DE4035011C2 - Rastwerk, insbesondere für Stufenschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rastwerk, insbesondere für Stufenschalter, mit berührungsfrei wirksamer magnetischer Verrastung und Signalgeberanordnung zur Erzeugung eines ein Umschalten zwischen zwei Rastlagen anzeigenden Signales.

Bei einem aus der DE 37 18 733 A1 bekannten derartigen Rastwerk ist ein gitterartiges Schieberteil quer zur Richtung eines Magnetfeldes verschiebbar zwischen dem magnetischen Nord- und Südpol eines das Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten angeordnet. Die beiden magnetischen Pole besitzen eine Vielzahl gegeneinander gerichteter Fortsätze, deren Abstand in Verschiebe­ richtung dem Querabstand der nach Art von Sprossen einer Leiter angeordneten Gitterelemente des Schieberteiles entspricht. Dementsprechend wird das aus einem weich­ magnetischen Material bestehende Schieberteil zwischen den Magnetpolen immer dann magnetisch verrastet, wenn die Gitterelemente eine Lage zwischen einander gegen­ überstehenden Fortsätzen der Magnetpole einnehmen.

Darüber hinaus wirken die Gitterelemente mit Licht­ schranken zusammen, um beim Wechsel von Rastlagen Signale erzeugen zu können. Durch Anordnung zweier Lichtschranken, deren Abstand in Verschieberichtung vom entsprechenden Abstand der Gitterelemente bzw. von einem Vielfachen dieses Abstandes abweicht, lassen sich phasenverschobene Signale erzeugen, derart, daß auch die Verschieberichtung des Schieberteiles erkennbar wird.

Aus der DE 38 41 231 A1 ist eine Vorrichtung zur Kodierung eines Druckrades bekannt, dessen jeweilige Stellung mittels eines Hallgenerators ermittelbar ist.

Dazu besitzt das Druckrad gemäß einer ersten Ausführungs­ form einen weichmagnetischen Ring, dessen Innenumfang bezüglich der Radachse spiralig ausgebildet ist. Inner­ halb dieses Ringes ist ein stationärer Permanentmagnet angeordnet, welcher ein Magnetfeld mit zur Radachse im wesentlichen radialen Feldlinien erzeugt. An dem dem Innenumfang des Weicheisenringes näheren Pol dieses Magnetes ist der Hallgenerator angeordnet. Bei Drehung des Druckrades verändert sich die Breite des Spaltes zwischen dem letztgenannten Pol des Magnetes und dem Innenumfang des Weicheisenringes, mit der Folge, daß der Hallgenerator von entsprechend unterschiedlich starken Magnetfeldern beaufschlagt wird. Damit vermag der Hallgenerator ein zur Drehstellung des Druckrades analoges Signal zu erzeugen.

Bei einer zweiten Ausführungsform sind im nicht magnetisierbaren Druckrad weichmagnetische Körper ringförmig angeordnet, und zwar derart, daß in Umfangs­ richtung des Druckrades benachbarte weichmagnetische Körper einen unterschiedlichen Radialabstand von der Achse des Druckrades und damit auch vom Permanentmagneten haben. Auch hier vermag der Hallgenerator, welcher am Magneten angeordnet ist, ein im wesentlichen zur Dreh­ stellung des Druckrades analoges Signal zu erzeugen.

Das DE-U 75 37 002 sowie das DE-U 90 03 955 zeigen magnetisch verrastbare Schaltwerke, wobei an einem kreis- bzw. bogenförmigen stationären Teil sowie an einem dazu drehbaren Teil jeweils Permanentmagnete angeordnet sind, derart, daß an beiden Teilen magnetische Nord- und Südpole in Umfangsrichtung miteinander abwechseln, und zwar mit untereinander gleichen Abständen in Umfangs­ richtung. Auf diese Weise ist eine magnetische Verrastung immer dann gegeben, wenn sich die beiden Teile mit Magnet­ polen entgegengesetzter Polarität gegenüberstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein insbesondere für elektrische Stufenschalter besonders geeignetes Rast­ werk zu schaffen, welches sich durch einfache Konstruk­ tion sowie durch die Erzeugung gut auswertbarer Signale bei einem Rastlagenwechsel auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verrastung unterschiedlicher Drehlagen ein Rast­ magnetring drehbar angeordnet ist, welcher in Umfangs­ richtung aufeinander folgende magnetische Pole der einen und anderen magnetischen Polarität besitzt, und daß diese Pole in den Rastlagen zumindest teilweise stationären weichmagnetischen Radialfortsätzen eines zum Rastmagnetring koaxialen weichmagnetischen Ringes maximal angenähert sind und mit zumindest einem an einem der Fortsätze angeordneten Hallgenerator zur Signalerzeugung zusammenwirken.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine einfache Kon­ struktion aus, da sowohl der Rastmagnetring als auch der weichmagnetische Ring einfach herstellbare Teile sind.

Die Rastlagen werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit vergleichsweise großer Kraft gehalten, da magnetische Pole entgegengesetzter Polarität simultan rastwirksam werden und das magnetische Feld zwischen ihnen in den schmalen Luftspalten zwischen den Magnetpolen und den Fortsätzen des weichmagnetischen Ringes stark gebündelt wird.

Der Hallgenerator bzw. die Hallgeneratoren erzeugen gut auswertbare Signale, da in den Rastlagen einerseits und in den Zwischenlagen andererseits stark unterschied­ liche Magnetfelder einwirken. Dementsprechend erzeugt jeder Hallgenerator beim Umschalten des Rastmagnetringes zwischen zwei Rastlagen Signale mit stark unterschiedlichen Pegeln, die gut auswertbar sind.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung besonders vorteilhafter Ausführungsformen verwiesen, die anhand der Zeichnung erläutert werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Radialschnitt eines zur Verrastung verschiedener Drehlagen dienenden magnetischen Rastwerkes mit Hallgeneratoren und

Fig. 2 einen Axialschnitt entsprechend der Schnitt­ linie II-II in Fig. 1.

Auf einer in nicht dargestellten Lagern drehgelagerten Achse 1 ist ein Rastermagnetring 2 mit in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgenden magnetischen N- und S-Polen angeordnet. Diese Pole besitzen in Umfangsrichtung unter­ einander gleiche Abstände.

Der Rastermagnetring 2 wird berührungsfrei von einem statio­ nären Weicheisenring 3 umschlossen, welcher nach radial innen weisende Fortsätze 3′ aufweist, die in gleicher Anzahl wie die magnetischen N- und S-Pole des Rastermagnetringes mit untereinander gleichen Abständen angeordnet sind.

Bei Drehung der Achse 1 bzw. des Rastermagnetringes 2 erfolgt dementsprechend jeweils eine magnetische Verrastung, sobald die magnetischen N- und S-Pole des Rastermagnetringes 2 den Fortsätzen 3′ des Weicheisenringes 3 radial gegenüberstehen. In allen diesen Stellungen erreichen nämlich die zwischen den magnetischen N- und S-Polen des Rastermagnetringes 2 und den Fortsätzen 3′ des Weicheisenringes 3 wirksamen magnetischen Kräfte jeweils ein Maximum.

An zumindest zwei Fortsätzen 3′ ist jeweils ein Hallgenerator 4 angeordnet, so daß jeweils ein die magnetische Feldstärke am Ort des jeweiligen Hallgenerators 4 wiedergebendes Signal zur Verfügung steht, beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung.

Sobald der Rastermagnetring 2 von einer Raststellung in die andere Raststellung umgeschaltet wird, tritt an den Hallgeneratoren 4 eine starke Änderung der Magnet­ felder auf, so daß entsprechend geänderte Signale erzeugt werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß nur einer der beiden Hallgeneratoren 4 in einer Raststellung des Rastermagnet­ ringes 2 relativ zum Weicheisenring 3 in der Ansicht der Fig. 1 dem jeweils benachbarten magnetischen N- bzw. S-Pol des Rastermagnetringes 2 exakt gegenüberliegt. Der andere Hallgenerator 4 ist dagegen in Umfangsrichtung etwas versetzt angeordnet. Auf diese Weise ändern sich die Signale der beiden Hallgeneratoren 4 bei Verstellung des Rastermagnetringes 2 mit einer gewissen Phasenver­ schiebung, wobei je nach Drehrichtung des Rastermagnet­ ringes 2 relativ zum Weicheisenring 3 eine positive oder negative Phasenverschiebung auftritt. Somit stellt die Phasenverschiebung ein die jeweilige Drehrichtung wieder­ gebendes Signal dar.

Im übrigen können die von den Hallgeneratoren 4 bei Verstellung des Rastermagnetringes 2 erzeugten Signal­ impulse an ein Zählwerk geleitet werden, welches in positiver oder negativer Richtung zählt, je nachdem, ob zwischen den Signalen der beiden Hallgeneratoren 4 eine positive oder negative Phasenverschiebung auftritt. Auf diese Weise kann jede Raststellung des Rastwerkes registriert werden.

Gegebenenfalls kann noch ein dritter (nicht dargestellter) Hallgenerator angeordnet sein, der in einer Ausgangslage des Rastermagnetringes 2 mit einem gesonderten, nicht dar­ gestellten Magnetpol zusammenwirkt und dementsprechend jeweils ein zusätzliches Signal erzeugt, sobald wiederum die Ausgangslage eingestellt wird, wobei dann das Zählwerk zweckmäßigerweise automatisch auf Null zurückgesetzt wird. Damit sind Fehler des Zählwerkes praktisch ausgeschlossen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, können die Fortsätze 3′ des Weicheisenringes 3 gegebenenfalls eine in Richtung der Achse 1 geringere Breite als die magnetischen N- bzw. S-Pole des Rastermagnetringes 2 haben. Damit besteht die Möglichkeit, die Hallgeneratoren 4 jeweils neben einem der Fortsätze 3′ noch innerhalb des Bereiches starker magnetischer Felder der jeweiligen N- bzw. S-Pole anzuordnen.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Hallgeneratoren jeweils in einem der Luftspalte zwischen den Fortsätzen 3′ und dem Rastermagnetring 2 unterzubringen. Dazu können die Fortsätze 3′ im Bereich der Hallgeneratoren 4, soweit not­ wendig, gekürzt werden.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Fortsätze 3′ für eine einwandfreie Funktion des magnetischen Rastwerkes nicht unbedingt alle mit gleicher Form ausgebildet sein müssen. Darüber hinaus könnte sogar der eine oder andere der Fortsätze 3′ unter Bildung einer "Zahnlücke" ausgespart sein. Jedoch wird eine besonders ausgeprägte Rastwirkung erzielt, wenn in den Rastlagen jedem der magnetischen N- bzw. S-Pole des Rastermagnetringes 2 ein Fortsatz 3′ gegenüber­ liegt.

Im dargestellten Beispiel ergibt sich eine geradzahlige Anzahl von Rastlagen, weil die Gesamtzahl der abwechselnd hintereinanderliegenden magnetischen N- und S-Pole des Rastermagnetringes geradzahlig ist.

Grundsätzlich kann jedoch auch ein Rastwerk mit einer ungeradzahligen Anzahl der Rastlagen verwirklicht werden.

Hierbei können dann wiederum im Rastermagnetring 2 magneti­ sche N- und S-Pole aufeinanderfolgen, wobei dann an einer Stelle zwei gleichnamige magnetische Pole nebeneinander­ liegen.

Claims (2)

1. Rastwerk, insbesondere für Stufenschalter, mit berührungsfrei wirksamer magnetischer Verrastung und Signalgeber zur Erzeugung eines ein Umschalten zwischen zwei Rastlagen anzeigenden Signales, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verrastung unterschiedlicher Drehlagen ein Rastmagnetring (2) drehbar angeordnet ist, welcher in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende magnetische Pole der einen und anderen magnetischen Polarität besitzt, und daß diese Pole in den Rastlagen zumindest teilweise stationären weichmagnetischen Radialfortsätzen eines zum Rastmagnetring koaxialen weichmagnetischen Ringes (3) maximal angenähert sind und mit zumindest einem an einem der Fortsätze (3′) angeordneten Hall­ generator (4) zur Signalerzeugung zusammenwirken.

2. Rastwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Hallgeneratoren (4) derart zueinan­ der versetzt angeordnet sind, daß bei Verstellung des Rastwerkes zueinander phasenverschobene Signale auftreten.