweier ringförmiger Magneten angeordnet ist, so daß die Bewegung des zentralen Magneten, der normalerweise durch die Anordnung der Pole der drei Magneten in eine Richtung vororientiert ist, sich in die gegenüberliegende Richtung bewegt, wenn ein magnetisches Material ausreichend nahe herankommt, um die Kräfte auf den zentralen Magneten so zu ändern, dar die Kraft, welche ihn in eine Richtung vororientiert überwunden wird.
Ein weiterer Typ eines magnetischen Näherungsschalters ist in US-A-3.176.096 und US-A-4.225.837 gezeigt, wo Seite an Seite liegende Magneten eingesetzt werden, so daß die Anordnung des Schalterarmes normalerweise einer Position entspricht und in die gegenüberliegende Position schwingt, wenn ein eisenhaltiges Metall sich bis in den Sensitivitätsbereich des Nährungsschalters annähert. Das letztgenannte Patent wird als Verbesserung des vorherigen Patentes bezeichnet.
Ein Nachteil, den man an den bekannten magnetischen Näherungsschaltern festgestellt hat, ist ihr begrenzter Bereich, in dem sie die Annäherung eines eisenhaltigen Metallmateriales feststellen können sowie die Tatsache, daß diese bisherigen Vorrichtungen nicht einstellbar sind, um den exakten Punkt voreinzustellen, an dem die Annäherung eines eisenhaltigen Metalles den Näherungsschalter veranlaßt, seine Position zu verändern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein magnetischer Näherungschalter für eisenhaltige Metalle vorgesehen, der ein Gehäuse umfaßt, eine Anordnung von Magneten, von denen mindestens einer beweglich ist, und die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, einen Schalter und Einrichtungen, die den beweglichen Magneten mit dem Schalter verbinden, um dessen Position zu verändern, wenn sich der Magnet bewegt, wobei der bewegliche Magnet an einer Position durch die anderen Magneten der Anordnung vororientiert ist und sich zu seiner anderen Position bewegt, abhängig von der Anwesenheit eines eisenhaltigen Metalles innerhalb seines effektiven Aufnahmebereiches, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Magneten, der das Gehäuse umgibt, um den Magnetfluß zu fokussieren sowie Einrichtungen, die mit dem ringförmigen Magneten zusammenwirken, um seine axiale Position bezüglich des Gehäuses und damit die Gestalt des magnetischen Feldes einzustellen, um weiterhin den effektiven Aufnahmebereich für die Bewegung des beweglichen Magnetes in Abhängigkeit von der Anwesenheit eines eisenhaltigen Metalles zu verändern.
In einer Ausführungsform enthält der Näherungsschalter ein röhrenförmiges Gehäuse, einen röhrenförmigen Magneten, der innerhalb des Gehäuses in Position gehalten wird, einen ersten röhrenförmigen Magneten innerhalb des Gehäuses an einem Ende des röhrenförmigen Magneten, einen zweiten beweglichen Magneten innerhalb des Gehäuses am anderen Ende des röhrenförmigen Magneten, einen ringförmigen Magneten, der in umgebender Weise zum Gehäuse angeordnet ist sowie Einrichtungen zur Einstellung der Position des ringförmigen Magneten, um die Empfindlichkeit der Anordnung zu kontrollieren, Einrichtungen, die den ersten und den zweiten Magneten verbinden, ein Schalter, der ein Blatt umfaßt, ein erster Kontakt und ein zweiter Kontakt, Einrichtungen die den ersten und den zweiten Magneten mit dem Blatt verbinden, so dar die Bewegung des ersten und zweiten Magneten das Blatt zwischen dem ersten und zweiten Kontakt bewegt, wobei die Pole des ersten Magnetes so angeordnet sind, dar er von dem röhrenförmigen Magneten angezogen wird, wobei die Pole des zweiten Magneten so angeordnet sind, daß er von dem röhrenförmigen Magneten abgestoßen wird, wobei die Nähe eines eisenhaltigen Metalles am Ende des Gehäuses, welches den ersten Magneten enthält, die zwei Magneten und das Blatt bewegt, um die position den Schalters zu verändern, wobei die axiale Position des ringförmigen Magneten eingestellt wird, wodurch der magnetische Flug vom einen Ende des Gehäuses, welches den ersten Magneten enthält, verändert wird, um die Entfernung einzustellen, an der ein eisenhaltigen Metall eine Veränderung der Position des Schalterblattes verursacht.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, darin zeigt
Fig.1 eine Längsschnittansicht des verbesserten magnetischen Näherungsschalters, wobei die Komponenten in einer Position dargestellt sind, die keine Anwesenheit von metallischem Metall anzeigt;
Fig.2 eine ähnliche Schnittansicht des Näherungsschalters, die die Komponenten jedoch in der gegenteiligen Position als Folge der Anzeige eines eisenhaltigen Metalles darstellt;
Fig.3 eine schematische Ansicht der drei Magneten, die in dem Näherungsschalter des Standes der Technik eingesetzt werden, wobei die relative Position der Pole der Magneten und ihre magnetischen Felder dargestellt sind;
Fig.4 eine schematische Ansicht der drei Magneten, die in dem Näherungsschalter der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, wobei die relative Position der Pole der Magneten, ihre magnetischen Felder und der fokussierende Effekt auf das magnetische Feld am Ende des Näherungsschalters, welcher durch den ringförmigen Fokussiermagneten hervorgerufen wird, dargestellt ist.
Der verbesserte Aufbau der vorliegenden ist in den Fig.1 und 2 gezeigt. Der Näherungsschalter 10 umfaßt ein Gehäuse 12, einen röhrenförmigen Magneten 14, der in dem Gehäuse 12 befestigt ist, eine Anordnung 16 von beweglichen Magneten und Schalterkontakte 24 und 26 sowie ein Blatt 28. Ein beweglicher Magnet 18 ist am Ende 29 eines Gehäuses 12 angeordnet, wobei seine Pole bezüglich der Pole des röhrenförmigen Magnetes 14, wie gezeigt, angeordnet sind, so daß er durch den röhrenförmigen Magneten 14 angezogen wird. Ein beweglicher Magnet 20 ist innerhalb des Gehäuses 12 auf der vom Magneten 18 gegenüberliegenden Seite des röhrenförmigen Magneten 14 angeordnet, wobei seine Pole bezüglich der Pole des röhrenförmigen Magneten 14 angeordnet sind, wie gezeigt, so daß er von dem röhrenförmigen Magneten 14 abgestoßen wird. Ein geeigneter, nicht magnetischer Abschluß 29a ist über dem Ende 29 des Gehäuses 12 angeordnet.
Verbindungselemente 22 umfassen einen Stab 30, der sich durch die zentrale axiale Öffnung des röhrenförmigen Magneten 14 erstreckt, wobei er von Kunststofflagern 32 und 34 mit geringer Reibung gehalten wird, die an den Enden der axialen Öffnung durch den röhrenförmigen Magneten 14 angeordnet sind, wie gezeigt. Ein Ende des Stabes 30 ist mit dem beweglichen Magneten 18 und das andere Ende mit dem beweglichen Magneten 20 verbunden. Die Verlängerung 36 ist mit dem beweglichen Magneten 20 verbunden und ist an dem Blatt 28 befestigt, welches schwenkbar am Kontakt 37 angebracht ist, so daß eine Bewegung der Magnetanordnung 16 das Blatt 28 zwischen den Positionen der Kontakte 24 und 26 bewegt. In der in Fig.1 gezeigten Position verbindet das Blatt 28 den Kontakt 37 mit dem Kontakt 26.
Ein ringförmiger Magnet 38 ist um das Äußere des Gehäuses 12 angeordnet, normalerweise an einer Position, die den beweglichen Magneten 18 umgibt. Muttern 40 und 42 sind auf das Gewinde 44 am Äußeren des Gehäuses 12 auf beiden Seiten des ringförmigen Magneten 38 aufgeschraubt, um diesen in einer vorbestimmten Position bezüglich des beweglichen Magneten 18 zu sichern. Die Muttern 40 und 42 oder andere geeignete Einstellungs- und Positionierungseinrichtungen, werden genutzt, um die Position des ringförmigen Magneten 38 einzustellen, der wiederum den Sensitivitätsbereich der Struktur wie im folgenden beschrieben, einstellt.
Wie in Fig.1 gezeigt, ist eine bewegliche Magnetanordnung in rechter Position, mit einem Blatt 28 im Eingriff mit dem Kontakt 26, da eine eisenhaltige Masse 46 beabstandet außerhalb des Sensitivitätsbereiches des Näherungsschalters 10 angeordnet ist.
Die Masse 48, gezeigt in Fig.2, ist näher an dem Näherungsschalter 10 angeordnet, so daß sie innerhalb des Sensitivitätsbereiches liegt, wobei unter Berücksichtigung der Position des ringförmigen Magneten 38 die Anordnung 16 nach links bewegt worden ist, wodurch das Blatt 28 veranlaßt wurde, in Eingriff mit dem Kontakt 24 zu treten, um den Kreislauf zwischen den Kontakten 37 und 24 zu vervollständigen. Es soll bemerkt werden, daß der ringförmige Magnet 38 mit Polstücken 38a und 38b gezeigt ist, daß er jedoch auch ohne solche Polteile eingesetzt werden kann.
Die gestrichelte Linie 49 in Fig.3 beschreibt die äußere Grenze des Sensitivitätsbereiches für den Näherungsschalter 10, wenn kein ringförmiger Magnet mit dem Näherungsschalter 10 eingesetzt wird. Der Näherungsschalter 50, gezeigt in Fig.3, stellt den Stand der Technik der Näherungsschalter dar. Der Näherungschalter 50 umfaßt einen beweglichen Magneten 52, ein festen röhrenförmigen Magneten 54 und eine beweglichen Magneten 56, der die Position des Blattes 58 kontrolliert. Der Näherungsschalter 50 enthält keinen äußeren ringförmigen Magneten zur Fokussierung des magnetischen Feldes wie im folgenden beschrieben. Mit einem Näherungsschalter 50, wie in Fig.3 gezeigt, ist der Sensitivitätsbereich auf ein Maximum von 0,1" (2,54mm) beschränkt.
Fig.4 ist eine schematische Darstellung eines Näherungsschalters 110, mit demselben Aufbau wie der Näherungsschalter 10, der vorher beschrieben wurde, wobei die gezeigten Komponenten dieselben Bezugszeichen, jedoch mit der vorangestellten Nummer "1" besitzen. Ein Vergleich des magnetischen Feldes des beweglichen Magneten 118 mit dem magnetischen Feld des beweglichen Magneten 52 illustriert den fokussierenden Effekt des ringförmigen Magneten 138 auf das magnetische Feld, um das Feld abzuflachen und es zu veranlassen sich über eine größere Entfernung über das Ende des Magneten 118 hinaus zu erstrecken, als es sich ohne den ringförmigen Magneten 138 erstrecken würde. Die gestrichelte Linie 149 ist an einer Position bezüglich des Endes des Gehäuses gezeichnet, um die äußere Grenze des Sensitivitätsbereiches des Näherungsschalters 110 darzustellen. Im Vergleich mit dem maximalen Sensitivitätsbereich des Näherungsschalters 50 der 0,1" (2,54mm) beträgt, ist der maximale Sensitivitätsbereich des Näherungsschalters 110, der sämtliche Komponenten wie auch der Näherungsschalter 50 besitzt, abgesehen von dem Hinzufügen des ringförmigen Fokussiermagneten 138, ungefähr 0,5 (12,7mm). Zusätzlich wird durch die Einstellung der Position des ringförmigen Fokussiermagneten 138 eine Einstellbarkeit der Fokussierung des magnetischen Feldes des beweglichen Magneten 138 eine Einstellbarkeit der Fokussierung des magnetischen Feldes des beweglichen Magneten 118 zur Verfügung gestellt, um den exakten Abstand vorzuwählen, an dem ein eisenhaltiges Metall eine Veränderung der Position des Blattes 128 verursacht.
Es soll bemerkt werden, dar die vorliegende Erfindung Anwendung bei anderen Arten von magnetischen Näherungsschaltereinrichtungen erfährt, insbesondere bei einer Vorrichtung, die zumindest drei Magneten umfaßt, wobei mindestens ein Magnet bezüglich zweier fester Magneten in einem Gehäuse beweglich ist, wie in US-A-4.674.338 offenbart.

Claims

1. Magnetischer Näherungsschalter für eisenhaltige Metalle, mit einem Gehäuse (12), einer Anordnung (16) von Magneten, von denen zumindest einer beweglich ist, wobei diese innerhalb des Gehäuses angeordnet sind; einem Schalter (24, 26, 37); und Einrichtungen (30) die den beweglichen Magneten (20) mit dem Schalter verbinden, um dessen Position zu verändern, wenn sich der Magnet bewegt, wobei der bewegliche Magnet (20) durch die anderen Magneten der Anordnung (16) an einer Position vororientiert ist und sich abhängig von der Anwesenheit eines eisenhaltigen Metalles innerhalb seines effektiven Sensitivitätsbereiches an seine andere Position bewegt, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Magneten (38), der das Gehäuse zur Fokussierung des magnetischen Flusses umgibt, sowie Einrichtungen (40, 42), die mit dem ringförmigen Magneten zusammenwirken, um dessen Position axial bezüglich des Gehäuses (12) einzustellen und dadurch die Gestalt des magnetischen Feldes zu verändern, um wiederum den effektiven Sensitivitätsbereich für die Bewegung des beweglichen Magneten (20), abhängig von der Anwesenheit eines eisenhaltigen Metalles, zu verändern.

2. Näherungschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar einer der Magneten (14) der Anordnung innerhalb des Gehäuses befestigt ist und daß zwei der Magneten (18, 20) beweglich bezüglich des festen Magneten (14) sind sowie durch Einrichtungen (30) zur Verbindung der beiden beweglichen Magneten.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dar einer der beweglichen Magneten (18) innerhalb das Gehäuses an einem Ende des festen Magneten (14) angeordnet ist und dessen Pole bezüglich der Pole des festen Magneten so angeordnet sind, daß er von dem festen Magneten angezogen wird, daß der andere der beweglichen Magneten (20) innerhalb des Gehäuses am anderen Ende des festen Magneten (14) angeordnet ist, wobei dessen Pole bezüglich der Pole des festen Magneten so angeordnet sind, daß er von den festen Magneten abgestoßen wird, wobei die Position der beweglichen Magneten in eine Richtung vororientiert ist, wenn keine Anwesenheit eines eisenhaltigen Metalles angezeigt wird und die Anordnung der beweglichen Magneten aus der vororientierten Position in Richtung des eisenhaltigen Metalles bewegt, welches in den effektiven Sensitivitätsbereich des Näherungsschalters für eisenhaltiges Metall kommt.

4. Näherungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Magnet (14) ein röhrenförmiger mit einer zentralen durchgehenden Öffnung ist, und dar sich die Verbindungseinrichtung (30) durch die zentrale Öffnung erstreckt, mit einem beweglichen Magneten innerhalb des Gehäuses an jeder Seite des festen Magneten angeordnet.

5. Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) Gewinde (44) entlang seines Außenbereiches umfaßt, und dar die Einstelleinrichtung zumindest ein Teil (40, 42) enthält, welches auf den Außenbereich des Gehäuses aufgeschraubt ist und den ringförmigen Magneten hält.

6. Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine erste Mutter (40) umfaßt, welche auf das Außengewinde des Gehäuses (44) aufgeschraubt ist sowie eine zweite Mutter (42) welche auf das Außengewinde des Gehäuses aufgeschraubt ist, wobei der ringförmige Magnet (38) zwischen der ersten und zweiten Mutter angeordnet ist.