DE2440277A1 - Umschaltvorrichtung mit einem mit wechselstrom betriebenen elektromagneten - Google Patents

Description

( LANDlS & GYB ) LANDIS & GYR AG CH-63O1 Zug, Schweiz

Umschaltvorrichtung mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umschaltvorrichtung mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten in einem nach aussen magnetisch abschirmenden, eisengeschlossenen Rückschlusstopf und mit einem aktiven und einem passiven Luftspalt zwischen einem Magnetstator und einem Ankert wobei mindestens ein Teil des Ankers von der Magnetspule umgeben ist»

Einleitung

Umschaltvorrichtungen werden z.B.. bei Stromverbrauchern mit verschiedenen Tarifen verwendet., Hierzu benutzt man Doppeltarif Zählwerke für Elektrizitätszähler,, bei denen eine Tarifumschaltung dadurch erfolgt,, dass eine Verbindung zwischen dem Mess-System und dem bisherigen. Tarif zugeordneten Zähl-

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werk getrennt wird. Auch bei Maximumzählern werden Umschaltvorrichtungen benötigt.

Stand der Technik

Es ist bekannt, zur Auslösung von derartigen Umschaltvorgängen thermische Steuervorrichtungen zu verwenden. Diese enthalten im allgemeinen ein Steuerbimetall, das sich bei Erwärmung durch ein Heizelement ausdehnt und dabei mechanische Arbeit zur Betätigung der Umschaltvorrichtung leistet. Die thermischen Auslösevorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie mit einer zusätzlichen Einrichtung versehen werden müssen, die den Einfluss der veränderlichen Umgebungstemperatur auf das Steuerbimetall kompensiert. Als weiterer Nachteil ist die oft erhebliche Zeitdifferenz zwischen der Erteilung und der Ausführung eines Umschaltbefehls anzusehen.

Die genannten Mangel werden bei elektromagnetischen Umschaltvorrichtungen vermieden. Hierfür sind Wechselstrom-Systeme bekannt, bei denen jedoch infolge der· Vibration des Ankers eine schnelle Abnutzung der Anker-Gleitlager erfolgt, die zudem ständig geschmiert werden müssen; also nicht wartungsfrei sind. Ausserdem arbeitet ein derartiges System nicht geräuschlos. Zur Behebung dieser Nachteile ist es bekannt, die

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Umschaltvorrichtungen als Gleichstromklappankermagneten auszubilden. Diese benötigen jedoch einen zusätzlichen Gleichrichter sowie einen stossfesten Vorwiderstand, wodurch ein erhöhter Aufwand entsteht.

Umschaltvorrichtungen mit einem Elektromagneten, der samt seinem Magnetkern und einem ersten, die eine Stirnseite der Magnetspule bedeckenden Polschuh gegenüber einem zweiten Polschuh im magnetischen Fluss des Kerns auf der gegenüberliegenden Spulenseite drehbar angeordnet ist, sind bekannt. Bei dieser bekannten Umschaltvorrichtung besitzt der an dem Magneten befestigte Polschuh ein oder mehrere Paare zueinander paralleler Seitenflächen, während der drehbare Polschuh diesen zugeordnete parallele Flächen aufweist, die durch Umbiegen des streifenförmigen drehbaren Polschuhs zu einem, die Magnetspule und den ersten Polschuh umfangenden Käfig erzeugt werden. Da die beiden Polschuhe in erregtem Zustand des Magneten sich berühren, neigt dieser Drehmagnet zum Kleben. Ferner besteht ein magnetischer Nebenschluss zwischen den beiden Polschuhen, der den Wirkungsgrad der Umschaltvorrichtung beeinträchtigt.

Eine Umschaltvorrichtung der eingangs genannten Art ist ebenfalls bereits beschrieben worden. Bei dieser ist der aktive Luftspalt zwischen einem Stator und einem Drehanker ausgebildet, während der passive Luftspalt mit konstanter Weite

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konisch im Inneren des Spulenkerns verläuft. Der Drehanker ist somit nur teilweise im Bereich des Spulenkerns. Die Herstellung dieser Umschaltvorrichtung ist kompliziert und teuer,

Aufgabenstellung

Die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Umschaltvorrichtung mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten in einer einfachen, wohlfeilen, platzsparenden, geräuscharmen, streuungsarmen, sicher wirkenden, sowie kleine Leistungsaufnahme und geringe Lagerabnützung aufweisenden und lageunabhängig arbeitenden Ausführungsform zu schaffen.

Kennzeichen der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Umschaltvorrichtung der eingangs genannten Art durch einen vollständig im Hohlraum der Magnetspule angeordneten, um eine senkrecht zur Spulenlängsachse verlaufende Achse kippbaren Anker mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, der einen zu einem Pol des Magneten angeordneten passiven und einem zum entgegengesetz ten Pol des Magneten angeordneten aktiven Luftspalt bildet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Umschaltvorrichtung ist

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dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Rückführfeder für den Anker aufweist, deren Gegenmoment mit zunehmendem Anzugsweg des Ankers abnimmt.

Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 die Umschaltvorrichtung in Ruhestellung in Seitenansicht.

Fig. 2 die Umschaltvorrichtung nach Fig. 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie L-L von oben gesehen.

Fig. 3 die Umschaltvorrichtung nach Fig. 1 bei erregtem Magnet.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 ersichtliche Umschaltvorrichtung ist in einem Mantel 1 aus ferromagnetischem Material eingeschlossen. Dieser umschliesst eine Magnetspule 2 mit einem Hohlraum 3 im Zentrum. Die eine Polseite der Magnetspule 2 ist durch einen pfropfenförmigen Einsatz 4 aus ferromagnetischem Material abgeschlossen, der in einer Oeffnung 5 des Mantels 1 eingepasst ist. Zum Zwecke der Vermeidung magnetischer Streuung wird die Oeffnung 5 von einem Kranz 6 aus

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ebenfalls ferromagnetischem Material abgedeckt. Auf der entgegengesetzten Seite der Magnetspule 2 ist ein U-förmiges Teil 7 aus ferromagnetischem Material in den Hohlraum 3 eingepasst und nach aussen mit einem ferromagnetischen Kranz abgedeckt. Die Enden des Teils 7 erstrecken sich bis in unmittelbare Nähe des Endes des Einsatzes 4. Auf halber Länge des Hohlraums 3 sind in beiden U-Armen des Teils 7 in entsprechenden Bohrungen zwei Achsen 8 befestigt, welche in Lagern 9, vorwiegend aus reibungsarmem Kunststoff einen Kippanker IO in der Nähe von dessen Schwerpunkt tragen. Dieser Kippanker IO weist einen Schlitz 11 auf, in welchem eine Rückführfeder 12 angeordnet ist. Diese ist mit dem einen Ende des Kippankers IO und mit einem Haltebügel 13 verbunden, welcher in einem klotzchenförmigen Fuss 14 des U-förmigen Teils 7 mit Hilfe einer Schraube 15 gehalten ist.

Der Kippanker IO weist die Form einer Raute mit abgeschnittenen spitzen Enden auf. Er trägt an seinem, dem Einsatz 4 zugewandten Ende seitlich einen steifen Draht 16 aus nichtferromagnetischem Material, welcher durch einen Schlitz im Einsatz 4 ragt und die Bewegung des Kippankers IO nach aussen überträgt.

Zwischen den Breitseiten des Kippankers 10 und dem U-förmigen Teil 7 des einen Magnetpols wird der passive Luftspalt 18 gebildet. Der aktive Luftspalt 19 wird einerseits durch das

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abgerundete Ende 20 des Kippankers 10 und anderseits durch den abgerundeten Polschuh 21 des Einsatzes 4 bestimmt und steht senkrecht zum passiven Luftspalt· Zwischen dem U-förmigen Teil 7 und dem Einsatz 4 besteht ein relativ grosser Luftspalt, dessen Nebenschlusswirkung zwischen den beiden Polen der Magnetspule 2 praktisch unbedeutend ist. Der passive Luftspalt 18 bleibt im Betrieb praktisch unverändert, während der aktive Luftspalt 19 seine Grosse zwischen den Endstellungen des Kippankers IO ändert.

Die Spannung der Rückführfeder 12 kann durch eine Stellschraube 22 sehr fein reguliert werden, durch welche der Haltebügel 13 mehr oder weniger in den Schlitz 11 des Kippankers 10 placiert werden kann. Die magnetische Anzugsspannung kann ebenfalls durch einen veränderbaren magnetischen Nebenschluss mittels einer aus ferromagnetischem Material bestehenden Schraube 23 zwischen dem U-förmigen Teil 7 und dem Einsatz 4, also zwischen den beiden Polen des Magneten feinreguliert werden.

Wirkungsweise

In der Fig. 1 ist die Ruhestellung der Umschaltvorrichtung dargestellt. Sie wird im wesentlichen dadurch bestimmt, dass die Rückführfeder 12 durch die Stellschraube 22 in einem

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relativ grossen Winkel zur Längsachse des Kippankers IO gehalten wird. Der aktive Luftspalt 19 zwischen dem abgerundeten Ende des Kippankers IO und dem abgerundeten Polschuh 21 ist in in dieser Ankerstellung ebenfalls gross. Die Ruhestellung des Kippankers kann durch einen nichtdargestellten Anschlag begrenzt werden.

Bei Erregung der Magnetspule 2 wird nun auf den Kippanker eine magnetische Kraft ausgeübt, durch welche dieser gekippt wird. Zu diesem Zwecke sind das abgerundete Ende 20 des Kippankers 10 und der abgerundete Polschuh 21 mit einer in Richtung der in Fig. 3 gezeigten Arbeitsstellung des Kippankers IO zueinander konvergierenden Form des von ihnen eingeschlossenen aktiven Luftspalts 19 geformt. Die engste Stelle dieses aktiven Luftspalts und die durch die Stellschraube 22 bestimmte Stellung der Rückführfeder 12 werden so aufeinander abgestimmt, dass die Rückführfeder 12 nur in die Nähe des Drehpunkts des Kippankers 10, aber nicht darüber hinaus gelangt. Dies kann noch durch eine durchgehende Achse 8 erleichtert werden, die die Rückführfeder 12 am Erreichen der Blockierstellung mechanisch verhindert. Ferner wird die Rückführfeder 12 durch Verschieben im Fuss 14 bei gelöster Schraube 15 derart eingestellt, dass bei zunehmendem Anzugswert des Kippankers 10 das Feder-Gegenmoment abnimmt. Beispielsweise kann das Feder-Gegenmoment in Ruhestellung des Kippankers 10 auf IO cmg und im aufgezogenem Zustand auf 2 cmg eingestellt werden. Dadurch wird im Gegensatz zu den

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bis jetzt bekannten Umschaltvorrichtungen mit einem ähnlich gestalteten Kippanker,bei welchem das Feder-Gegenmoment beim Aufziehen quadratisch zunimmt, bewirkt, dass dieser Anker schlagartig kippt.

In der Endstellung des erregten Kippankers besteht immer noch ein kleiner aktiver Luftspalt zwischen dem abgerundeten Ende 2O des Kippankers IO und dem abgerundeten Polschuh. Der Anker kann somit nicht durch magnetische Remanenz in dieser Stellung blockieren. Die Bewegung des Kippankers IO wird durch den steifen Draht 16 nach aussen übertragen und kann beispielsweise die Umschaltung eines Tarifzählers bewirken.

Vorteile

Die geschriebene Umschaltvorrichtung ist einfach und wohlfeil herzustellen, wobei von gängigem Halbzeug ausgegangen werden kann und kostspielige Bearbeitung entfällt, wie sie bei bekannten Umschaltvorrichtungen notwendig war. Durch die leichte und feine Justierbarkeit kann ein sehr sicherer Betrieb erreicht werden. Da der Kippanker von Haus aus ganz im Hohlraum der Magnetspule untergebracht ist, wird die magnetische Streuung klein gehalten. Sie wirkt sich durch den Spalt in der magnetischen Abschirmung um den Elektromagneten kaum mehr nach aussen aus und dürfte nur noch einige Zehntel

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Prozent betragen. Die Leistungsaufnahme des Elektromagneten kann bedingt durch die Gestaltung des Kippankers in kleinen Werten gehalten werden. Da in der Anzugstellung des Kippankers ein kleineres Feder-Gegenmoment als in dessen Ruhestellung dem magnetischen Anzugsmoment entgegenwirkt, werden die durch den pulsierenden Magnetfluss verursachten Anker-Drehschwingungen klein gehalten und damit wegen des kleineren Moments um die Lagerachse das Ankergeräusch stark vermindert. Die Lagerkräfte des Ankers liegen im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen bei Erregung des Magneten in der gleichen Richtung wie die magnetische Zugkraft. Dadurch werden abwechselnde Beanspruchungen der Lager in verschiedenen Richtungen unterbunden, wodurch wiederum das Lagergeräusch vermindert und dessen Abnützung gering gehalten werden kann. Schliesslich wird die Vorrichtung durch die Lagerung des Ankers in der Nähe seines Schwerpunkts weitgehend lageunabhängig.

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Claims (12)

Landis & Gyr AG. PATENTANSPRUECHE

1. yUmschaltvorrichtung mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten in einem nach aussen magnetisch abschirmenden, eisengeschlossenen Rückschlusstopf und mit einem aktiven und einem passiven Luftspalt zwischen einem Magnetstator und einem Anker, wobei mindestens ein Teil des Ankers von der Magnetspule umgeben ist, gekennzeichnet durch einen vollständig im Hohlraum (3) der Magnetspule (2) angeordneten, um eine senkrecht zur Spulenlängsachse verlaufenden Achse (8) kippbaren Anker (1Ö) mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, der einen zu einen Pol des Magneten angeordneten passiven (18) und einen zum i -·ί gegengesetzten Pol des Magneten angeordneten aktiven (19) iftspalt bildet.

2. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der passive Luftspalt (18) durch die Breitseite des Ankers (1O) und ein U-förmiges Teil (7) und der aktive Luftspalt (19) durch in Aktivierungsrichtung zusammenlaufende abgerundete Flächen zwischen dem Anker (1O) und dem zweiten Polschuh (21) gebildet werden.

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3. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uass die beiden Luftspalten (18) und (19) senkrecht aufeinander stehen.

4. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Luftspalt (19) auch bei erregtem Magneten in der Endstellung nicht vollständig verschwindet.

5. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Luftspalt (19) durch eine Schraube (23) aus ferromagnetischem Material teilweise kurzgeschlossen werden kann.

6. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (io) einen Schlitz (17) zur Aufnahme einer Rückführfeder (12) aufweist.

7. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführfeder (12) auch bei erregtem Zustand des Magneten und in der Endstellung des Ankers (10) ausserhalb der Längsachse des Ankers (1O) gehalten wird, derart, dass der Anker nicht in dieser Stellung blockieren kann.

8. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraube (15) zur Einstellung des Haltebügels (13) und eine weitere Schraube (22) zu dessen genauer Positionierung vorgesehen ist.

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9· Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführfeder (12) derart eingestellt ist, dass bei Erregung des Magneten bei zunehmendem Anzugswert des Ankers (1O) das Federgegenmoment abnimmt.

10. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt des Ankers (1O) in der Nähe seines Schwerpunkts angeordnet ist.

11. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Ankers (1O) durchgehend ist und die Rückführfeder (12) am Erreichen der Blockierstellung mechanisch verhindert.

12. Umschaltvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (1O) in der Ruhestellung durch einen Anschlag gehalten wird.

JH/mb LANDIS & GYR AG

Patentabteilung

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