DE19646998A1 - Rastwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rastwerk, insbesondere für elek­ trische bzw. elektronische Schalter, mit berührungsfrei wirksamer magnetischer Verrastung, welche ein drehbares Rastrad mit Permanentmagnetanordnung und eine damit magne­ tisch zusammenwirkende stationäre Gegenrastanordnung auf­ weist, die mit dem Rastrad über einen Luftspalt mit sich bei Drehung des Rastrades änderndem Magnetfeld zusammenwirkt.

Rastwerke mit berührungsfrei wirksamer magnetischer Ver­ rastung sind grundsätzlich bekannt. Bei einem aus der DE 40 35 011 A1 bekannten derartigen Rastwerk ist die Perma­ nentmagnetanordnung des Rastrades als Magnetring mit in Um­ fangsrichtung abwechselnd aufeinander folgenden magnetischen N- und S-Polen ausgebildet, die in Umfangsrichtung unterein­ ander gleiche Abstände aufweisen. Dieser Magnetring wird be­ rührungsfrei von einem stationären Weicheisenring umschlos­ sen, welcher nach radial innen weisende Fortsätze besitzt, die in gleicher Anzahl wie die magnetischen N- und S-Pole des Magnetringes mit untereinander gleichen Abständen ange­ ordnet sind. Bei Drehung des Magnetringes erfolgt dement­ sprechend jeweils eine magnetische Verrastung, sobald die magnetischen N- und S-Pole des Magnetringes den Fortsätzen des Weicheisenringes radial gegenüberstehen.

Ein weiteres Rastwerk mit magnetischer Verrastung ist aus der DE 32 24 386 C2 bekannt. Nach dieser Druckschrift sind stationär angeordnete Permanentmagnete vorgesehen, welche an ihren magnetischen Polen mit Polschuhen nach Art einer U-Struktur verbunden sind, deren U-Schenkel durch die Pol­ schuhe gebildet werden. Die freien Enden der Polschuhe sind kammartig ausgebildet und überlappen beide Stirnseiten einer drehbar angeordneten Weicheisenscheibe mit kammartig ausge­ bildetem Umfang. Immer wenn die Zähne der drehbaren Scheibe in Achsansicht mit den Zähnen der Polschuhe fluchten, liegt eine magnetisch verrastete Lage vor.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue vorteilhafte Konstruktion für ein Rastwerk der eingangs angegebenen Art aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Permanentmagnetanordnung eine (etwa) parallel zur Achse des Rastrades ausgerichtete Magnetisierung aufweist, daß auf dem einen Magnetpol bzw. den einen Magnetpolen der Permanent­ magnetanordnung eine als Teil des Rastrades ausgebildete, umfangsseitig verzahnte bzw. mit zahnartigen Fortsätzen ver­ sehene erste Scheibe aus magnetisierbarem Material und auf dem anderen Magnetpol bzw. den anderen Magnetpolen der Per­ manentmagnetanordnung eine als Teil des Rastrades ausgebil­ dete zweite Scheibe aus magnetisierbarem Material angeordnet ist, und daß die Gegenrastanordnung zumindest einen von ver­ zahnten Umfangsrand der ersten Scheibe zum axial benachbar­ ten Rand der zweiten Scheibe erstreckten magnetisierbaren Bereich aufweist, der nahe der ersten Scheibe mit deren Zäh­ nen bzw. Fortsätzen magnetisch über den Luftspalt zusammen­ wirkende Vorsprünge besitzt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einem Rastrad magnetisch entgegengesetzt gepolte Stirnscheiben zu schaffen, die an axial miteinander benachbarten Rändern über eine stationäre, den magnetischen Fluß bündelnde Gegen­ rastanordnung magnetisch gekoppelt sind, derart, daß durch benachbart angeordnete Verzahnungen am Rand zumindest einer Stirnscheibe und am Nachbarbereich der Gegenrastanordnung eine magnetische Verrastung ausgewählter Lagen ermöglicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gegenrastanordnung als zylinderähnliches Ringteil mit einem verzahnten Rand im Bereich der ersten Scheibe und ei­ nem kreisförmigen Rand im Bereich der zweiten Scheibe ausge­ bildet. Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, daß in den Rastlagen jeweils viele, im Grenzfall alle Zähne bzw. Fortsätze der ersten Scheibe wirksam mit entsprechenden Zäh­ nen der Gegenrastanordnung zusammenwirken können.

Bei der zweiten Scheibe sowie dem damit zusammenwirkenden Bereich der Gegenrastanordnung wird vorzugsweise von einer Anordnung von Zähnen bzw. Fortsätzen abgesehen, so daß zwi­ schen der zweiten Scheibe und der Gegenrastanordnung unab­ hängig von der Drehlage bzw. Drehung der zweiten Scheibe re­ lativ zur Gegenrastanordnung gleichbleibende magnetische Kräfte auftreten, die ohne Rastwirkung bleiben. Dadurch er­ übrigt es sich, die zweite Scheibe relativ zur ersten Schei­ be bezüglich ihrer Drehstellung zu justieren.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist lediglich die verzahnte bzw. mit den zahnartigen Fortsätzen versehene erste Scheibe mit einer Welle des Rast­ werkes drehfest verbunden, während der mechanische Zusammen­ halt dieser Scheibe mit der Permanentmagnetanordnung sowie der zweiten Scheibe allein durch die magnetischen Kräfte der Permanentmagnetanordnung erfolgt.

Durch diese "magnetische Verklebung" wird eine besonders einfache Konstruktion erreicht, die zu geringen Herstel­ lungskosten führt.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt des erfindungsgemäßen Rast­ werkes und

Fig. 2 eine Darstellung des Randes des Rastrades ent­ sprechend dem Pfeil II in Fig. 1, wobei der abge­ bildete Rand in Form einer Abwicklung dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein napfartiges Gehäuse 1, welches aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise einem Nicht-Eisen-Metall, besteht und einen kreisförmigen Quer­ schnitt aufweist, ein aus ähnlichem Material bestehendes massives Bodenteil 2 mit einer in einer Zentralbohrung ange­ ordneten Lagerhülse 3, die ebenfalls nicht magnetisierbar ist.

Axial anschließend an das Bodenteil 2 ist am Innenumfang des Gehäuses 1 eine Ringhülse 4 aus Weicheisen oder einem ähnli­ chen magnetisierbaren Material angeordnet. Diese Ringhülse 4 besitzt an ihrem vom Bodenteil 2 abgewandten Ende eine Stirnverzahnung 4', deren Zähne und Zahnlücken beispielswei­ se rechteckförmig bzw. kammartig ausgebildet sein können.

Mit axialem Abstand von der Ringhülse 4 ist im Gehäuse 1 ein Schaltungsplatine 5 angeordnet, welche zumindest einen Lichtemitter 6 sowie ein damit in weiter unten dargestellter Weise nach Art einer Lichtschranke zusammenwirkendes licht­ empfindliches Element 7 trägt.

In der Lagerhülse 3 ist eine aus nichtmagnetisierbarem Mate­ rial bestehende Welle 8 drehgelagert, die an ihrem in das Gehäuse 1 hereinragenden Ende mit einem Ringflansch 8' ver­ sehen ist. Auf der vom Bodenteil 2 abgewandten Stirnseite des Ringflansches 8' ist eine aus Weicheisen bestehende Scheibe 9 relativ zur Welle 8 drehfest angeordnet. Diese Scheibe 9 besitzt an ihrem Außenumfang eine kammartige Ver­ zahnung 9', deren Zahnabstände der Stirnverzahnung 4' der Ringhülse 4 entsprechen, so daß alle Zähne der Verzahnung 9' bei Drehung der Scheibe 9 in gleichartiger Weise den Zähnen der Stirnverzahnung 4' angenähert bzw. von den Zähnen der Stirnverzahnung 4' entfernt werden.

Auf der dem Bodenteil 2 zugewandten Stirnseite der Scheibe 9 ist ein permanentmagnetisierter Ring 10 mit zur Achse der Welle 8 paralleler Magnetisierung angeordnet, d. h. die eine Stirnseite des Ringes 10 bildet den magnetischen N-Pol und die andere Stirnseite den magnetischen S-Pol. Radial wird der Ring 10 auf dem Außenumfang des Ringflansches 8 durch einen Kunststoffring 11 gehaltert, der mit dem Ring 10 fest vereinigt sein kann. Die axiale Dicke des Ringes 10 ent­ spricht der Axialabmessung des Ringflansches 8.

Auf der dem Bodenteil 2 zugewandten Seite des Ringes 10 bzw. der entsprechenden Seite des Ringflansches 8' ist eine wei­ tere Scheibe 12 aus Weicheisen angeordnet, die auf der Welle 8 mittels einer Zentralbohrung radial gelagert ist und auf­ grund der magnetischen Kräfte des Ringes 10 am Ring 10 axial festgehalten wird, der seinerseits durch die magnetischen Kräfte an der Scheibe 9 axial gehaltert ist.

Die Scheibe 12 überragt den Magnetring 10 wie die Scheibe 9 nach radial außen. Dabei erstreckt sich die Scheibe 12 bis in unmittelbare Nähe des unteren axialen Endes der Ringhülse 4, die vom Außenrand der Scheibe 12 lediglich durch einen sehr schmalen Luftspalt beabstandet ist.

Der magnetische Fluß des Magnetringes 10 verläuft von einer Stirnseite des Magnetringes 10 durch die benachbarte Scheibe 9 oder 12 nach radial außen zu dem der jeweiligen Scheibe 9 oder 12 benachbarten axialen Ende der Ringhülse 4, die dann vom magnetischen Fluß axial durchsetzt wird, so daß der magnetische Fluß am anderen axialen Ende der Ringhülse 4 in die jeweils andere Scheibe 12 oder 9 übergeht und radial nach innen zur anderen Stirnseite des Magnetringes 10 ver­ läuft.

Während der zwischen der Scheibe 12 und dem in Fig. 1 unte­ ren axialen Ende der Ringhülse 4 verbleibende Luftspalt bei Drehung der Scheibe 12 relativ zur Ringhülse 4 geometrisch unverändert bleibt, ändert der Luftspalt zwischen der Stirn­ verzahnung 4' der Ringhülse 4 und der Außenverzahnung 9' der Scheibe 9 seine Form, wenn sich die Scheibe 9 und die Ring­ hülse 4 relativ zueinander drehen. Dies hat zur Folge, daß die Scheibe 9 relativ zur Ringhülse 4 magnetisch verrastet wird, wenn die Zähne der Verzahnung 9' und die Zähne der Stirnverzahnung 4' der Ringhülse 4 jeweils aufeinander aus­ gerichtet sind. Dies ist gleichbedeutend damit, daß eine la­ bile Drehlage der Scheibe 9 relativ zur Ringhülse 4 auf­ tritt, wenn die Zähne der Verzahnung 9' jeweils in Achsan­ sicht der Scheibe 9 zwischen benachbarten Zähnen der Stirn­ verzahnung 4' der Ringhülse 4 positioniert sind.

Funktionsmäßig bilden also der Magnetring 10, der Kunst­ stoffring 11 sowie die Scheiben 9 und 12 ein Rastrad, wel­ ches mit einer durch die Ringhülse 4 gebildeten Gegen­ rastanordnung zusammenwirkt.

Die Drehungen bzw. Drehstellungen des Rastrades 9 bis 12 werden gemäß Fig. 2 mittels des Lichtemitters 6 sowie des lichtempfindlichen Elementes 7 erfaßt. Bei entsprechender Drehlage der Scheibe 9 bzw. der Verzahnung 9' relativ zum Lichtemitter 6 sowie zum Element 7 geht ein Lichtstrahl des Lichtemitters 6 zwischen benachbarten Zähnen der Verzahnung 9' hindurch und wird von der dieser Verzahnung 9' zugewandten Stirnseite der Scheibe 12 oder einer darauf angeordneten lichtreflektierenden Folie 13 zum lichtempfindlichen Element 7 hin reflektiert, wobei der reflektierte Lichtstrahl wie­ derum zwischen benachbarten Zähnen der Verzahnung 9' hin­ durchgeht.

Wird die Scheibe 9 gedreht, wird der Lichtweg vom Lichtemit­ ter 6 zum lichtempfindlichen Element 7 alternierend unter­ brochen und freigegeben, so daß die Zahl der Unterbrechungen bzw. Freigaben des Lichtweges mittels einer elektronischen Auswerteschaltung (nicht dargestellt), die auf der Platine 5 angeordnet sein kann, gezählt werden kann. Vorzugsweise sind Lichtemitter 6 und lichtempfindliches Element 7 jeweils dop­ pelt angeordnet, so daß zwei Lichtschrankenanordnungen ge­ bildet werden. Dabei ist vorgesehen, eine Lichtschrankenan­ ordnung relativ zur anderen Lichtschrankenanordnung in Um­ fangsrichtung der Scheibe 9 versetzt anzubringen, derart, daß zwischen den Unterbrechungen bzw. Freigaben der Lichtwe­ ge der beiden Lichtschranken eine drehrichtungsabhängige Phasenverschiebung auftritt.

Damit kann die vorgenannte Auswerteschaltung die jeweilige Drehrichtung erkennen und durch Zählung der Lichtunterbre­ chungen bzw. Freigaben der Lichtwege die jeweilige Stellung des Rastrades 9 bis 12 erkennen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Öffnungswinkel des aus dem Lichtemitter 6 austretenden Lichtstrahles durch einen an der Lichtaustrittsseite des Lichtemitters 6 angeordneten Tubus 14 begrenzt. Dadurch kann in einfacher Weise gewährleistet werden, daß parasitäre Lichtstreuung an der Verzahnung 9' nicht zu fehlerhaften Signalen des jeweiligen lichtempfindlichen Elementes 7 füh­ ren kann.

Gegebenenfalls kann die Lichteintrittsseite des lichtem­ pfindlichen Elementes 7 mit einem entsprechenden Tubus ver­ sehen sein.

Im übrigen ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche der Ver­ zahnung 9' eine das Licht schlecht reflektierende dunkle Färbung und/oder eine rauhe Oberfläche aufweist, die zu dif­ fuser Lichtstreuung führt.

Abweichend von der Darstellung der Fig. 1 kann vorgesehen sein, an dem der Scheibe 9 benachbarten Ende der Ringhülse 4 eine radial nach innen gerichtete Verzahnung axial dicht oberhalb oder unterhalb der Verzahnung 9' der Scheibe 9 vor­ zusehen, d. h. die Verzahnung an der Ringhülse 4 ist in ra­ dialer Überlappung mit der Verzahnung 9' angeordnet.

Des weiteren kann vorgesehen sein, daß die Scheibe 12 die Ringhülse 4 an deren einem Ende radial überlappt bzw. in ei­ ne Ringnut der Ringhülse 4 hineinragt.

Anstelle des Magnetringes 10 können mehrere magnetisch gleichgerichtete Einzelmagnete, insbesondere in ringförmiger Anordnung, vorgesehen sein. Gegebenenfalls könnte auch ein einziger zentraler Magnet angeordnet sein. Die Anordnung des Magnetringes 10 ist insofern vorteilhaft, weil der Ring ein relativ großes Volumen aufweist, so daß ein gewünschter magnetischer Gesamtfluß mit relativ schwach magnetisiertem und damit (derzeit) besonders preiswertem Material erreich­ bar ist.

Schließlich kann vorgesehen sein, Lichtemitter 6 und licht­ empfindliche Elemente 7 unmittelbar an der Ringhülse 4 zu haltern.

Schließlich ist es auch möglich, die Welle 8 durch eine Zen­ tralöffnung des Bodens des Gehäuses 1 hindurchzuführen, wo­ bei das Bodenteil 2 gegebenenfalls lediglich ein Axiallager der Welle 8 bilden bzw. haltern kann.

Claims (7)

1. Rastwerk, insbesondere für elektrische bzw. elektronische Schalter, mit berührungsfrei wirksamer magnetischer Ver­ rastung, welche ein drehbares Rastrad mit Permanentmag­ netanordnung und eine damit magnetisch zusammenwirkende sta­ tionäre Gegenrastanordnung aufweist, die mit dem Rastrad über einen Luftspalt mit sich bei Drehung des Rastrades än­ derndem Magnetfeld zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Permanentmagnetanordnung (10) eine (etwa) parallel zur Achse des Rastrades (9 bis 12) ausgerichtete Magnetisie­ rung aufweist,
daß auf dem einen Magnetpol bzw. den einen Magnetpolen der Permanentmagnetanordnung (10) eine als Teil des Rastrades ausgebildete, umfangsseitig verzahnte bzw. mit zahnartigen Fortsätzen (9') versehene erste Scheibe (9) aus magnetisier­ barem Material und auf dem anderen Magnetpol bzw. den ande­ ren Magnetpolen der Permanentmagnetanordnung (10) eine als Teil des Rastrades ausgebildete zweite Scheibe (12) aus magnetisierbarem Material angeordnet ist, und
daß die Gegenrastanordnung (4) zumindest einen vom verzahn­ ten Umfangsrand (9') der ersten Scheibe (9) zum axial be­ nachbarten Rand der zweiten Scheibe (12) erstreckten magne­ tisierbaren Bereich aufweist, der nahe der ersten Scheibe (9) mit deren Zähnen bzw. Fortsätzen magnetisch über den Luftspalt zusammenwirkende Vorsprünge (4') besitzt.

2. Rastwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenrastanordnung als zylindrisches Ringteil (4) mit einem verzahnten Rand (4') im Bereich der ersten Scheibe (9) und einem kreisförmigen Rand im Bereich der zweiten Scheibe (12) ausgebildet ist.

3. Rastwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (9, 12) die Permanentmagnetanordnung (10) nach radial außen überragen.

4. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung als axial permanentmagneti­ sierter Ring (10) ausgebildet ist.

5. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetanordnung (10) aus ringförmig ange­ ordneten, parallel zur Ringachse permanentmagnetisierten Einzelmagneten besteht.

6. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe (9) drehfest an einer Achse (8) des Rastrades (9 bis 12) angeordnet ist und die Permanentmag­ netanordnung (10) sowie die andere Scheibe (12) durch Ma­ gnetkräfte gehaltert sind.

7. Rastwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Lichtschrankenanordnung mit einem durch die Zähne bzw. Fortsätze (9') der ersten Scheibe (9) unterbrechbaren Lichtweg, welcher von einem Licht- bzw. Lichtemitterelement (6) stirnseitig der ersten Scheibe (9) zu einer Reflexionsfläche auf der zweiten Scheibe (12) und von dort zu einem lichtempfindlichen Element (7) führt, welches auf der glei­ chen Stirnseite wie das Licht- bzw. Lichtemitterelement (6) angeordnet ist.