EP2732455B1 - Elektromagnetischer antrieb - Google Patents
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- EP2732455B1 EP2732455B1 EP20120753691 EP12753691A EP2732455B1 EP 2732455 B1 EP2732455 B1 EP 2732455B1 EP 20120753691 EP20120753691 EP 20120753691 EP 12753691 A EP12753691 A EP 12753691A EP 2732455 B1 EP2732455 B1 EP 2732455B1
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Definitions
- the invention relates to an electromagnetic drive for an electrical switch, in particular an electrical circuit breaker, with at least one movable armature which can perform a lifting movement along a predetermined sliding direction, directly or indirectly connected to a movable switching contact of the switch and in a closed position at a first armature-side abutment surface with a first magnetically conductive yoke part of the drive and at a second armature-side abutment surface with a second magnetically conductive yoke part of the drive includes a magnetic circuit of the drive, at least one permanent magnet, a magnetic field for the magnetic circuit and a holding force to Holding the armature generated in the closed position, and at least one coil which is arranged such that a current flow through the coil, a magnetic flux can be caused, the magneti the magnetic flux is equal or opposite in the magnetic circuit, the electromagnetic drive after assembly allows a NachjustageDirect bysjustage the position of the first and second yoke member relative to each other by the magnetic force of the permanent magnet is possible,
- a drive is for example from the published patent application EP 0 321 664 known.
- This drive has a movable armature, which can perform a lifting movement along a predetermined sliding direction and can be connected to a movable switching contact of a switch.
- the drive comprises a permanent magnet which generates a magnetic field and a holding force for holding the armature in a predetermined position.
- a coil is arranged such that the drive can be actuated by a current flow and the armature can be moved.
- the invention has for its object to provide a drive that allows a subsequent adjustment of the components and a subsequent correction of manufacturing tolerances.
- a major advantage of the drive according to the invention is that this due to the subsequent Disjustage Wegkeit also with relatively large manufacturing tolerances manufactured components can be mounted very little effort; because the electromagnetic drive can be readjusted after installation by the invention provided for magnetic self-adjustment with respect to the arrangement of the first and the second yoke part with very little effort. The readjustment takes place by the magnetic force of the permanent magnet automatically such that the first and the second yoke part are aligned with an optimal distance from each other.
- the at least one permanent magnet is preferably arranged such that it adjoins at least one of the yoke parts of the drive.
- the diameter of the hole along the sliding direction of the anchor is preferably at least 10% larger than the diameter of the screw.
- the hole may, for example, be a slot whose longitudinal direction is aligned along the sliding direction of the anchor.
- the yoke parts and the permanent magnet (s) preferably form a magnetically conductive hollow body with an opening slot through which the armature can dive into the interior region of the hollow body.
- the first armature-side abutment surface preferably lies on the outside of the outside of the hollow body and the second armature-side abutment surface on the inside of the hollow body.
- the hollow body is tubular or channel-shaped and extends along a longitudinal axis which is aligned perpendicular to the predetermined sliding direction of the armature and the opening slot extends parallel to the longitudinal axis and the armature closes the opening slot.
- the hollow body is at least partially closed at its front and rear tube or gutter end each with a metal sheet, preferably of magnetically non-conductive material.
- the anchor is preferably a plunger anchor with a T-shaped cross-section.
- the armature is preferably connected to a spring device which exerts a spring force in the direction of the open position of the armature in which the magnetic circuit is open.
- the invention further relates to a method for mounting an electromagnetic drive for an electrical switch, in particular an electrical circuit breaker.
- the drive is pre-assembled and the magnetic circuit is then closed by the armature by the armature is brought into its closed position, the drive is brought into the Nachjustage gleich and self-adjustment of the position of the yoke parts to each other the magnetic force of the permanent magnet takes place and after the Edjustage the yoke parts are brought into a fixed state, in which the orientation of the yoke parts remains fixed regardless of the further positioning of the armature.
- the drive is brought into the Nachjustage gleich by a screw connection between at least two relative to each other along the sliding direction of the armature in a predetermined range displaceable yoke parts is released, and after Denjustage the yoke parts are firmly screwed again.
- an electromagnetic drive 10 for an electrical switch 20 which may be, for example, a circuit breaker.
- the electrical switch 20 comprises a movable switching contact 21 and a stationary switching contact 22.
- the movable switching contact 21 is in communication with a drive rod 30 of the electromagnetic drive 10, which cooperates with a spring device 40 of the electromagnetic drive 10.
- a further drive rod 50 is also coupled, which is connected to a plunger armature 60 of the electromagnetic drive 10.
- the plunger armature 60 can perform a stroke movement along a predetermined sliding direction P and thereby immerse in a magnetic hollow body 70 of the drive 10.
- FIG. 1 shows the plunger armature 60 with solid lines in an open position, in which it projects out of the hollow body 70. With dashed lines and with the reference numeral 61, the closed position of the plunger anchor is shown, in which it is completely inserted into the magnetic hollow body 70.
- the function of the spring means 40 is the further drive rod 50 in the FIG. 1 to push upward, so that the plunger armature 60 is acted upon by a spring force, which should bring him to the open position.
- the movable switching contact 21 is in an open position, which in the FIG. 1 is shown by solid lines.
- a magnetic force can be generated with which the plunger armature 60 is brought against the spring force of the spring means 40 in its closed position.
- the plunger armature is held by the magnetic hollow body 70 even when no current is passed through the coil 80.
- the magnetic force required by the magnetic hollow body 70 to hold the plunger armature 60 in the closed position is generated by two permanent magnets 90 and 95 forming constituents of the magnetic hollow body 70.
- the two permanent magnets 90 and 95 includes the magnetic hollow body 70 in the embodiment according to FIG.
- the arrangement of the five yoke parts 100, 105, 110, 115 and 120 is selected such that the magnetic Hollow body 70 forms an opening slot 130 through which the cross-sectionally substantially T-shaped plunger armature 60 can dip into the hollow body.
- the five yoke parts 100, 105, 110, 115 and 120 are made of a magnetizable material, such as a ferrous material.
- the plunger armature 60 has a first armature-side abutment surface 62 and a second armature-side abutment surface 63.
- the first armature-side abutment surface 62 rests on the outside 71 of the magnetic hollow body 70 or on the outside of the first yoke part 100 and the third yoke part 110.
- the second armature-side abutment surface 63 is in the closed position of the plunger armature 60 on the inside 72 of the hollow body 70, on the inside of the second yoke part 105, on.
- two magnetic circuits are closed whose magnetic flux is caused by the two permanent magnets 90 and 95.
- the magnetic flux of the first magnetic circuit flows back from the permanent magnet 90 via the fourth yoke part 115, the first yoke part 100, the plunger armature 60 and the second yoke part 105 to the permanent magnet 90.
- the magnetic flux of the second permanent magnet 95 flows through the fifth yoke part 120, the third yoke part 110, the diver anchor 60 and the second yoke part 105.
- the plunger armature 60 By the magnetic force of the two magnetic circuits, the plunger armature 60 is held in its closed position, although the spring force of the spring means 40 wants to bring the plunger armature 60 in the open position.
- the spring force of the spring device 40 is thus dimensioned smaller than the magnetic force of the magnetic circuits of the two permanent magnets 90 and 95th
- the electrical switch 20 is to be opened with the electromagnetic drive 10, so is by the coil 80 a Current is fed, which is opposite to the two magnetic circuits of the two permanent magnets 90 and 95. Characterized the magnetic holding force of the two magnetic circuits of the two permanent magnets 90 and 95 is lowered, so that the spring force of the spring means 40 is sufficient to push the plunger 60 in its open position.
- the distance between the first armature-side abutment surface 62 and the outer side 71 of the hollow body and the distance between the second armature-side abutment surface 63 and the inner side 72 of the hollow body is so large that the magnetic force of the permanent magnets 90 and 95 is no longer is sufficient to close the plunger armature 60 against the spring force of the spring device 40.
- FIG. 2 shows for a better overview the plunger armature 60 again in its open position in a larger view. It can be seen that the distance A2 between the first armature-side abutment surface 62 and the second armature-side abutment surface 63 corresponds to the distance A1 between the outer side of the first yoke part 100 and the inside of the second yoke part 105. For this reason, the two magnetic circuits of the two permanent magnets 90 and 95 gap-free, at least approximately gap-free, closed when the plunger armature 60 is fully inserted into the hollow body 70. This shows the closer FIG. 3 ,
- FIG. 4 shows a case where the distance A1 between the two armature-side abutment surfaces 62 and 63 is slightly larger than the distance A2.
- a ⁇ 1 A ⁇ 2 + d ⁇ x ,
- the length difference dx can be based on manufacturing tolerances in the production of the yoke parts, in particular the fourth yoke part 115 and the fifth yoke part 120, or on manufacturing tolerances in the manufacture of the plunger anchor 60.
- the two magnetic circuits M1 and M2 (see. FIG. 3 ), without having to bridge air gaps, is in the embodiment according to FIG. 4 in the fourth yoke part 115 as well as in the fifth yoke part 120 a Nachjustage Anlagenkeit provided with the manufacturing tolerances can be corrected later.
- the fourth yoke part 115 and the fifth yoke part 120 each with holes 200 and 205 whose diameter d is slightly larger than the diameter of the associated fastening screws 210 and 215, which are screwed into the first yoke 100 and the third yoke 110 and hold the fourth yoke 115 and the fifth yoke 120 clamped. Due to the oversized size of the bores 200 and 205, it is now possible to subsequently correct the difference in length dx, namely by loosening the two fastening screws 210 and 215 in the closed position of the plunger armature 60.
- the first yoke member 100 and the third yoke member 110 are pulled up so that they will abut with their outside on the first armature-side abutment surface 62.
- the pulling up of the first yoke part 100 and the third yoke part 110 is based on the magnetic force of the two magnetic circuits M1 and M2, which always exert a magnetic force such that the magnetic circuit M1 or M2 is closed gap-free.
- the Indian FIG. 4 illustrated air gap between the plunger armature 62 and the two yoke parts 105 and 110 is thus thus closed by the magnetic force of the two permanent magnets 90 and 95 by the two yoke parts are pulled by the difference in length dx upwards.
- the diameter d of the holes 200 and 205 along the sliding direction of the armature is preferably at least 10% greater than the diameter of the fastening screws 210 and 215.
- the bores 200 and 205 may be, for example, slots whose longitudinal direction aligned along the sliding direction of the armature is.
- the two fastening screws 210 and 215 can be tightened again so that the position of the first yoke part 100 and that of the third yoke part 110 relative to the fourth yoke part 115 and the fifth yoke part 120 is fixed again by clamping.
- the distance between the two armature-side abutment surfaces 62 and 63 the distance between the outside of the two yoke parts 100 and 110 and the inside of the second yoke part 105th
- FIG. 6 By way of example, the mechanical structure of an electromagnetic drive is shown in a three-dimensional exploded view.
- One recognizes the first yoke part 100, which is screwed to the fourth yoke part 115 by means of screws which are guided by oversized bores 200.
- the permanent magnet 90 Between the fourth yoke part 115 and the second yoke part 105 is the permanent magnet 90, which is fixed by means of two fastening plates 300 and 305 to the yoke parts.
- the two fixing plates 300 and 305 also fix the other permanent magnet 95, which is positioned between the second yoke part 105 and the fifth yoke part 120.
- the third yoke part 110 is fixed by means of fastening screws, which are guided by oversized bores 205.
- the holes 200 and 205 are slightly larger than the fastening screws used, so that it can come to an automatic readjustment when the plunger armature 60 is too large or too small dimensioned and occur in the closed position of the plunger armature unwanted air gaps.
- the plunger armature 60 is in the embodiment according to FIG. 6 formed by an upper anchor plate 64 and a guide plate 65 which are screwed onto an anchor central portion 66.
- the yoke parts 100, 105, 110, 115 and 120 and the two permanent magnets 90 and 95 form a hollow body which is tubular or channel-shaped and extends along a longitudinal axis L.
- the longitudinal axis L is perpendicular to the predetermined sliding direction P, with the plunger armature 60 performs its lifting movement.
- the front and rear Rohroder groove end of the tubular or channel-shaped hollow body is closed in each case with a sheet, of which one example in the FIG. 6 is shown and designated by the reference numeral 310.
- FIG. 7 shows the electromagnetic drive according to Figure 6 in the assembled state. It can be seen two sheets 310 and 320, which complete the tubular or channel-shaped hollow body 70 at the two pipe or gutter ends. In addition, one recognizes the further drive rod 50, which is led out of the hollow body 70 and with the spring means 40 according to FIG. 1 can be connected.
- the fourth yoke member 115 and the second yoke member 105, the two mounting plates 300 and 305 and the coil 80 can be seen, which can protrude through recesses in the two sheets 310 and 320 from the hollow body 70.
- the fastening screws 210 can be seen, with which the first yoke part is screwed to the fourth yoke part 115 such that an automatic readjustment, as has been described above, is possible.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Antrieb für einen elektrischen Schalter, insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter, mit zumindest einem beweglichen Anker, der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung eine Hubbewegung ausführen kann, mittelbar oder unmittelbar mit einem beweglichen Schaltkontakt des Schalters verbindbar ist und in einer geschlossenen Position an einer ersten ankerseitigen Anschlagsfläche mit einem ersten magnetisch leitenden Jochteil des Antriebs und an einer zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche mit einem zweiten magnetisch leitenden Jochteil des Antriebs einen magnetischen Kreis des Antriebs schließt, mindestens einem Dauermagneten, der ein magnetisches Feld für den magnetischen Kreis sowie eine Haltekraft zum Halten des Ankers in der geschlossenen Position erzeugt, und mindestens einer Spule, die derart angeordnet ist, dass durch einen Stromfluss durch die Spule ein magnetischer Fluss hervorgerufen werden kann, der dem magnetischen Fluss des Dauermagneten im magnetischen Kreis gleich- oder entgegengesetzt ist, wobei der elektromagnetische Antrieb nach erfolgter Montage einen Nachjustagezustand ermöglicht, indem eine Selbstjustage der Lage des ersten und des zweiten Jochteils relativ zueinander durch die Magnetkraft des Dauermagneten möglich ist, und wobei die Jochteile in einen fest montierten Zustand gebracht werden können, indem die Ausrichtung der Jochteile unabhängig von der weiteren Positionierung des Ankers fixiert ist, wobei in dem Nachjustagezustand der magnetische Kreis durch den Anker geschlossen ist und zumindest zwei Jochteile des Antriebs entlang der Schieberichtung des Ankers relativ zueinander verschieblich sind, so dass - angetrieben durch die Magnetkraft des Dauermagneten - die jochseitige Anschlagsfläche des ersten Jochteils selbstjustierend in einen Abstand zu der jochseitigen Anschlagsfläche des zweiten Jochteils gebracht wird, der mit dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche entlang der vorgegebenen Schieberichtung identisch ist.
- Ein Antrieb ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
EP 0 321 664 bekannt. Dieser Antrieb weist einen beweglichen Anker auf, der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung eine Hubbewegung ausführen kann und mit einem beweglichen Schaltkontakt eines Schalters verbindbar ist. Außerdem umfasst der Antrieb einen Dauermagneten, der ein magnetisches Feld sowie eine Haltekraft zum Halten des Ankers in einer vorgegebenen Position erzeugt. Eine Spule ist derart angeordnet, dass durch einen Stromfluss der Antrieb betätigt und der Anker bewegt werden kann. - Ein elektromagnetischer Antrieb der eingangs genannten Art ist aus der
US 2009/072636 A1 bekannt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb anzugeben, der eine nachträgliche Justage der Komponenten und eine nachträgliche Korrektur von Herstellungstoleranzen ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zumindest zwei relativ zueinander entlang der Schieberichtung des Ankers verschieblichen Jochteile miteinander verschraubt sind, wobei eine Schraube durch ein Loch in einem der zwei Jochteile hindurchgeführt und mit dem anderen der zwei Jochteile verschraubt ist, wobei der Durchmesser des Lochs entlang der Schieberichtung des Ankers größer als der Durchmesser der Schraube ist, wobei sich bei loser Schraubverbindung und geschlossener Position des Ankers sich die Jochteile im Nachjustagezustand befinden und wobei bei fest angezogener Schraubverbindung sich die Jochteile im fest montierten Zustand befinden.
- Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs besteht darin, dass dieser aufgrund der nachträglichen Selbstjustagemöglichkeit auch mit mit relativ großen Fertigungstoleranzen hergestellten Komponenten sehr aufwandsarm montiert werden kann; denn der elektromagnetische Antrieb kann nach erfolgter Montage durch die erfindungsgemäß vorgesehene magnetische Selbstjustage hinsichtlich der Anordnung des ersten und des zweiten Jochteils mit sehr geringem Aufwand nachjustiert werden. Die Nachjustage erfolgt dabei durch die Magnetkraft des Dauermagneten automatisch derart, dass das erste und das zweite Jochteil mit optimalem Abstand zueinander ausgerichtet werden.
- Der mindestens eine Dauermagnet ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er an mindestens eines der Jochteile des Antriebs angrenzt.
- Der Durchmesser des Lochs ist entlang der Schieberichtung des Ankers vorzugsweise mindestens 10% größer als der Durchmesser der Schraube. Bei dem Loch kann es sich beispielsweise um ein Langloch handeln, dessen Längsrichtung entlang der Schieberichtung des Ankers ausgerichtet ist.
- Die Jochteile und der oder die Dauermagnete bilden bevorzugt einen magnetisch leitfähigen Hohlkörper mit Öffnungsschlitz, durch den der Anker in den Innenbereich des Hohlkörpers eintauchen kann.
- In der geschlossenen Position des Ankers liegt die erste ankerseitige Anschlagsfläche vorzugsweise außen auf der Außenseite des Hohlkörpers und die zweite ankerseitige Anschlagsfläche innen auf der Innenseite des Hohlkörpers auf.
- Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Hohlkörper rohr- oder rinnenförmig ist und sich entlang einer Längsachse erstreckt, die senkrecht zur vorgegebenen Schieberichtung des Ankers ausgerichtet ist und sich der Öffnungsschlitz parallel zur Längsachse erstreckt und der Anker den Öffnungsschlitz verschließt. Vorzugsweise ist der Hohlkörper an seinem vorderen und hinteren Rohr- oder Rinnenende jeweils mit einem Blech, vorzugsweise aus magnetisch nicht leitfähigem Material, zumindest abschnittsweise verschlossen.
- Bei dem Anker handelt es sich bevorzugt um einen Tauchanker mit einem T-förmigen Querschnitt.
- Der Anker steht vorzugsweise mit einer Federeinrichtung in Verbindung, die eine Federkraft in Richtung geöffnete Position des Ankers ausübt, in der der magnetische Kreis geöffnet ist.
- Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Montieren eines elektromagnetischen Antriebs für einen elektrischen Schalter, insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass der Antrieb vormontiert wird und der magnetische Kreis anschließend durch den Anker geschlossen wird, indem der Anker in seine geschlossene Position gebracht wird, der Antrieb in den Nachjustagezustand gebracht wird und eine Selbstjustage der Lage der Jochteile zueinander durch die Magnetkraft des Dauermagneten erfolgt und nach erfolgter Selbstjustage die Jochteile in einen fest montierten Zustand gebracht werden, in dem die Ausrichtung der Jochteile unabhängig von der weiteren Positionierung des Ankers fixiert bleibt.
- Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen des elektrischen Schalters im Wesentlichen entsprechen.
- Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn in dem Nachjustagezustand zumindest zwei Jochteile - angetrieben durch die Magnetkraft des Dauermagneten - relativ zueinander entlang der Schieberichtung des Ankers verschoben werden, bis die jochseitige Anschlagsfläche des ersten Jochteils selbstjustierend in einen Abstand zu der jochseitigen Anschlagsfläche des zweiten Jochteils gebracht worden ist, der mit dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche entlang der vorgegebenen Schieberichtung identisch ist.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Antrieb in den Nachjustagezustand gebracht wird, indem eine Schraubverbindung zwischen zumindest zwei relativ zueinander entlang der Schieberichtung des Ankers in einem vorgegebenen Bereich verschieblichen Jochteilen gelöst wird, und nach erfolgter Selbstjustage die Jochteile wieder fest verschraubt werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
- Figur 1
- ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einem elektromagnetischen Antrieb sowie einem elektrischen Schalter, der mit dem elektromagnetischen Antrieb in Verbindung steht,
- Figur 2
- einen Tauchanker des elektromagnetischen Antriebs gemäß
Figur 1 in einer geöffneten Position näher im Detail, - Figur 3
- den Tauchanker gemäß
Figur 2 in einer geschlossenen Position, - Figur 4
- ein zweites Ausführungsbeispiel für einen elektromagnetischen Antrieb, bei dem der Tauchanker für den Hohlkörper, in den er eintauchen soll, geringfügig zu groß ist,
- Figur 5
- den Tauchanker gemäß
Figur 4 nach einer Nachjustage des Antriebs, - Figur 6
- ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb in einer dreidimensionalen Explosionszeichnung und
- Figur 7
- den elektromagnetischen Antrieb gemäß
Figur 6 im montierten Zustand. - In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
- In der
Figur 1 erkennt man einen elektromagnetischen Antrieb 10 für einen elektrischen Schalter 20, bei dem es sich beispielsweise um einen Leistungsschalter handeln kann. Der elektrische Schalter 20 umfasst einen beweglichen Schaltkontakt 21 sowie einen feststehenden Schaltkontakt 22. - Der bewegliche Schaltkontakt 21 steht mit einer Antriebsstange 30 des elektromagnetischen Antriebs 10 in Verbindung, die mit einer Federeinrichtung 40 des elektromagnetischen Antriebs 10 zusammenwirkt. An die Federeinrichtung 40 ist außerdem eine weitere Antriebsstange 50 angekoppelt, die mit einem Tauchanker 60 des elektromagnetischen Antriebs 10 verbunden ist.
- Der Tauchanker 60 kann entlang einer vorgegebenen Schieberichtung P eine Hubbewegung ausführen und dabei in einen magnetischen Hohlkörper 70 des Antriebs 10 eintauchen. Die Figur 1 zeigt den Tauchanker 60 mit durchgezogenen Linien in einer geöffneten Position, in der er aus dem Hohlkörper 70 herausragt. Mit gestrichelten Linien sowie mit dem Bezugszeichen 61 ist die geschlossene Position des Tauchankers dargestellt, in der er in den magnetischen Hohlkörper 70 vollständig eingeführt ist.
- Die Funktion der Federeinrichtung 40 besteht darin, die weitere Antriebsstange 50 in der
Figur 1 nach oben zu drücken, so dass der Tauchanker 60 mit einer Federkraft beaufschlagt wird, die ihn in die geöffnete Position bringen soll. In der geöffneten Position des Tauchankers 60 befindet sich der bewegliche Schaltkontakt 21 in einer geöffneten Position, die in derFigur 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist. - Wie weiter unten noch näher im Detail erläutert werden wird, kann durch Einspeisen eines Stromes durch eine Spule 80 des elektromagnetischen Antriebs 10 eine Magnetkraft erzeugt werden, mit der der Tauchanker 60 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 40 in seine geschlossene Position gebracht wird. In dieser geschlossenen Position wird der Tauchanker durch den magnetischen Hohlkörper 70 auch dann gehalten, wenn kein Strom durch die Spule 80 geleitet wird. Die Magnetkraft, die der magnetische Hohlkörper 70 zum Halten des Tauchankers 60 in der geschlossenen Position benötigt, wird durch zwei Dauermagnete 90 und 95 erzeugt, die Bestandteile des magnetischen Hohlkörpers 70 bilden. Neben den beiden Dauermagneten 90 und 95 umfasst der magnetische Hohlkörper 70 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 1 fünf Jochteile, nämlich ein erstes Jochteil 100, ein zweites Jochteil 105, ein drittes Jochteil 110, ein viertes Jochteil 115 sowie ein fünftes Jochteil 120. Die Anordnung der fünf Jochteile 100, 105, 110, 115 und 120 ist derart gewählt, dass der magnetische Hohlkörper 70 einen Öffnungsschlitz 130 bildet, durch den der im Querschnitt im Wesentlichen T-förmige Tauchanker 60 in den Hohlkörper eintauchen kann. Die fünf Jochteile 100, 105, 110, 115 und 120 bestehen aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise einem eisenhaltigen Material. - Sobald der Tauchanker 60 seine geschlossene Position erreicht hat, drücken die beiden Antriebsstangen 30 und 50 den beweglichen Schaltkontakt 21 in der
Figur 1 nach unten, so dass dieser ebenfalls seine geschlossene Position erreicht und den elektrischen Schalter 20 schließt. Die bewegliche Position des Schaltkontakts 21 ist in derFigur 1 mit gestrichelten Linien sowie dem Bezugszeichen 21a gekennzeichnet. - In der
Figur 1 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass der Tauchanker 60 eine erste ankerseitige Anschlagsfläche 62 sowie eine zweite ankerseitige Anschlagsfläche 63 aufweist. In der geschlossenen Position des Tauchankers 60 liegt die erste ankerseitige Anschlagsfläche 62 auf der Außenseite 71 des magnetischen Hohlkörpers 70 bzw. auf der Außenseite des ersten Jochteils 100 sowie des dritten Jochteils 110 auf. Die zweite ankerseitige Anschlagsfläche 63 liegt in der geschlossenen Position des Tauchankers 60 auf der Innenseite 72 des Hohlkörpers 70, und zwar auf der Innenseite des zweiten Jochteils 105, auf. - Bei der geschlossenen Position des Tauchankers 60 werden zwei magnetische Kreise geschlossen, deren magnetischer Fluss durch die beiden Dauermagnete 90 und 95 hervorgerufen wird. Der magnetische Fluss des ersten magnetischen Kreises fließt vom Dauermagneten 90 über das vierte Jochteil 115, das erste Jochteil 100, den Tauchanker 60 und das zweite Jochteil 105 zum Dauermagneten 90 zurück. Der magnetische Fluss des zweiten Dauermagneten 95 fließt über das fünfte Jochteil 120, das dritte Jochteil 110, den Taucheranker 60 sowie das zweite Jochteil 105.
- Durch die magnetische Kraft der beiden magnetischen Kreise wird der Tauchanker 60 in seiner geschlossenen Position gehalten, obwohl die Federkraft der Federeinrichtung 40 den Tauchanker 60 in die geöffnete Position bringen will. Die Federkraft der Federeinrichtung 40 ist also kleiner bemessen als die Magnetkraft der magnetischen Kreise der beiden Dauermagnete 90 und 95.
- Soll der elektrische Schalter 20 mit dem elektromagnetischen Antrieb 10 geöffnet werden, so wird durch die Spule 80 ein Strom eingespeist, der den beiden magnetischen Kreisen der beiden Dauermagnete 90 und 95 entgegengesetzt ist. Dadurch wird die magnetische Haltekraft der beiden magnetischen Kreise der beiden Dauermagnete 90 und 95 herabgesetzt, so dass die Federkraft der Federeinrichtung 40 ausreicht, den Tauchanker 60 in seine geöffnete Position zu drücken. In der geöffneten Position des Tauchankers 60 ist der Abstand zwischen der ersten ankerseitigen Anschlagsfläche 62 und der Außenseite 71 des Hohlkörpers sowie der Abstand zwischen der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 und der Innenseite 72 des Hohlkörpers so groß, dass die Magnetkraft der Dauermagnete 90 und 95 nicht mehr ausreicht, um den Tauchanker 60 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 40 zu schließen.
- Die
Figur 2 zeigt zur besseren Übersicht den Tauchanker 60 nochmals in seiner geöffneten Position in einer größeren Darstellung. Es lässt sich erkennen, dass der Abstand A2 zwischen der ersten ankerseitigen Anschlagsfläche 62 und der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 dem Abstand A1 zwischen der Außenseite des ersten Jochteils 100 sowie der Innenseite des zweiten Jochteils 105 entspricht. Aus diesem Grunde können die beiden magnetischen Kreise der beiden Dauermagnete 90 und 95 spaltfrei, zumindest näherungsweise spaltfrei, geschlossen werden, wenn der Tauchanker 60 in den Hohlkörper 70 vollständig eingeführt ist. Dies zeigt näher dieFigur 3 . - In der
Figur 3 ist erkennbar, dass die erste ankerseitige Anschlagsfläche 62 auf der Außenseite der beiden Jochteile 100 und 110 aufliegt, und die beiden magnetischen Kreise M1 und M2 an dieser Stelle geschlossen werden. In entsprechender Weise werden die beiden magnetischen Kreise M1 und M2 auch an der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 geschlossen, weil diese vollständig auf der Innenseite des zweiten Jochteils 105 aufliegt. - Das in der
Figur 3 dargestellte vollständige Schließen der beiden magnetischen Kreise M1 und M2 ist bei dem elektromagnetischen Antrieb 10 gemäß denFiguren 1 bis 3 nur deshalb möglich, weil der Abstand A1 zwischen den beiden ankerseitigen Anschlagsflächen 62 und 63 mit dem Abstand A2 zwischen der Außenseite der beiden Jochteile 100 und 110 sowie der Innenseite des zweiten Jochteils 105 identisch ist. - Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den
Figuren 1 bis 3 ist vorzugsweise eine Nachjustagemöglichkeit vorhanden, mit der die Lage der Jochteile nachträglich selbsttätig relativ nachjustierbar ist; die Funktionsweise einer solchen Nachjustagemöglichkeit wird nachfolgend beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen die Länge des Tauchankers 60 nicht optimal ist. -
- Die Längendifferenz dx kann auf Herstellungstoleranzen bei der Herstellung der Jochteile, insbesondere des vierten Jochteils 115 und des fünften Jochteils 120, oder auf Herstellungstoleranzen bei der Herstellung des Tauchankers 60 beruhen.
- Um nun trotzdem zu gewährleisten, dass der Tauchanker 60 in seiner geschlossenen Position die beiden magnetischen Kreise M1 und M2 (vgl.
Figur 3 ) schließen kann, ohne dass Luftspalten zu überbrücken sind, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäßFigur 4 in dem vierten Jochteil 115 sowie in dem fünften Jochteil 120 eine Nachjustagemöglichkeit vorgesehen, mit dem die Herstellungstoleranzen nachträglich korrigiert werden können. - In der
Figur 4 lässt sich erkennen, dass das vierte Jochteil 115 sowie das fünfte Jochteil 120 jeweils mit Bohrungen 200 und 205 ausgestattet sind, deren Durchmesser d geringfügig größer ist als der Durchmesser der zugeordneten Befestigungsschrauben 210 und 215, die in das erste Jochteil 100 und das dritte Jochteil 110 eingeschraubt sind und das vierte Jochteil 115 bzw. das fünfte Jochteil 120 klemmend halten. Aufgrund der überdimensionierten Größe der Bohrungen 200 und 205 ist es nun möglich, den Längenunterschied dx nachträglich zu korrigieren, indem nämlich die beiden Befestigungsschrauben 210 und 215 in der geschlossenen Position des Tauchankers 60 gelockert werden. Aufgrund der Magnetkraft der beiden Dauermagnete 90 und 95 werden das erste Jochteil 100 sowie das dritte Jochteil 110 nach oben gezogen, so dass sie mit ihrer Außenseite an der ersten ankerseitigen Anschlagsfläche 62 anstoßen werden. Dies zeigt beispielhaft dieFigur 5 . Das Hochziehen des ersten Jochteils 100 sowie des dritten Jochteils 110 beruht auf der Magnetkraft der beiden magnetischen Kreise M1 und M2, die stets eine Magnetkraft derart ausüben, dass der magnetische Kreis M1 bzw. M2 spaltfrei geschlossen wird. Der in derFigur 4 dargestellte Luftspalt zwischen dem Tauchanker 62 und den beiden Jochteilen 105 und 110 wird somit also durch die Magnetkraft der beiden Dauermagnete 90 und 95 geschlossen, indem die beiden Jochteile um die Längendifferenz dx nach oben gezogen werden. - Der Durchmesser d der Bohrungen 200 und 205 entlang der Schieberichtung des Ankers ist vorzugsweise mindestens 10% größer als der Durchmesser der Befestigungsschrauben 210 und 215. Bei den Bohrungen 200 und 205 kann es sich beispielsweise um Langlöcher handeln, deren Längsrichtung entlang der Schieberichtung des Ankers ausgerichtet ist.
- Sobald diese Selbstjustage, die auf der Magnetkraft der Dauermagnete 90 und 95 beruht, abgeschlossen ist, können die beiden Befestigungsschrauben 210 und 215 wieder angezogen werden, so dass die Lage des ersten Jochteils 100 und die des dritten Jochteils 110 relativ zu dem vierten Jochteil 115 bzw. dem fünften Jochteil 120 wieder durch Festklemmen fixiert ist. Nach dem Fixieren entspricht der Abstand zwischen den beiden ankerseitigen Anschlagsflächen 62 und 63 dem Abstand zwischen der Außenseite der beiden Jochteile 100 und 110 und der Innenseite des zweiten Jochteils 105.
- In der
Figur 6 ist beispielhaft der mechanische Aufbau eines elektromagnetischen Antriebs in einer dreidimensionalen Explosionsdarstellung gezeigt. Man erkennt das erste Jochteil 100, das mit dem vierten Jochteil 115 mittels Schrauben, die durch überdimensionierte Bohrungen 200 geführt sind, verschraubt wird. Zwischen dem vierten Jochteil 115 und dem zweiten Jochteil 105 befindet sich der Dauermagnet 90, der mit Hilfe zweier Befestigungsplatten 300 und 305 an den Jochteilen fixiert wird. Die beiden Befestigungsplatten 300 und 305 fixieren außerdem den anderen Dauermagneten 95, der zwischen dem zweiten Jochteil 105 und dem fünften Jochteil 120 positioniert ist. An dem fünften Jochteil 120 wird das dritte Jochteil 110 mittels Befestigungsschrauben fixiert, die durch überdimensionierte Bohrungen 205 geführt sind. - Wie bereits erläutert, sind die Bohrungen 200 und 205 geringfügig größer als die verwendeten Befestigungsschrauben, so dass es zu einer selbsttätigen Nachjustage kommen kann, wenn der Tauchanker 60 zu groß oder zu klein dimensioniert ist und in der geschlossenen Position des Tauchankers unerwünschte Luftspalte auftreten. Der Tauchanker 60 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 6 durch eine obere Ankerplatte 64 und eine Führungsplatte 65 gebildet, die auf einem Ankermittelteil 66 aufgeschraubt sind. - In der
Figur 6 erkennt man darüber hinaus die weitere Antriebsstange 50, die durch eine Bohrung 105a im zweiten Jochteil 105 hindurchgeführt ist. - Bei der Darstellung gemäß
Figur 6 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass die Jochteile 100, 105, 110, 115 und 120 sowie die beiden Dauermagnete 90 und 95 einen Hohlkörper bilden, der rohr- oder rinnenförmig ist und sich entlang einer Längsachse L erstreckt. Die Längsachse L steht senkrecht zu der vorgegebenen Schieberichtung P, mit der der Tauchanker 60 seine Hubbewegung ausführt. Das vordere und hintere Rohroder Rinnenende des rohr- oder rinnenförmigen Hohlkörpers ist jeweils mit einem Blech verschlossen, von denen beispielhaft eins in derFigur 6 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 310 gekennzeichnet ist. - Die
Figur 7 zeigt den elektromagnetischen Antrieb gemäß Figur 6 im montierten Zustand. Man erkennt zwei Bleche 310 und 320, die den rohr- oder rinnenförmigen Hohlkörper 70 an den beiden Rohr- oder Rinnenenden abschließen. Darüber hinaus erkennt man die weitere Antriebsstange 50, die aus dem Hohlkörper 70 herausgeführt ist und mit der Federeinrichtung 40 gemäßFigur 1 verbunden werden kann. - Darüber hinaus sind das vierte Jochteil 115 sowie das zweite Jochteil 105, die beiden Befestigungsplatten 300 und 305 sowie die Spule 80 erkennbar, die durch Aussparungen in den beiden Blechen 310 und 320 aus dem Hohlkörper 70 herausragen kann. Auch sind die Befestigungsschrauben 210 zu erkennen, mit denen das erste Jochteil an dem vierten Jochteil 115 derart verschraubt ist, dass eine selbsttätige Nachjustage, wie sie oben beschrieben worden ist, möglich ist.
- Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt.
-
- 10
- elektromagnetischer Antrieb
- 20
- elektrischer Schalter
- 21
- beweglicher Schaltkontakt
- 21a
- bewegliche Position
- 22
- feststehender Schaltkontakt
- 30
- Antriebsstange
- 40
- Federeinrichtung
- 50
- Antriebsstange
- 60
- Tauchanker
- 61
- geschlossene Position des Tauchankers
- 62
- erste ankerseitige Anschlagsfläche
- 63
- zweite ankerseitige Anschlagsfläche
- 64
- Ankerplatte
- 65
- Führungsplatte
- 66
- Ankermittelteil
- 70
- Hohlkörper
- 71
- Außenseite
- 72
- Innenseite
- 80
- Spule
- 90
- Dauermagnet
- 95
- Dauermagnet
- 100
- erstes Jochteil
- 105
- zweites Jochteil
- 105a
- Bohrung
- 110
- drittes Jochteil
- 115
- viertes Jochteil
- 120
- fünftes Jochteil
- 130
- Öffnungsschlitz
- 200
- Bohrung
- 205
- Bohrung
- 210
- Befestigungsschraube
- 215
- Befestigungsschraube
- 300
- Befestigungsplatte
- 305
- Befestigungsplatte
- 310
- Blech
- 320
- Blech
- A1
- Abstand
- A2
- Abstand
- d
- Durchmesser
- dx
- Längendifferenz
- L
- Längsachse
- M1
- magnetischer Kreis
- M2
- magnetischer Kreis
- P
- Schieberichtung
Claims (9)
- Elektromagnetischer Antrieb (10) für einen elektrischen Schalter (20), insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter, mit- zumindest einem beweglichen Anker (60), der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung (P) eine Hubbewegung ausführen kann, mittelbar oder unmittelbar mit einem beweglichen Schaltkontakt (21) des Schalters (20) verbindbar ist und in einer geschlossenen Position (61) an einer ersten ankerseitigen Anschlagsfläche (62) mit einem ersten magnetisch leitenden Jochteil (100) des Antriebs (10) und an einer zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche (63)mit einem zweiten magnetisch leitenden Jochteil (105) des Antriebs (10) einen magnetischen Kreis (M1, M2) des Antriebs (10) schließt,- mindestens einem Dauermagneten (90, 95), der ein magnetisches Feld für den magnetischen Kreis (M1, M2) sowie eine Haltekraft zum Halten des Ankers (60) in der geschlossenen Position (61) erzeugt, und- mindestens einer Spule (80), die derart angeordnet ist, dass durch einen Stromfluss durch die Spule (80) ein magnetischer Fluss hervorgerufen werden kann, der dem magnetischen Fluss des Dauermagneten (90, 95) im magnetischen Kreis (M1, M2) gleich- oder entgegengesetzt ist,- wobei der elektromagnetische Antrieb (10) nach erfolgter Montage einen Nachjustagezustand ermöglicht, in dem eine Selbstjustage der Lage des ersten (100) und zweiten Jochteils (105) relativ zueinander durch die Magnetkraft des Dauermagneten (90, 95) möglich ist, und- wobei die Jochteile (100, 105) in einen fest montierten Zustand gebracht werden können, in dem die Ausrichtung der Jochteile (100, 105) unabhängig von der weiteren Positionierung des Ankers (60) fixiert ist, wobei- in dem Nachjustagezustand der magnetische Kreis (M1, M2) durch den Anker (60) geschlossen ist und zumindest zwei Jochteile (100, 105) des Antriebs (10) entlang der Schieberichtung (P) des Ankers (60) relativ zueinander verschieblich sind, so dass - angetrieben durch die Magnetkraft des Dauermagneten (90, 95) - die jochseitige Anschlagsfläche des ersten Jochteils (100) selbstjustierend in einen Abstand (A2) zu der jochseitigen Anschlagsfläche des zweiten Jochteils (105) gebracht wird, der mit dem Abstand (A1) zwischen der ersten (62) und der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche (63) entlang der vorgegebenen Schieberichtung (P) identisch ist,
dadurch gekennzeichnet, dass- die zumindest zwei relativ zueinander entlang der Schieberichtung (P) des Ankers (60) verschieblichen Jochteile (100, 105) miteinander verschraubt sind, wobei eine Schraube (210, 215) durch ein Loch in einem der zwei Jochteile (100, 105) hindurchgeführt und mit dem anderen der zwei Jochteile (100, 105) verschraubt ist, wobei der Durchmesser (d) des Lochs entlang der Schieberichtung (P) des Ankers (60) größer als der Durchmesser (d) der Schraube (210, 215) ist,- wobei sich bei loser Schraubverbindung und geschlossener Position (61) des Ankers (60) die Jochteile (100, 105) im Nachjustagezustand befinden und- wobei sich bei fest angezogener Schraubverbindung die Jochteile (100, 105) im fest montierten Zustand befinden. - Elektromagnetischer Antrieb (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Jochteile (100, 105) und der oder die Dauermagnete (90, 95) einen magnetisch leitfähigen Hohlkörper (70) mit Öffnungsschlitz (130) bilden, durch den der Anker (60) in den Innenbereich des Hohlkörpers (70) eintauchen kann. - Elektromagnetischer Antrieb (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in der geschlossenen Position (61) des Ankers (60) die erste ankerseitige Anschlagsfläche (62) außen auf der Außenseite (71) des Hohlkörpers (70) und die zweite ankerseitige Anschlagsfläche (63) innen auf der Innenseite (72) des Hohlkörpers (70) aufliegt. - Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass- der Hohlkörper (70) rohr- oder rinnenförmig ist und sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, die senkrecht zur vorgegebenen Schieberichtung (P) des Ankers (60) ausgerichtet ist,- der Hohlkörper (70) an seinem vorderen und hinteren Rohr- oder Rinnenende jeweils mit einem Blech (310, 320) zumindest abschnittsweise verschlossen ist,- der Öffnungsschlitz (130) sich parallel zur Längsachse (L) erstreckt und- der Anker (60) den Öffnungsschlitz (130) verschließt. - Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (60) ein Tauchanker mit einem T-förmigen Querschnitt ist. - Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (60) mit einer Federeinrichtung (40) in Verbindung steht, die eine Federkraft in Richtung geöffnete Position des Ankers (60) ausübt, in der der magnetische Kreis (M1, M2) geöffnet ist. - Verfahren zum Montieren eines elektromagnetischen Antriebs (10)nach einem der voranstehenden Ansprüche, für einen elektrischen Schalter (20), insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter,
dadurch gekennzeichnet, dass- der Antrieb (10) vormontiert wird und der magnetische Kreis (M1, M2) anschließend durch den Anker (60) geschlossen wird, indem der Anker (60) in seine geschlossene Position (61) gebracht wird,- der Antrieb (10) in den Nachjustagezustand gebracht wird und eine Selbstjustage der Lage der Jochteile (100, 105) zueinander durch die Magnetkraft des Dauermagneten (90, 95) erfolgt und- nach erfolgter Selbstjustage die Jochteile (100, 105) in einen fest montierten Zustand gebracht werden, in dem die Ausrichtung der Jochteile (100, 105) unabhängig von der weiteren Positionierung des Ankers (60) fixiert bleibt. - Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nachjustagezustand zumindest zwei Jochteile (100, 105) - angetrieben durch die Magnetkraft des Dauermagneten (90, 95) - relativ zueinander entlang der Schieberichtung (P) des Ankers (60) verschoben werden, bis die jochseitige Anschlagsfläche des ersten Jochteils (100) selbstjustierend in einen Abstand (A2) zu der jochseitigen Anschlagsfläche des zweiten Jochteils (105) gebracht worden ist, der mit dem Abstand (A1) zwischen der ersten (62) und der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche (63) entlang der vorgegebenen Schieberichtung (P) identisch ist. - Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass- der Antrieb (10) in den Nachjustagezustand gebracht wird, indem eine Schraubverbindung zwischen zumindest zwei relativ zueinander entlang der Schieberichtung (P) des Ankers (60) in einem vorgegebenen Bereich verschieblichen Jochteile (100, 105) gelöst wird, undnach erfolgter Selbstjustage die Jochteile (100, 105) wieder fest verschraubt werden.
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