DD213787B1 - Daempfungsanordnung fuer elektromagnetisch betaetigte schaltgeraete - Google Patents

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsanordnung für den elektromagnetischen Antrieb von Schaltgeräten, insbesondere von Schützen, mit einem Gehäuse in Schalenbauweise.

Die Lösung ist für Magnetsysteme mit geradlinig bewegtem Magnetanker vorgesehen.

Eine Anwendung ist jedoch auch bei Klappankern denkbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Anforderungen an Schaltgeräte, insbesondere an Motorschütze sind in den vergangenen Jahren ständig gestiegen.

Das bezieht sich insbesondere auf die elektrischen Parameter, wie Schaltstücklebensdauer, aber auch auf mechanische Werte der Lebensdauer. Da eine direkte Verkettung zwischen Schaltstücklebensdauer, mechanischem Verhalten und Silbereinsatz vorliegt, kommt der Dynamik des Gerätes bzw. den Prellerscheinungen eine große Bedeutung zu, die durch konstruktive Möglichkeiten mit Hilfe von verschiedenen Dämpfungsgliedern stark beeinflußt werden.

Zur Lösung dieser Problematik liegen die unterschiedlichsten Varianten vor, da das dynamische Verhalten eines Schaltgerätes mit elektromagnetischem Antrieb durch die konstruktiven Bedingungen und den Werkstoffeinsatz unterschiedlich ist.

So ist bereits eine Dämpfungsfunktion nach DE-OS 2642124 bekannt. Hierbei werden als Dämpfungsglieder zwei Federbügel und eine Platte aus gummielastischem Material verwendet. Dabei ist zu beachten, daß hinsichtlich der Abmessung und Elastizität der Gummiplatte eine Abstimmung mit der Federsteife der Federbügel erfolgen soll. Den beschriebenen Dämpfungseinrichtungen haften jedoch auch eine Reihe von Nachteilen an, die einmal darin bestehen, daß zur kompletten Dämpfung mindestens 3 Bauelemente benötigt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß erfahrungsgemäß Halterungen in Stahlbügelform, die in Stoßrichtung des betätigten Magnetes beansprucht werden, eine kurze Lebensdauer durch Streckvorgang besitzen und der gewünschte Dämpfungseffekt abgebaut wird. Eine wirkliche Dämpfung im Sinne einer Aufzehrung von kinetischer Energie ist allerdings durch den genannten Federbügel nicht zu erreichen.

Eine weitere bekannte Lösung nach der DE-OS 2239306 besteht darin, daß zwischen dem Spulenkörperflansch und dem Magnetkern ein Dämpfungspolster angeordnet ist, das aus Schaumstoffstreifen besteht. Außer dieser Anordnung wird der Magnetkern (siehe auch DE-AS 1802258) zusätzlich im Gehäuse elastisch gelagert, wobei Zusatzteile, wie Gummipuffer, Steg zur Aufnahme der Gummipuffer, benötigt werden. Abgesehen von dem Nachteil, daß bei dieser Lösung auch mehrere Bauelemente benötigt werden und den Montagevorgang erschweren, werden auch in dieser Anordnung zwei verschiedene Dämpfungsglieder, die in der Betätigungsrichtung des Antriebes liegen, verwendet.

Diese hintereinanderliegende Anordnung verschiedener Dämpfungsglieder, von denen unterschiedliche Eigenschaften wie energieschluckende Charakteristik einerseits und hohe mechanische Lebensdauer andererseits erwartet werden, bringt Abstimmungsprobleme zur Dynamik mit sich, deren Auswirkung sich z. B. bis zur Kontaktabhebung bemerkbar machen kann.

Auch die DE-AS 12 57 938 bezieht sich auf ein elektromagnetisches Schütz mit federnd gelagertem Magnetkern.

Charakteristisch ist, daß der Magnetkern über elastische Glieder an den Gehäusewänden reibend geführt ist. Zwischen dem Gehäuseboden und dem Rücken des Magnetkernes liegt ein Federungsglied, das im Gehäuse gehaltert wird.

Die beschriebene Ausführungsart besitzt einen relativ einfachen Montagevorgang, jedoch eine Reihe von Nachteilen, die bemerkenswert sind. Besonders schädlich ist bei dieser Lösung der harte Anschlag des Kernes in Ausschaltrichtung, wodurch die Lebensdauer des Schaltgerätes herabgesetzt wird und auch ein nachträgliches Öffnen des Magnetsystems gefördert wird, was zu Sekundärprellerscheinungen der Kontakte führt. Weiterhin ist bei nicht festgeklemmtem Magnetkern ein Kippen unvermeidlich, da der Magnetkern je nach Einbaulage eine relativ schräge Stellung einnimmt und zu Verdrehungen angeregt wird, die einen hohen Polflächenverschleiß zur Folge haben und die mechanische Lebensdauer reduzieren.

Die Lösung ist außerdem bei einer Schalenbauweise nicht verwendbar. Bekannt ist außerdem nach DE-OS 1966158 ein Industrierelais mit Klappanker, dessen Magnetkern an dem stärker beanspruchten Schenkel einen Fuß besitzt, welcher in die Aussparung eines elastischen Blockes gesteckt ist, der auf einem Zapfen der Gehäusewand sitzt.

Der weniger beanspruchte Schenkel wird dagegen durch eine elastische Feder, z. B. aus Gummi, die von einem zusätzlichen Halteteil getragen wird, federnd abgestützt.

Eine derartige Lösung ist einmal nicht auf ein Schütz mit einem Gehäuse in Schalenbauweise übertragbar, zum anderen werden zusätzliche Teile benötigt. Das verwendete Gummiteil läßt auch keine hohe Lebensdauer erwarten.

Gefunden wurde weiterhin die bekanntgemachte Patentanmeldung 534918, nach welcher der Magnetkern an den Außenschenkeln in unmittelbarer Nähe der Polflächen durch Befestigungsmittel aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise Gummi, gehalten wird. Der Magnetkern wird hier mit den eingesteckten Gummis von oben in das topfförmige Gehäuse eingesetzt. Mittels Haltewinkel wird die Baugruppe in der Funktionslage fixiert.

Eine derartige Lösung ist einmal nicht für Gehäuse in Schalenbauweise geeignet, zum anderen auch nicht für Wechselstrommagnete, da durch die zusätzlich notwendigen Nuten für den Kurzschlußring der verbleibende Eisenquerschnitt der äußeren Magnetschenkel nicht mehr ausreichend und durch die relativ hohe Polflächenbeanspruchung eine kurze mechanische Lebensdauer zu erwarten ist. Außerdem werden zusätzliche Teile wie Haltewinkel und Schrauben benötigt.

Eine weitere bekannte Lösung nach DE-AS 11 38141 sieht vor, ein elastisches Kupplungsglied mit seinem Kupplungsprofil in entsprechend geformte Nuten des Magnetkernes und des Gehäuses einzusetzen. Eine derartige Verbindung von Gehäuse und Magnetkern ist bei Gehäusen in Schalenbauweise nicht anwendbar.

Nach der DE-PS 12 22152 wird der Magnetkern durch vier röhrenförmige Zwischenstücke aus einem elastischem Material, deren mittlererTeil durch eine Ringnut verengt ist, befestigt. Das eine Ende der Zwischenstücke ist auf Zapfen im Gehäuse aufgesteckt, während das andere Ende auf den Köpfen von Schrauben sitzt, die in Haltebleche eingeschraubt sind (Fig.7).

Mit dieser Lösung wird aufgrund der Ringnut eine weiche Magnetkernaufhängung erreicht.

Jedoch ist das Aufkleben der Zwischenstücke auf die Zapfen im Gehäuse sehr aufwendig; für die Lagerung auf den Schraubenköpfen werden Schrauben benötigt, zu deren Befestigung Gewinde in die Haltebleche geschnitten werden müssen.

Außerdem wirken sich die Toleranzen aller Bauteile auf die Lage des Magnetkernes aus, ohne daß eine Justagemöglichkeit besteht. Nach den DE-AS 1061412 und DE-AS 1133791 ist zwischen Gehäuseboden und Magnetkern eine elastische Auflage vorgesehen, die nach DE-AS 1061412 schuhartig eingebettet ist.

Derartige Lösungsvarianten setzen allerdings ein quergeteiltes Gehäuse voraus.

Für elektromagnetische Schütze mit einem Gehäuse in Schalenbauweise sind solche Ausführungen nicht geeignet.

Eine weitere Lösung nach der DE-PS 12 59439 sieht vor, an besonderen Stützblechen, die über die Magnetbreite hinausragen, spezielle Bolzen mit elastischen Ringen zur Befestigung des Kernes auf der Grundplatte einzusetzen.

Diese Ausführung ist speziell für einen U-förmigen Magnetkern mit zwei Spulen vorgesehen. Ihre Anwendung für einen E-förmigen Magneten wäre zu aufwendig.

Die Kernlagerung erfordert außerdem sehr viele Einzelteile und Stützaugen an einer einteiligen Grundplatte und ist daher für eine Schalenbauweise nicht geeignet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die elektrische und mechanische Lebensdauer elektromagnetischer Schaltgeräte zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die vorteilhaften Eigenschaften von Dämpfungsgliedern für Magnetsysteme elektromagnetisch betätigter Schaltgeräte mit quergeteiltem Gehäuse auch für Schaltgeräte mit längsgeteiltem Gehäuse (Schalenbauweise) anzuwenden.

Dabei ist eine einfache und unkomplizierte Montage mit einem Minimum an Bauteilen zu gewährleisten.

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die gegenüberliegenden Außenseiten der Dämpfungsglieder nach dem Fügen der Gehäusehalbschalen an konischen Auflagestegen an den Gehäusehalbschalen anliegen, welche die Dämpfungsglieder von außen umfassen, wobei die Dämpfungsglieder zwischen den Auflagestegen frei liegen.

Eine derartige Lösung gestattet es einmal, ein Gehäuse in Schalenbauweise einzusetzen. Die Dämpfungsglieder werden selbsthaltend auf die Ansätze des Magnetkernes aufgesteckt und zusammen mit dem Magnetkern in die Gehäusehalbschalen eingesetzt. Zum anderen wird durch die erfindungsgemäße Lagerung des Magnetkernes erreicht, daß die Schwingungen des Magnetsystemes nach dem Aufschlagen des Ankers wesentlich herabgesetzt werden, wodurch man eine höhere Lebensdauer des magnetischen Antriebes erreicht.

Weiterhin werden bei richtiger Dimensionierung der Kernlagerung nachträgliche Abhebungen des Ankers vom Kern vermieden, was sich vorteilhaft auf die elektrische Lebensdauer des Schützes auswirkt. Die Montage der Baugruppe ist einfach und unkompliziert.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Dämpfungsglied aus stark dämpfendem Gummi mit einer Stoßelastizität kleiner als 20%, vorzugsweise aus Butylgummi, besteht.

Durch die Wahl des Materials werden die dynamischen Parameter der Dämpfungsanordnung wesentlich mit bestimmt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß ein Dämpfungsglied mit parallelen Außenseiten und einer schwalbenschwanzförmigen Nut eingesetzt wird und daß durch das Aufstecken des Dämpfungsgliedes auf den Ansatz die vorher parallelen Außenseiten der Schräge der Auflagestege in den Gehäuseschalen angepaßt werden. Hierdurch wird hauptsächlich die Montierbarkeit verbessert, die Fügetechnik zum Einsetzen des Magnetkernes in die Gehäusehalbschalen. Eine vorteilhafte Variante der Erfindung besteht darin, daß die Schenkel des Dämpfungsgliedes zur Justage des Magnetsystems unterschiedlich dick ausgebildet sind.

Hierdurch ist es möglich, fertigungsbedingte Toleranzen in gewissen Grenzen auszugleichen, da für das Dämpfungsglied zwei Einbaulagen vorgesehen sind.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die oberen Auflagestege und die unteren Auflagestege unterschiedlich breit sind. Durch die Wahl der Breite der Auflagestege in Verbindung mit deren Abstand erfolgt die Optimierung der Dämpfungsparameter des gesamten Antriebs- und Kontaktsystems

Hierbei spielt die Materialart des Dämpfungsgliedes eine wesentliche Rolle.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Gehäuseschale mit ihren angeformten Auflagestegen in einer Draufsicht, Fig.2: die Gehäuseschale nach Fig. 1 in der Seitenansicht im Schnitt A-B

Fig.3: eine Gehäusehalbschale mit gefügter Baugruppenach Fig. 5, wobei der Ansatz des Magnetkernes geschnitten ist, in der

Draufsicht, Fig. 4: eine Seitenansicht einer montierten Gehäusehalbschale mit eingelagerten, kompletten Magnetkern im Schnitt A-B nach Fig.3,

Fig. 5: die Baugruppe Magnetkern komplett mit gefügten Dämpfungsgliedern in der Seitenansicht, Fig. 6: das Dämpfungsglied, symmetrisch, in der Seitenansicht (geschnitten) und Fig. 7: das Dämpfungsglied, unsymmetrisch, in einer Seitenansicht, gleichfalls geschnitten.

Fig. 1 zeigt die Gehäusehalbschale 1 eines elektromagnetischen Schützes. Von Innen sind daran untere Auflagestege 2; 3 und obere Auflagestege 4; 5, symmetrisch zur Gehäuseschalenmitte, angeformt.

In Fig.2 ist die dazugehörige Seitenansicht dargestellt. Nach Fig.3 und Fig.4 ist der komplette Magnetkern 6 nach Fig.5 mit den aufgesteckten, selbsthaltenden Dämpfungsgliedern 7 in die Gehäusehalbschale 1 eingesetzt, wobei der Ansatz 8 geschnitten gezeigt wird.

Das Dämpfungsglied 7 liegt jedoch nicht mit der Gesamtfläche seiner gegenüberliegenden Außenseiten 9,10 an.

In Fig. 1 und 2 sind die Auflageflächen dargestellt.

Lediglich die Auflageflächen 11; 12 der oberen Auflagestege 4; 5 und die Auflageflächen 13; 14 der unteren Auflagestege 2; 3 liegen nach Fig.3 an den Außenseiten des Dämpfungsgliedes 7 an. Aus der Draufsicht der Gehäusehalbschale 1 nach Fig. 1 und 3 ist das Flächenverhältnis gut zu erkennen. Im Ausführungsbeispiel sind die Auflageflächen 11 bis 14 gleich. Es sind jedoch auch unterschiedliche Flächen denkbar, wenn es darum geht, eine optimale energieschluckende Wirkung der Dämpfungsglieder 7 zu erreichen. Dabei wird das Verhältnis der Massen vom Magnetanker und Magnetkern berücksichtigt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, entsteht durch die beschriebene konstruktive Lösung zwischen den Auflagestegen 2; 3 sowie 4; 5 bzw. dem Dämpfungsglied 7 und der Gehäusehalbschale 1 ein freier Raum 15; 16.

Beim Aufschlag des nicht dargestellten Magnetankers auf die Polflächen des Magnetkernes 6 stützt sich das Magnetsystem über die Ansätze 8 und die Dämpfungsglieder 7 zunächst auf die unteren Auflagestege 2; 3 ab. Dabei kommt es zu einer Wulstbildung des Dämpfungsgliedes 7 zwischen den Auflagestegen 2; 3und4; 5, wodurch ein ausreichender Einfederungsweg gesichert und ein erheblicher Teil der kinetischen Energie abgebaut wird.

Durch das Freiliegen des Dämpfungsgliedes zwischen den Auflegestegen ist eine Steuerung der Dämpfungseigenschaft möglich. Bei Gleichheit der konisch zueinander liegenden Auflageflächen ist die Dämpfungswirkung in beiden Arbeitsrichtungen des Antriebes völlig symmetrisch, kann aber durch Unterschiede in den Auflageflächen (differenzierte Flächen) auch unsymmetrisch gewählt werden.

Wesentlich für die Erhöhung der mechanischen Lebensdauer durch Verringerung des Verschleißes an den Magnetflächen ist hierbei die Lage der Angriffsflächen der Dämpfungselemente an den äußeren Punkten des Magnetkernes, wodurch die Drehbeweglichkeit des Magnetkernes um die Achse des mittleren Nietes sowie um die Längsachse des Kernes maximal eingeschränkt und gedämpft wird.

Die Prellungen des Magnetsystems werden durch die beschriebene Anordnung wesentlich herabgesetzt.

Da sich Prellungen des Magnetsystems stets auf das Kontaktsystem übertragen, wird auch eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Lebensdauer des Schaltgerätes erreicht. In Fig. 6 ist dasU-förmige Dämpfungsglied 7 im Schnitt dargestellt. Seine gegenüberliegenden Außenseiten 9; 10 verlaufen zunächst parallel. Zwischen diesen befindet sich eine schwalbenschwanzförmige Nut 20, so daß keilförmige Schenkel gebildet werden.

Wird das Dämpfungsglied 7 auf die Ansätze 8 des Magnetkernes 6 aufgesteckt, so liegen die Innenseiten des Dämpfungsgliedes unter Vorspannung an den Ansätzen selbsthaltend an. Die Außenseiten 9; 10 besitzen jetzt eine Schräge, die den Konturen der Auflagestege 2; 4 nach Fig. 2 entspricht. Die relativ großen Fertigungstoleranzen von Gummiteilen werden durch eine beim Fügen der Gehäuseschalen in Fügerichtung auf die Dämpfungsanordnung aufgebrachte Vorspannung in Verbindung mit der Konizität der Auflageflächen ausgeglichen, so daß sie sich nicht oder nur sehr verringert auf funktionsbestimmende Maße des Schützes, wie Magnethub und Durchhub der Kontakte auswirken können.

Von wesentlicher Bedeutung ist die Wahl der Materialart des Dämpfungsgliedes 7. Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von Gummi mit einer Stoßelastizität von kleiner als 20% erwiesen. Diese Werte erreicht z. B. Butylgummi. Das Dämpfungsglied 7 kann nicht nur als Gummiformteil sondern auch im Extrudierverfahren hergestellt und auf die erforderliche Länge getrennt werden.

Während nach Fig.6 die Schenkel symmetrisch ausgebildet sind, werden nach Fig. 7 unterschiedliche Dicken eingesetzt:

Das Dämpfungsglied 17 besitzt zwei unterschiedliche starke Schenkel 18; 19. Durch einfaches Drehen des Dämpfungsgliedes 17 ist somit eine Justage des Magnetkernes 6 und damit des Kontaktsystems möglich.

Hierdurch erhöhen sich zwar möglicherweise die Prellungen des gesamten Systems, da für jedes Magnetsystem nur eine ganz bestimmte Materialstärke optimal wirkt.

Der Vorteil besteht jedoch im Ausgleich von Fertigungstoleranzen.

Der in Fig. 5 dargestellte Magnetkern 6 wird zusammen mit den übrigen Baugruppen zunächst in eine Gehäusehalbschale 1 eingesetzt und das Gerät mit einer zweiten verschlossen.

Der seitliche Abstand 21 nach Fig. 3 zwischen Dämpfungsglied? und der Gehäusewand ist so bemessen, daß auch bei dessen seitlicher Anlage stets die gesamte Auflagefläche 11 bis 14 für eine Dämpfung wirksam ist.

Im Sinne eines geringeren Materialaufwandes ist es vorteilhaft, daß die Ansätze 8 nicht über die Gesamtbreite des Magnetkernes 6, die vom Polflächenbereich vorgegeben ist, hinausragen.

Claims (7)

Patentanspruch:

1. Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Schaltgeräte, insbesondere für Schütze, wobei zwischen Magnetkern und Gehäuse Dämpfungsglieder vorgesehen sind, welche auf Ansätzen des Magnetkernes in Verlängerung des Magnetkernrückens aufgesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Außenseiten (9; 10) der Dämpfungsglieder (7) an konischen Auflagestegen (2; 3; 4; 5) in den Gehäusehalbschalen (1) anliegen, welche die Dämpfungsglieder (7) und die Ansätze (8) von außen umfassen/wobei die Dämpfungsglieder (7) zwischen den Auflagestegen (2; 3;4; 5) freiliegen.

2. Dämpfungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Dämpfungsglied (7) aus stark dämpfendem Gummi mit einer Stoßelastizität kleiner als 20%, vorzugsweise aus Butylgummi, besteht.

3. Dämpfungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Dämpfungsglied {7) parallele Außenseiten (9; 10) und eine schwalbenschwanzförmige Nut (20) besitzt.

4. Dämpfungsanordnung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß durch das Aufstecken des Dämpfungsgliedes (7) auf den Ansatz (8) die vorher parallelen Außenseiten (9; 10) der Schräge der Stege (2; 3; 4; 5) angepaßt werden und das Dämpfungsglied (7) selbsthaltend am Kern sitzt.

5. Dämpfungsanordnung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Schenkel (18; 19) des Dämpfungsgliedes (17) zur Justage des Magnetsystems unterschiedlich dick ausgebildet sind.

6. Dämpfungsanordnung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die oberen Auflagestege (4; 5) und die unteren Auflagestege (2; 3) unterschiedlich breit sind.

7. Dämpfungsanordnung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansätze (8) nicht über die Magnetkernbreite hinausgehen.