DE3843646C2 - Elektromagnetischer Schalterantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schalterantrieb, der die im Oberbegriff des An­ spruches 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Ein derartiger Schalterantrieb ist aus dem DE-GM 19 14 695 bekannt. Der Permanentmagnet hat die Form einer Kreisscheibe, die zwischen den Pol­ schuhen eines U-förmigen Magnetjochs angeordnet ist, dessen Querschenkel die Spule trägt. Das dreh­ bare Schaltglied weist zwei Anschläge auf, die mit einem gehäusefesten Anschlag zusammenwirken. Nach­ teilig an diesem bekannten Schalterantrieb ist ein verhältnismäßig großer Platzbedarf, vor allem aber der im Vergleich zu dem erzeugten Drehmoment hohe elektrische Leistungsverbrauch. Ursächlich hier­ für ist, daß sich die Pole der permanentmagnetischen Kreisscheibe über den größten Teil deren Drehwinkels lediglich im elektromagnetischen Streufeld der Spule bewegen, so daß eine dementsprechend geringe Richtkraft entsteht.

Ein ganz ähnlicher Schalterantrieb ist aus der DE-OS 36 09 347 bekannt. Anstelle einer permanent­ magnetischen Kreisscheibe wird eine Schwinge benutzt, die an ihren beiden Enden je einen Permanentmagneten trägt. Die Schwinge liegt in jeder der beiden möglichen Schaltstellungen an der einen bzw. an der anderen Polfläche des U-förmigen, die Spule tragen­ den Magnetjochs an. Das Joch muß daher in einer zu der Schalterantriebswelle rechtwinkligen Ebene angeordnet sein. Da sich die Schwinge ausschließlich im elektromagnetischen Streufeld bewegt, ist das er­ zeugbare Drehmoment, bezogen auf eine gegebene Er­ regerleistung für die Spule, gering. Aus dem gleichen Grund ist der bekannte Antrieb für Schaltwinkel, die wesentlich über ca. 45 Grad hinausgehen, nicht geeignet.

Aus der DE 27 21 356 A1 ist eine schaltbare Magnet­ anordnung bekannt, die nach dem Prinzip eines Hub­ magneten arbeitet und mindestens zwei Permanentmagnete sowie Flußleitstücke zwischen zwei sich gegenüber­ liegenden, von den Permanentmagneten und Flußleitstücken über unterschiedlich große Luftspalte beabstandete Ankerplatten umfaßt. Außerdem sind zwei Erregerspulen vorgesehen, mittels derer sich der Verlauf des Magnet­ flusses so steuern läßt, daß er sich bei Erregung der einen Spule nur über die erste Ankerplatte und bei Erregung der zweiten Erregerspule nur über die zweite Ankerplatte schließt. Die Erzeugung eines Drehmomentes und/oder die Betätigung eines Schalters ist dabei nicht beabsichtigt; auch eine Eignung der Magnetanordnung für diese Zwecke ist nicht erkennbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterantrieb der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der sehr viel kleiner als die bekannten Schalterantriebe baut und, bezogen auf eine gegebene Spulenerregerleistung, ein hohes Drehmoment liefert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Schalter­ antrieb mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die Spule den Permanentmagneten umschließt.

Neben der beachtlichen Verminderung des Bauvolumens im Vergleich zu einer Anordnung mit U-förmigem Joch hat diese Lösung vor allem den Vorteil, daß der Permanent­ magnet sich stets im homogenen Magnetfeld befindet, so daß er vor allem auch auf dem Weg von der einen Endstellung in die andere Endstellung einer hohen Richtkraft ausgesetzt ist. Der Schalterantrieb hat daher insgesamt einen wesentlich besseren elektrisch/me­ chanischen Wirkungsgrad als die einleitend genannten, bekannten Schalterantriebe.

Um den Querschnitt des Spulenkerns, innerhalb dessen der Kernmagnet sich befindet, möglichst klein halten zu können, ist es zweckmäßig, den Permanentmagneten stabförmig auszubilden.

Sofern man der Mittellage des Permanentmagneten zwischen seinen beiden Endstellungen den Drehwinkel 0 Grad zuordnet, nimmt die Richtkraft mit dem Sinus des Drehwinkels ab. Es empfiehlt sich daher, die Anschläge so anzuordnen, daß der Drehwinkel des Permanentmagneten auf maximal 60 Grad zu beiden Seiten der die Mittelstellung definierenden Querachse der Spule begrenzt wird.

Die Spule kann völlig eisenlos sein. Durch die An­ ordnung je eines Polschuhs an oder in den beiden Stirnflächen der Spule wird daher auch nur eine geringfügige Erhöhung des Drehmomentes erzielt. Die Anbringung von Polschuhen hat allerdings den Vorteil, die Reichweite des Streufeldes außerhalb der Spule zu vermindern.

Sofern Polschuhe vorgesehen sind, muß durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge getragen werden, daß zwischen den Enden des Permanentmagneten in jeder seiner beiden Endstellungen und den Polschuhen ein Spalt verbleibt, da andernfalls kein rücktreibendes Moment bei Umkehrung der Stromflußrichtung in der Spule erzeugbar ist.

Die Anschläge können grundsätzlich an beliebiger Stelle der Schalterantriebswelle, also auch außerhalb der Spule, angeordnet werden. Sofern Polschuhe vor­ gesehen sind, können diese jedoch gleichzeitig auch als Anschläge dienen.

In diesem Fall können die Anschläge aus in die Pol­ schuhe eindrehbaren Schrauben aus unmagnetischem Werkstoff bestehen und sind daher auf einfache Weise justierbar.

Jeder der beiden Endstellungen des Permanentmagneten ist zweckmäßig ein Stellungsdetektor oder Sensor für Signalisier- oder Steuerfunktionen zugeordnet. Bei­ spielsweise können magnetempfindliche Sensoren, die dann in dem Spulenkern angeordnet sind, verwendet werden.

Bevorzugt sind in Weiterbildung dieser Ausführungs­ form die Sensoren Teil einer elektronischen Steuer­ schaltung für den Spulenstrom, die diesen mit einer die Prellzeit des Antriebs überbrückenden Zeit­ verzögerung nach Erreichen der jeweiligen Endstellung abschaltet. Der Spulenstrom wird also über den Zeit­ punkt des Erreichens der Endstellung hinaus noch eine kurze Zeit aufrechterhalten, wodurch die andern­ falls unvermeidlichen Prellvorgänge praktisch voll­ ständig unterdrückt werden.

Sofern der Antrieb im Bereich starker magnetischer Streufelder arbeiten muß und/oder seinerseits keine Streufelder erzeugen darf, wird die Spule vollständig von einem weichmagnetischen Mantel umschlossen. Wenn Polschuhe vorgesehen sind, sind sie zweckmäßiger­ weise als einstückiger Bestandteil dieses weich­ magnetischen Mantels ausgebildet.

Im Hinblick darauf, daß die Schalterantriebswelle die Spule durchsetzt, empfiehlt es sich, die letztere auf zwei beidseits der Schalterantriebswelle angeordnete Spulenkörper zu wickeln.

In den Zeichnungen ist ein elektromagnetischer Schalter­ antrieb nach der Erfindung in einer beispielsweise ge­ wählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dar­ gestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt rechtwinklig zur Schalterantriebswelle,

Fig. 1a einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 1,

Fig. 1b einen Längsschnitt in der Ebene der Schalterantriebswelle,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, vervollständigt mit Polschuhen und einem weichmagnetischen Mantel.

Der vorgeschlagene Schalterantrieb umfaßt eine Schalterantriebswelle 1, die unmittelbar oder über ein nicht gezeichnetes Getriebe mit einem ebenfalls nicht dargestellten, zwischen zwei Schaltstellungen drehbaren Schaltglied verbunden ist. Auf der Schalter­ antriebswelle 1 sitzt drehfest ein stabförmiger, zweipoliger Permanentmagnet 2, der rechtwinklig zu der Schalterantriebswelle 1 magnetisiert ist und sich im Inneren (Spulenkern) einer umpolbaren, gleich­ spannungsgespeisten Spule 3 befindet. Die Spulen­ wicklung 3a ist auf zwei Spulenkörper 4a, 4b ver­ teilt, was im Hinblick auf die die Spule 3 durch­ setzende Schalterantriebswelle 1 das Bewickeln verein­ facht. Die elektrische Verbindung der beiden Wicklungen 3a und die äußeren Anschlüsse sind nicht dargestellt. Zur Erzielung eines möglichst geringen Volumens hat die Spule 3 den sich aus der Stabform des Permanent­ magneten 2 ergebenden, flachen Rechteckquerschnitt (Fig. 1a).

Im Ausführungsbeispiel beträgt der Schaltwinkel α 90 Grad. Er kann beliebig kleiner gemacht werden, sollte jedoch aus den einleitend genannten Gründen zweckmäßigerweise nicht größer als ca. 120 Grad gewählt werden. Die Schaltwinkelbegrenzung erfolgt durch Anschläge, die an beliebiger Stelle des An­ triebes vorgesehen sein können, im Fall der Fig. 2 jedoch an in die Stirnseiten der Spule 3 eintauchen­ den Polschuhen 5a, 5b ausgebildet sind, die ihrer­ seits einstückiger Bestandteil eines die gesamte Spule umschließenden, weichmagnetischen Mantels 5 sind. Als Anschläge dienen in die Polschuhe einge­ drehte Schrauben 6a, 6b aus unmagnetischem Werkstoff. Die Anschläge müssen so eingestellt werden, daß in beiden Schaltstellungen (die zweite Schaltstellung ist jeweils gestrichelt angedeutet) ein Restluftspalt bestehen bleibt, da der Permanentmagnet 2 andern­ falls einen magnetischen Kurzschluß zwischen den Polschuhen 5a, 5b bildet, so daß sich auch bei einer zur Magnetisierung des Permanentmagneten gleichnamigen Polarisierung der Polschuhe 5a, 5b mittels der Spule 3 kein den Permamentmagneten 2 in die andere Lage trei­ bendes Drehmoment ergibt. Im Bereich der jeweiligen beiden Endstellungen des Permanentmagneten 2 sind magnetfeldempfindliche Sensoren 7a, 7b angebracht, die mit einer nicht dargestellten Steuerschaltung für den Spulenstrom verbunden sind. Diese Schaltung sorgt über ein Verzögerungsglied dafür, daß der Spulenstrom noch eine kurze Zeit nach Erreichung der jeweiligen Endstellung weiterfließt, wodurch ein Rückprellen des Permanentmagneten 2 vermieden wird. Im Bedarfsfall können zusätzlich die Anschläge, z.B. die Schrauben 6a, 6b, zusätzlich federnd und/oder dämpfend ausgestaltet sein.

Claims (11)

1. Elektromagnetischer Schalterantrieb für Schalter mit einem über eine Schalterantriebswelle zwischen zwei Stellungen drehbaren Schaltglied, insbesondere für Hohlleiter- und Koaxialschalter, mit einem mit der Schalterantriebswelle verbundenen, zweipoligen Permanentmagneten, der rechtwinklig zu der Schalterantriebswelle magnetisiert ist und sich durch das Magnetfeld einer umpolbaren, gleichspannungsgespeisten Spule zwischen zwei durch Anschläge vorgegebenen Endstellungen drehen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) den Permanentmagneten (2) umschließt.

2. Schalterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (2) stab­ förmig ist.

3. Schalterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (6a, 6b) den Dreh­ winkel (α) des Permanentmagneten (2) auf maximal 60 Grad zu beiden Seiten der Querachse der Spule (3) begrenzen.

4. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Stirn­ flächen der Spule (3) je ein Polschuh (5a, 5b) angeordnet ist.

5. Schalterantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Polschuhen (5a, 5b) und den Enden des Permanentmagneten (2) in jeder seiner beiden Endstellungen ein Spalt verbleibt.

6. Schalterantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (6a, 6b) an den Polschuhen (5a, 5b) ausgebildet sind.

7. Schalterantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschläge aus in die Polschuhe (5a, 5b) eindrehbaren Schrauben (6a, 6b) aus unmagne­ tischem Werkstoff bestehen.

8. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden End­ stellungen des Permanentmagneten (2) je ein Stellungs­ sensor (7a, 7b) zugeordnet ist.

9. Schalterantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sensoren (7a, 7b) Teil einer elektro­ nischen Steuerschaltung für den Spulenstrom sind, die diesen mit einer die Prellzeit des Antriebs überbrückenden Zeitverzögerung nach Erreichen der jeweiligen Endstellung abschaltet.

10. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) vollständig von einem weichmagnetischen Mantel (5) umschlossen ist.

11. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) auf zwei beidseits der Schalterantriebswelle (1) angeordnete Spulenkörper (4a, 4b) gewickelt ist.