DE3803764A1 - Reed-schaltervorrichtung - Google Patents
Reed-schaltervorrichtungInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Reed-Schaltervorrich
tung mit zwei Magneten und einem Reed-Schalter.
Eine herkömmliche Reed-Schaltervorrichtung weist einen
Magneten, der ein Permanentmagnet oder ein Solenoid sein
kann, und einen Reed-Schalter auf, welcher so eingerichtet
ist, daß er gemäß der Stärke eines auf ihn einwirkenden
Magnetfelds öffnet und schließt. Die Stärke des Magnetfelds
ändert sich gemäß der Relativlage zwischen dem Magneten und
dem Reed-Schalter, so daß der Reed-Schalter abstandsabhängig
öffnet und schließt, wodurch die Relativlage nachgewiesen
wird.
Es zeigt sich immer wieder, daß Reed-Schalter als
Produkte gleichen Aufbaus Streuungen der Arbeitscharakteri
stik, nämlich des Wertes des Magnetfelds, bei welchem der
Reed-Schalter öffnet und schließt, zeigen. Außerdem hat
jeder Reed-Schalter eine Hysterese derart, daß die Stärke des
Magnetfelds, bei welcher der Reed-Schalter aus dem geöffneten
in den geschlossenen Zustand schaltet, und die Stärke des
Magnetfelds, bei welchem dieser aus dem geschlossenen Zustand
in den geöffneten Zustand schaltet, unterschiedlich sind.
Beim tatsächlichen Einstellen einer Reed-Schalter
vorrichtung ist es daher erforderlich, die Stärke des
Magnetfelds um einen Betrag zu verstellen, der erforderlich
ist, die oben erwähnte Streuung der Arbeitscharakteristik und
die Hysterese zu kompensieren. Mit anderen Worten, es ist
erforderlich, daß die Relativlage zwischen dem Magneten und
dem Reed-Schalter so verändert wird, daß die oben erwähnte
Verstellung der Stärke des Magnetfelds bewirkt wird. Auch ist
zu beachten, daß die Exaktheit der Erfassung der Relativlage
gemäß dem Betrag der der Hysterese entsprechenden Änderung
der Relativlage schwankt bzw. ungenau ist. Der Betrag der
Änderung der Relativlage, der für eine Kompensation der
Streuung und der Hysterese erforderlich ist, hängt von der
Größe der Änderung der Magnetfeldstärke in Richtung der
Änderung der Relativlage ab. Genauer heißt dies, daß die
Änderung der Relativlage um so kleiner ist, je größer die
Änderung des Magnetfelds ist.
Leider ist bei bekannten Reed-Schaltervorrichtungen die
Änderung der Magnetfeldstärke in Richtung der Veränderung der
Relativlage ziemlich klein, so daß die Relativlage fur eine
Kompensation der Streuung der Arbeitscharakteristik und der
Arbeitshysterese stark verändert werden muß. Dies macht eine
Verminderung der Abmessungen der Reed-Schaltervorrichtung auf
einen zufriedenstellenden Wert schwierig und behindert eine
Verbesserung der Nachweisgenauigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte
Reed-Schaltervorrichtung zu schaffen, welche die oben
erwähnten Probleme bekannter Reed-Schaltervorrichtungen
vermeidet.
Hierzu schlägt die Erfindung eine Reed-Schaltervorrich
tung vor, welche ein Paar von mit entgegengesetzten Polaritä
ten angeordneten Magneten und einen Reed-Schalter aufweist,
welcher in Bezug auf das Magnetpaar so bewegbar ist, daß die
Längsachse des Reed-Schalters im wesentlichen parallel zu den
Magnetisierungsachsen der Magneten bleibt, wobei die
Relativlage zwischen dem Reed-Schalter und den Magneten über
eine Aktivierung des Reed-Schalters zwischen seinem Ein- und
Aus-Zustand festgestellt wird, die ansprechend auf eine
Änderung der Relativlage zwischen dem Magnetpaar und dem
Reed-Schalter verursacht wird.
Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung ändert sich die
Stärke des durch das Magnetpaar erzeugten Magnetfelds mit
einer Änderung der Relativlage stärker, als sich die durch
die Einzelmagneten erzeugten Magnetfeldstärken ändern.
Infolgedessen ist das Ausmaß einer Änderung der Relativlage,
das erforderlich ist, den Reed-Schalter zwischen seinem Ein-
und Aus-Zustand zu aktivieren, in vorteilhafter Weise
verminderbar.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf
dieser ist
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausfüh
rungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der
Erfindung,
Fig. 2 ein Schaubild, welches die Art und Weise wieder
gibt, in der sich die Stärke des auf den Reed-
Schalter einwirkenden Magnetfelds in Abhängigkeit
von einer Änderung der Lage des Reed-Schalters in
der in Fig. 1 gezeigten Reed-Schaltervorrichtung
ändert,
Fig. 3 eine schematische persepektivische Ansicht einer
zweiten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrich
tung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 ein Schaubild, welches die Art und Weise wieder
gibt, in der sich die Stärke des auf den Reed-
Schalter einwirkenden Magnetfelds in Abhängigkeit
von einer Änderung der Lage des Reed-Schalters in
der in Fig. 3 gezeigten Reed-Schaltervorrichtung
ändert,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht einer dritten
Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß
der Erfindung, und
Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht einer
vierten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrich
tung gemäß der Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer ersten
Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung gemäß der
Erfindung. Wie aus dieser Figur ersichtlich, weist die
insgesamt mit 1 bezeichnete Reed-Schaltervorrichtung ein Paar
von Magneten 2, 3, etwa Stabmagneten, und einen Reed-Schal
ter 4 auf, welcher ein magnetisches Element aufweist, das auf
eine Änderung der Stärke des Magnetfelds mit einem Ein- und
Ausschalten des Reed-Schalters 4 anspricht.
Diese Magneten 2 und 3 sind so angeordnet, daß sie
einander unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenraums
zwischen ihnen mit entgegengesetzten Polaritäten gegenüber
stehen, d. h. so, daß ein N-Pol des einen - 2 - der Magneten
neben einem S-Pol des anderen - 3 - der Magneten angeordnet
ist. Der Reed-Schalter 4 ist so angebracht, daß er sich längs
einer Linie bewegen kann, welche die Mitten der beiden
Magneten 2 und 3 verbindet, wobei er dabei im wesentlichen
parallel zu den Magnetisierungsachsen der Magneten 2 und 3
bleibt. D. h., die Lage des Reed-Schalters 4 in Bezug auf
jeden der beiden Magneten 2 und 3 wird in einer zu den Achsen
der Magneten 2 und 3 im wesentlichen senkrechten Richtung
verändert.
Fig. 2 ist ein Schaubild, welches die Art und Weise
wiedergibt, in der sich die Stärke des auf den Reed-Schalter
in der Reed-Schaltervorrichtung 1 wirkenden Magnetfelds in
Abhängigkeit von der Bewegungslage des Reed-Schalters 4
ändert. In dieser Figur stellt die Abszisse den Abstand L
des Reed-Schalters 4 von der bei Blick gemäß Fig. 1 rechten
Endfläche des Magneten 2 dar, während die Ordinate die Stärke
H des auf den Reed-Schalter 4 wirkenden Magnetfeldes
darstellt. Das der Magnetfeldstärke zugeteilte positive bzw.
negative Vorzeichen ist so festgelegt, daß die Richtung des
vom Magneten 2 erzeugten Magnetfeldes die positive Richtung
ist. In Fig. 1 zeigt eine Kurve A die Änderung der Stärke
des durch beide Magneten 2 und 3 gebildeten zusammengesetzen
Magnetfelds, während die Kurve B die Änderung der allein
durch den Magneten 2 erzeugten Magnetfeldstärke wiedergibt.
Eine Kurve C gibt die Änderung des vom Magneten 3 allein
erzeugten Magnetfelds wieder.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß für eine bestimmte Änderung
des Abstandes L die Änderung der Stärke H des durch die Kur
ve A dargestellten zusammengesetzen Magnetfelds größer als
die Änderungen der Stärken der durch die Magneten 2 und 3
einzeln erzeugten Magnetfelder ist. Diese Charakteristik ist
innerhalb eines Bereichs erzielbar, welcher durch die Lagen
des Reed-Schalters 4 begrenzt ist, wo die Absolutwerte der
durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfeldstär
ken maximal sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist
diese Charakteristik über den gesamten Bereich, über den sich
der Reed-Schalter 4 bewegen kann, d. h. über die gesamte
Länge der die Mitten der Magneten 2 und 3 verbindenden Linie,
welche die Bewegungsbahn des Reed-Schalters 4 bildet,
erzielbar.
Es wird hier angenommen, daß der Reed-Schalter 4 eine
Streuung bzw. Hysterese aufweist, die einem Differenzbetrag
der Magnetfeldstärke entspricht, der durch die Höhendif
ferenz zwischen den Feldstärkewerten H 1 und H 2, gesehen gemäß
Fig. 2, ausgedrückt wird. Bei der Reed-Schaltervorrichtung
gemäß der Erfindung, welche ansprechend auf das zusammen
gesetzte Magnetfeld A arbeitet, ist der Änderungsbetrag für
die Lage des Reed-Schalters 4, der der Höhendifferenz
zwischen den Werten H 1 und H 2 entspricht, durch L 1 gegeben,
der viel kleiner als der Änderungsbetrag L 2 für die Lage des
Reed-Schalters 4 ist, wie man ihn erhält, wenn der Reed-
Schalter 4 ansprechend auf die Änderung der durch den
Magneten 2 allein erzeugten Magnetfeldstärke arbeitet.
Bei der gegenständlichen Vorrichtung, bei welcher der
Reed-Schalter auf ein zusammengesetztes Magnetfeld reagiert,
welches durch ein Paar von mit entgegengesetzten Polaritäten
angeordneten Magneten gebildet wird, entspricht die Streuung
bzw. Hysterese des Reed-Schalters 4 einem Lageänderungs
betrag des Reed-Schalters 4 in Bezug auf die Magneten 2
und 3, welcher sehr klein ist, verglichen mit dem Änderungs
betrag der Relativlage, welcher bei bekannten Reed-Schalter
vorrichtungen bewirkt wird.
Dies bedeutet, daß bei der erfindungsgemäßen Reed-
Schaltervorrichtung der Änderungsbetrag der Relativlage, der
für eine Aktivierung des Reed-Schalters 4 erforderlich ist,
sehr klein ist, so daß der Bewegungshub des Reed-Schalters 4
oder der Magneten 2, 3 verglichen mit bekannten Reed-
Schaltervorrichtungen stark reduziert ist. Dadurch wird es
ganz offenbar möglich, die Abmessungen der Reed-Schaltervor
richtung zu vermindern und die Genauigkeit der Feststellung
der Relativlage zu erhöhen. Bei der beschriebenen Ausfüh
rungsform ist die Feststellung der Relativlage über die
Gesamtlänge der die Mitten der Magneten 2 und 3 verbindenden
Linie möglich.
Eine zweite Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung
gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3
beschrieben.
Diese Ausführungsform der insgesamt mit 1 bezeichneten
Reed-Schaltervorrichtung weist ein Paar von stabförmigen
Magneten 2 und 3 auf, die einander berührend und nebeneinan
der mit entgegengesetzter Polarität angeordnet sind, so daß
ein N-Pol des einen - 2 - der Magneten angrenzend an einen
S-Pol des anderen Magneten - 3 - angeordnet ist. Die Reed-
Schaltervorrichtung 1 weist auch einen Reed-Schalter 4 auf,
welcher oberhalb der Ebene der Oberflächen der Magneten 2 und
3 angeordnet und in Richtung senkrecht zu den Magnetisie
rungsachsen der Magneten 2 und 3 bewegbar ist, wobei seine
Längsachse parallel zu diesen Magnetisierungsachsen bleibt.
Die Relativlage zwischen dem Paar von Magneten 2, 3 und dem
Reed-Schalter 4 ist also in einer zu den Magnetisierungsach
sen der Magneten 2 und 3 im wesentlichen senkrechten Richtung
veränderbar.
Fig. 4 ist ein Schaubild, welches die Art und Weise der
Änderungen der Stärken der durch das Paar von Magneten 2 und
3 einzeln erzeugten Magnetfelder, wie sie durch die Kurven E
und F gezeigt sind, sowie derjenigen der Stärke des durch
beide Magneten 2, 3 gebildeten zusammengesetzen Magnetfelds,
wie es durch die Kurve D gezeigt ist, wiedergibt. In dieser
Figur stellt die Abszisse den Abstand L von der bei Blick
gemäß Fig. 3 linken Endfläche des Magneten 2 dar, während
die Ordinate die Stärke H der Magnetfelder darstellt, wobei
die Stärke des durch den Magneten 2 erzeugten Magnetfelds in
der positiven Richtung gezeigt ist.
Wie sich aus Fig. 4 ergibt, zeigt das durch beide
Magneten 2 und 3 erzeugte, durch die Kurve D dargestellte
zusammengesetzte Magnetfeld für einen gegebenen Änderungs
betrag des Abstandes L eine stärkere Änderung als die durch
die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder E und F.
Genauer gesagt, erhält man diese Tendenz innerhalb des
Laufbereichs des Reed-Schalters 4 zwischen einem Punkt l 1, an
welchem das durch den Magneten 2 erzeugte Magnetfeld E einen
Maximalwert g 1 zeigt, und einem Punkt l 2, an welchem das
durch den Magneten 3 erzeugte Magnetfeld F einen Maximalwert
g 2 zeigt.
Die in Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsform bietet
also die gleichen Vorteile, wie sie sich aus der ersten
Ausführungsform ergeben, vorausgesetzt, daß der Reed-Schal
ter 4 längs des bestimmten Weges zwischen den Lagen, wo die
durch die Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnetfelder
Maximalwerte zeigen, bewegt wird. Die Relativlage zwischen
den Magneten 2, 3 und dem Reed-Schalter 4 kann also genau
bestimmt werden, wenn die Relativlage innerhalb des oben
beschriebenen Bereichs zwischen den Stellen verändert wird,
wo die Stärken der durch die Magneten 2 und 3 einzeln
erzeugten Magnetfelder maximal sind.
Fig. 5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform
der Reed-Schaltervorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Diese
Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung 1 weist ein Paar
von stabförmigen Magneten 2 und 3 auf, welche in einer Linie
angeordnet sind, so daß ihre Magnetisierungsachsen linear
ausgerichtet sind, wobei die Pole gleicher Polarität, bei
spielsweise die S-Pole, beider Magneten einander gegenüber
stehen. Der Reed-Schalter 4 dieser Ausführungsform ist so
eingerichtet, daß er in dem Bereich nahe der Seitenflächen
des Paares von Magneten 2, 3 in einer zu den Magnetisierungs
achsen der Magneten 2, 3 im wesentlichen parallelen Richtung
bewegbar ist, wobei seine Achse im wesentlichen parallel zu
den Magnetisierungsachsen bleibt.
Auch bei dieser Ausführungsform zeigt das durch die
beiden Magneten 2, 3 erzeugte zusammengesetzte Magnetfeld für
eine gegebene Änderung der Relativlage eine größere Änderung
als die von den Magneten 2 und 3 einzeln erzeugten Magnet
felder, solange man sich in dem Bereich des Weges der
Relativbewegung befindet, der zwischen den Punkten liegt, an
welchen die von den Magneten einzeln erzeugten Magnetfelder
maximal sind. Die in Fig. 5 gezeigte dritte Ausführungsform
liefert damit die gleichen Vorteile wie die vorangehenden
Ausführungsformen, vorausgesetzt, daß die Relativlage
zwischen den Magneten 2, 3 und dem Reed-Schal
ter 4 innerhalb des oben erwähnten Bereichs verändert wird.
Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht
einer vierten Ausführungsform der Reed-Schaltervorrichtung
gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet ein Paar
von ringförmigen Magneten 2 und 3, welche unter Einhaltung
eines Zwischenraums zwischen ihnen im wesentlichen koaxial
zueinander so angeordnet sind, daß die Pole gleicher
Polarität, beispielsweise die S-Pole, beider Magneten
einander gegenüberstehen. Der Reed-Schalter 4 ist so
eingerichtet, daß er längs der gemeinsamen Achse der
ringförmigen Magneten 2 und 3 in Richtungen bewegt werden
kann, die im wesentlichen parallel zu den Magnetisierungsach
sen dieser Magneten sind, wobei seine Längsachse im wesentli
chen parallel zu den Magnetisierungsachsen dieser Magneten 2
und 3 bleibt.
Es versteht sich, daß diese Ausführungsform die gleichen
Vorteile zeigt, wie sie auch die vorangehenden Ausfüh
rungsformen haben, wenn die Relativlage zwischen den Magne
ten 2, 3 und dem Reed-Schalter 4 innerhalb des Bereichs des
Weges der Relativbewegung verändert wird, der zwischen den
Stellen liegt, wo die von den Magneten einzeln erzeugten
Magnetfelder maximal sind.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist deutlich geworden,
daß es die Erfindung ermöglicht, das Ausmaß der Relativ
bewegung zwischen dem Reed-Schalter und der Quelle des
Magnetfelds, das für eine Aktivierung des Reed-Schalters
erforderlich ist, und damit auch die Abmessungen der Reed-
Schaltervorrichtung 4 als ganzen zu vermindern, wobei
gleichzeitig die Nachweisgenauigkeit erhöht ist.
Claims (6)
1. Reed-Schaltervorrichtung mit Magnetmitteln und einem
Reed-Schalter (4), welche relativ zueinander bewegbar sind,
so daß sich der Zustand des Reed-Schalters zwischen einem
Ein- und einem Aus-Zustand in Übereinstimmung mit einer
Änderung der Relativlage zwischen dem Reed-Schalter und den
Magnetmitteln ändert, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetmittel ein Paar von Magneten (2, 3) umfassen,
welche nebeneinander mit entgegengesetzt gerichteten
Polaritäten angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4) in
bezug auf die Magneten (2, 3) mit zu den Magnetisierungs
achsen der Magneten (2, 3) im wesentlichen paralleler
Längsachse bewegbar ist.
2. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Feststellung der
Relativlage innerhalb eines Bereichs des Veränderungswegs der
Relativlage durchgeführt wird, der zwischen zwei Punkten
liegt, wo die durch die Magneten (2, 3) einzeln erzeugten
Magnetfelder maximal sind.
3. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (2, 3)
unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenraums zwischen
ihnen parallel zueinander angeordnet sind, und daß der Reed-
Schalter (4) in Bezug auf die Magneten (2, 3) längs einer
Linie bewegbar ist, welche die Mitten der Magneten (2, 3) im
wesentlichen in Richtung senkrecht zur Richtung der Mag
netisierungsachsen der Magneten (2, 3) verbindet.
4. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magneten (2, 3)
nebeneinander im wesentlichen einander berührend angeordnet
sind, und daß der Reed-Schalter (4) in Bezug auf die Magneten
(2, 3) längs eines Weges bewegbar ist, welcher sich im
Bereich der Oberflächen der Magneten (2, 3) erstreckt und im
wesentlichen senkrecht zu den Magnetisierungsachsen der
Magneten (2, 3) verläuft.
5. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (2, 3)
in einer Reihe angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4)
längs eines Weges bewegbar ist, welcher im wesentlichen
parallel zu den Magnetisierungsachsen der Magneten (2, 3)
verläuft.
6. Reed-Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (2, 3)
ringförmige Magneten sind, welche koaxial zueinander
angeordnet sind, und daß der Reed-Schalter (4) längs der
gemeinsamen Achse der ringförmigen Magneten bewegbar ist.
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