DE10011342A1 - Permanent magnetischer Antrieb für ein elektrisches Schaltgerät - Google Patents

Abstract

Es wird ein permanent magnetischer Antrieb für ein elektrisches Schaltgerät beschrieben, das ein lamelliertes, rechteckförmiges Joch (11) aufweist, in dem ein Anker (18) linear geführt ist. Dieser Anker (18) ist mit den beweglichen Kontaktstück des Schaltgerätes gekuppelt. An den Längsstegen (12, 13) des Joches sind aufeinanderzu vorspringende Polschuhe angeordnet und zwischen den Polschuhen (16, 17) und dem Anker (18) befinden sich Permanentmagnete (26) einer ersten Permanentmagnetanordnung. Weiterhin sind zwei Spulen (23, 24) vorgesehen, die so angesteuert werden, daß sie den Anker in seiner Längsrichtung hin und her bewegen. Um zu verhindern, daß für höhere Bemessungs-Kurzschlußausschaltströme das Joch und damit der Antrieb größer werden, ist eine zweite Permanentmagnetanordnung (27) mit einem beweglichen Teil (28) vorgesehen, das mit dem Anker (18) verbunden ist. Dadurch wird erreicht, daß die zweite Permanentmagnetanordnung (27) den Anker in Richtung Einschaltstellung bewegt und beaufschlagt und darüber hinaus auch die statische Haltekraft für das bewegliche Kontaktstück des Schaltgerätes verstärkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen permanent magnetischen Antrieb für ein elektrisches Schaltgerät.

Ein derartiger elektromagnetischer Antrieb ist beispielsweise aus der DE 197 09 089 A1 bekannt geworden.

Dieser permanent magnetische Antrieb besitzt ein geschlossenes, ringförmiges Joch, welches aus lamellierten Blechen zusammengesetzt ist und zwei im Abstand zueinan­ der verlaufende Längsstege aufweist, an denen aufeinanderzuweisend zwei Polschuhe angeformt sind. Parallel zu den Längsstegen verläuft ein Anker und zwischen den freien Enden der Polschuhe und dem Anker befinden sich zwei Permanentmagnete. Beidsei­ tig zu den Permanentmagneten sind Spulen angeordnet, und je nach Ansteuerung der Spulen wird der Anker aus einer Stellung in eine zweite Stellung verbracht, in dem durch die Spulen magnetische Felder im Joch erzeugt werden, die mit den Permanent­ magnetfeldern zusammenwirken, um eine hin und her Bewegung zu erzeugen.

Der Anker besitzt stirnseitig zwei Fortsätze, die in den Querstegen des Joches geführt sind; der eine der Fortsätze durchgreift den benachbarten Quersteg und ist mit dem beweglichen Kontaktstengel eines Vakuumschalters verbunden.

Wenn der hier beschriebene, als bistabiler Aktuator bezeichnete Antrieb für unter­ schiedliche Bemessungs-Kurzschlußausschaltströme angepaßt werden soll, dann wird die Breite variiert, in dem parallel zu den einzelnen Lamellenblechen beidseitig weitere Lamellenbleche angebracht werden. Für große Bemessungs-Kurzschlußausschalt­ ströme ergeben sich allerdings unvorteilhaft große und schwere Akutatoren auf Grund der vergrößerten Anzahl der Lamellenbleche.

Aufgabe der Erfindung ist es, den permanent magnetischen Antrieb der eingangs ge­ nannten Art so weiter zu verbessern, daß er auch für größere Bemessungs- Kurzschlußausschaltströme verwendet werden kann, ohne dabei die Breite zu verän­ dern und damit das Gewicht wesentlich zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Danach wird erfindungsgemäß eine zweite Permanentmagnetanordnung mit einem be­ weglichen Teil vorgesehen, wobei das bewegliche Teil mit dem Anker verbunden ist, so daß durch die zweite Permanentmagnetanordnung der Anker in Richtung Einschalten bewegt und beaufschlagt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung selbst sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse­ rungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 und 2 eine erste Ausführungsform eines permanent magnetischen Antriebes in zwei Schaltstellungen und

Fig. 3 eine Variante für den permanent magnetischen Antrieb.

Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines permanent magnetischen Antriebs 10. Dieser perma­ nent magnetische Antrieb 10 besitzt ein als Ring geschlossenes Joch 11, welches aus Lamellenblechen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbleche senkrecht zur Zei­ chenebene aufgeschichtet sind. Das Joch 11 umfaßt zwei parallel zueinanderverlaufen­ de Längsstege 12 und 13 sowie senkrecht dazu verlaufende Querstege 14 und 15. Et­ wa im mittleren Bereich der Längsstege 12 und 13 sind aufeinanderzu vorspringend Polschuhe 16 und 17 angeformt, die in einem weiter unten definierten Abstand vonein­ ander enden.

Senkrecht zu den Querstegen 14 und 15 und in deren Mittelachse ist ein Anker 18 ver­ schiebbar angeordnet, der beispielsweise so ausgebildet sein kann wie in der DE 197 09 089 A1 beschrieben. Dieser Anker 18 ist über Ankerführungselemente 19 und 20, die Führungselemente 21 und 22 in den Querstegen 14 und 15 durchgreifen, im Ma­ gnetjoch 11 geführt.

Zwischen den Querstegen 14 bzw. 15 und den Polschuhen 16, 17 sind Spulen 23, 24 eingesetzt. In den Zwischenbereich zwischen dem Anker 18 und den freien inneren En­ den der Polschuhe 16 und 17 sind Permanentmagnete 25 und 26 eingesetzt, die mit den Spulen 23 und 24 in bestimmter Weise zusammenwirken.

An dem Führungsfortsatz 20 schließt der bewegliche Kontaktstengel eines Vakuums­ schalters an, wie aus der oben erwähnten deutschen Offenlegungsschrift bekannt ge­ worden ist.

Bei Erregung der Spule 24 wird der Anker aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung in die in Fig. 2 gezeigte Stellung entsprechend der Doppelpfeilrichtung P verschoben, wobei die Fig. 1 die sogenannte Ausschaltstellung und die Fig. 2 die Einschaltstellung zeigt: Bei der Ausschaltstellung befindet sich der Anker 18 an dem Quersteg 14, der dem Kontakt­ stengel entgegengesetzt liegt, wogegen bei der Einschaltstellung der Anker 18 gegen den dem Schaltgerät benachbarten Quersteg 15 anliegt.

Ein derartiger permanent magnetischer Antrieb ist für einen bestimmten Bemessungs- Kurzschlußausschaltstrom angepaßt; sollen höhere Ausschaltströme geschaltet werden können, sind größere Kräfte aufzubringen. Dazu ist es erforderlich, beidseitig zu dem Joch mehr Lamellenbleche unterzubringen, wobei die Lamellenbleche senkrecht zur Zeichenebene gestapelt werden.

Zur Verbesserung und zur Vereinfachung des Antriebes ist eine zweite Permanentma­ gnetanordnung 27 vorgesehen, die ein Gehäuse 28 aufweist, das als Rückschlußge­ häuse dient und aus magnetischem Material hergestellt ist. Das Gehäuse 28 besitzt zwei Vertiefungen 29 und 30, in denen Permanentmagnete 31 und 32 eingesetzt sind; die Permanentmagnete können auch ringförmig ausgebildet sein, wobei die Vertiefung 29, 30 eine Ringvertiefung sein kann. Das Gehäuse 28 ist mit dem Führungszapfen 19 fest verbunden und zwischen den Permanentmagneten 31 und 32 und der Außenfläche des Quersteges 14 befindet sich kein weiteres zusätzliches Bauelement.

Wenn nun der Antrieb aus der in Fig. 1 gezeigten Ausschaltstellung in die in Fig. 2 dar­ gestellte Einschaltstellung verbracht wird, dann bewegen sich die Permanentmagnete 31 und 32 auf den oberen Quersteg 14 des Joches 11 zu, wobei die Magnetanordnung 27 mechanische Energie an das Antriebssystem des Leistungsschalters zusätzlich mit abgibt, da die Magnetanordnung 27 von dem Quersteg 14 angezogen wird. Außerdem erhöht in der eingeschalteten Stellung, siehe Fig. 2, der Zusatzmagnet die statische Haltekraft, die bei einem Vakuum-Leistungschalter für das Zusammendrücken von Kontaktdruckfedern erforderlich ist. Da die Kraft, die von den Kontaktdruckfedern er­ zeugt werden soll, von dem Bemessungs-Kurzschlußausschaltstrom abhängt, ist es mit der zweiten Permanentmagnetanordnung möglich, einen beispielsweise für einen Be­ messungskurzschlußausschaltstrom von 31,5 kA bemessenen Aktuator ohne zusätzli­ che Lamellenbleche auch für einen Kurzschlußausschaltstrom von 40 kA zu benutzen.

Zwischen dem Führungszapfen 19 und dem Gehäuse 28 kann ein entsprechendes Ein­ stellgewinde vorgesehen sein, so daß der Luftspalt, der sich in der Stellung gemäß Fig. 2 zwischen dem Gehäuse 28 und dem oberen Quersteg 14 ergibt, dadurch variiert wer­ den kann. Derartige Einstellelemente sind Gewindespindeln mit Mutter und Kontermut­ ter, wobei die Mutter gleichzeitig das Gehäuse 28 sein kann, nicht bekannt.

Da bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 die Permanentmagnete 31, 32 in Be­ wegung sind und im Falle einer Ausschalthandlung auch stoßend gegen den oberen Quersteg 14 aufschlagen, ist es sinnvoll, eine Lösung gemäß Fig. 3 zu verwenden. Am oberen Quersteg 14 des Joches 11, auf dessen Außenseite, ist ein U-förmiges Halte­ element 35 vorgesehen bzw. befestigt, dessen Schenkel 36, 37 von dem Quersteg 14 weg vorspringen. Das Halteelement kann auch ringförmig ausgeführt sein. Zwischen die Schenkel 36 und 37 ist ein Permanentmagnet 38 eingesetzt, der mittels mechanischer Verbindungen, beispielsweise einer Mutter 39 gegen den Boden des U-förmigen Hal­ teelementes 35 festgeschraubt ist. Der Permanentmagnet 38 kann auch ringförmig ausgeführt sein. Mit dem Führungszapfen 19 über ein Verbindungszapfen 41 ist ein Rückschlußteil 40 verbunden, welches entsprechend der Doppel-Pfeilrichtung P be­ wegbar ist, so daß in der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Permanentmagnet 38 keine Wirkung besitzt, wogegen beim Auftreffen des Rückschlußteiles 40 auf die freien Enden der Schenkel 36 und 37 eine entsprechende Magnetflußverteilung ergibt, die in gleicher Weise dazu beiträgt, die Einschaltbewegung zu unterstützen und die statische Halte­ kraft zu erhöhen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist der Permanentmagnet 38 unbe­ weglich und ortsfest angeordnet; dadurch ist er stoßender Belastung nicht bzw. nur ei­ ner geringfügig stoßenden Belastung unterworfen was für die Lebensdauer des Perma­ nentmagneten auch Vorteile besitzt.

Claims (10)

1. Permanent magnetischer Antrieb für ein elektrisches Schaltgerät, insbe­ sondere für einen Vakuumleistungsschalter, mit einem lamellierten, rechteckförmigen Joch, in dem ein Anker linear geführt ist, der mit dem beweglichen Kontaktstück des Schaltgerätes gekuppelt ist, mit am Joch aufeinander zuweisenden Polschuhen, die zum Anker hin vorspringen, mit einer ersten Permanentmagnetanordnung, deren Per­ manentmagnete zwischen den Polschuhen und dem Anker angeordnet sind, und mit zwei beidseitig zu dem Permanentmagneten angeordneten Spulen, die im Joch und Anker eine den durch den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Fluß zusam­ menwirken, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Permanentmagnetanordnung mit einem beweglichen Teil vorgesehen ist, das ist mit dem Anker verbunden ist, so daß durch die zweite Permanentmagnetanordnung der Anker in Richtung Einschalten be­ wegt und beaufschlagt ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Per­ manentmagnetanordnung außerhalb des Joches angeordnet ist.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Per­ manentmagnetanordnung auf der der Kupplungsstelle zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem Anker entgegengesetzt liegenden Jochseite angeordnet ist.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent­ magnet in einem Gehäuseteil untergebracht ist, das mit dem Anker verbunden ist, so daß der Permanentmagnet der zweiten Permanentmagnetanordnung mit dem Anker beweglich ist.

5. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent­ magnet der zweiten Permanentmagnetanordnung ortsfest in einem ersten Rück­ schlußelement festgelegt ist und daß mit dem ersten Rückschlußelement ein zweites bewegliches Rückschlußelement zusammenwirkt, das mit dem Anker fest verbunden ist.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das erste Rückschlußelement U-förmig ausgebildet ist und das zweite Rückschlußelement die freien Schenkel des ersten Rückschlußelementes überdeckt.

7. Antrieb nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das zweite Rückschlußelement U-förmig ist.

8. Antrieb nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Permanentmagnetanordnung und dem Joch ein Luftspalt vorge­ sehen ist.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rückschlußelementen selbst ein Luftspalt vorgesehen ist.

10. Antrieb nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalte einstellbar sind.