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Die Erfindung geht aus von einem Schaltgerät mit einem Kontaktsystem, das wenigstens ein feststehendes Kontaktstück und wenigstens ein bewegliches Kontaktstück umfasst, die zusammen wenigstens eine Kontaktstelle bilden, und die bei geschlossener Kontaktstelle durch eine Kontaktkraft gegeneinander gedrückt werden, wobei das Schaltgerät einen mittels einer Betätigungskraft zu betätigenden und mit der Kontaktstelle gekoppelten Schaltmechanismus hat, der die Kontaktkraft generiert, wobei bei geschlossener Kontaktstelle die Betätigungskraft kleiner ist als die zum geschlossen Halten der Kontaktstelle erforderliche Kontaktkraft, und wobei das Schaltgerät einen elektromagnetischen Aktor hat, der dazu eingerichtet ist, um mittels seiner Magnetkraft die Betätigungskraft zu erzeugen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein solches Schaltgerät ist beispielsweise ein Leitungsschutzschalter, ein Motorschutzschalter, ein Schütz oder dergleichen. Die
DE 10 2013 017 381 A1 zeigt einen Leitungsschutzschalter, bei dem eine Kontaktdruckfeder den beweglichen Kontakthebel gegen das feststehende Kontaktstück drückt, der Angriffspunkt der Kontaktdruckfeder an dem beweglichen Kontakthebel ist festgelegt. Zum Öffnen der Kontaktstelle muss mittels einer Betätigungskraft die Kontaktdruckkraft überwunden werden. So zeigt auch die
DE 37 37 539 C2 einen Motorschutzschalter mit einer Kontaktbrücke, auf die eine Kontaktfeder zum Schließen der Kontaktstellen wirkt, wobei auch hier zum Öffnen der Kontaktstellen von einer Betätigungseinrichtung eine Kraft aufgebracht werden muss, die größer als die Kontaktdruckkraft ist.
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Bei bekannten Schaltgeräten wird generell über eine Betätigungseinrichtung während der Betätigung eine Kontaktkraft aufgebaut, die von einem Wert 0 bei offenen Kontakten auf einen durch die Auslegung der Kontaktdruckfeder vorgebbaren Wert X bei geschlossener Kontaktstelle ansteigt. Dazu wird in der Regel eine Betätigungskraft benötigt, die größer ist als die erzeugte Kontaktkraft. Insbesondere bei Schaltgeräten mit elektrischer Betätigung wie z.B. bei einem Schütz oder Relais wird durch die Höhe der Betätigungskraft die Auslegung und Dimensionierung des Magnetantriebes bestimmt.
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Die
DE 10 2015 117 324 A1 zeigt ein Schaltgerät, bei dem das Kontaktsystem mit einer Betätigungskraft angetrieben werden kann, die kleiner ist als die zu erzeugende Kontaktkraft. Das Schaltgerät hat hier einen mittels einer Betätigungskraft zu betätigenden und mit der Kontaktstelle gekoppelten Schaltmechanismus, der die Kontaktkraft generiert. Bereits während der Montage des Gerätes wird dabei eine eingeprägte Kraft, nämlich die auf den Kontakthebel wirkende, bewegende Kraft, erzeugt, die dann während der Betätigung lediglich verschoben oder verdreht wird. Die Betätigungskraft muss nun nur noch die zum Verschieben des Angriffspunktes der eingeprägten Kraft erforderliche Kraft aufbringen, und diese ist wesentlich geringer als die Kontaktkraft.
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Die
DE 10 2015 117 324 A1 zeigt ein Schaltgerät mit einem Kontaktsystem, das wenigstens ein feststehendes Kontaktstück und wenigstens ein bewegliches Kontaktstück umfasst, die zusammen wenigstens eine Kontaktstelle bilden, und die bei geschlossener Kontaktstelle durch eine Kontaktkraft gegeneinander gedrückt werden, wobei das Schaltgerät einen mittels einer Betätigungskraft zu betätigenden und mit der Kontaktstelle gekoppelten Schaltmechanismus hat, der die Kontaktkraft generiert, wobei bei geschlossener Kontaktstelle die Betätigungskraft kleiner ist als die zum geschlossen Halten der Kontaktstelle erforderliche Kontakt-kraft, und wobei das Schaltgerät einen elektromagnetischen Aktor hat, der dazu eingerichtet ist, um mittels seiner Magnetkraft die Betätigungskraft zu erzeugen.
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Die
DE 26 47 293 A1 zeigt ein Relais mit Kontaktfedern, die durch ein Schaltstück betätigt werden, das in einer oder zwei Endstellungen mechanisch festgehalten wird, wobei das Schaltstück von einem oder zwei magnetischen Antriebssystemen über deren Anker verschiebbar ist, wobei das Schaltstück entweder an beiden Enden oder an einem Ende je zwei Kippfedern besitzt, die jeweils an einem Ende am beweglichen Schaltstück und am anderen Ende an einem mit dem Relaiskörper verbundenen festen Punkt abgestützt sind, bei Kippfedern nur an einem Ende, am anderen Ende eine Rückstellfeder besitzen, und wobei im Falle von zwei magnetischen Antriebssystemen die Differenz zwischen dem Abstand der Abstützlager im Schalt-stück und dem Abstand der festen Abstützlager eine Größe zwischen Null und im Wesentlichen der Länge des Schaltweges des Schaltstückes, und im Fall von einem magnetischen Antriebssystem in der Ruhelage, die beweglichen Abstützlager mit den festen Abstützlagern im Wesentlichen fluchten und das Schaltstück zur Zwangsführung der Kontaktfedern Schulterflächen besitzt, auf welche sich die Kontaktfedern aufstützen.
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Als elektromagnetischer Aktor werden Magnetsysteme eingesetzt mit einem feststehenden Kern, einem Joch, einem beweglichen Anker und einer Magnetspule. Beim Einschalten fließt der Einschaltstrom durch die Spule, wodurch diese ein Magnetfeld erzeugt, welches den Kern und Anker aufmagnetisiert, so dass der Anker gegen den Kern angezogen wird. Diese müssen bezüglich ihrer maximal zu erzeugenden Magnetkraft überdimensioniert werden, da die Kraft des Magnetsystems während des Anzugsvorgangs näherungsweise exponentiell ansteigt und bei geöffneter Ankerstellung ausreichend groß sein muss, um die Mechanik hinreichend gut beschleunigen und bewegen zu können. Diese Überdimensionierung benötigt Bauraum innerhalb des Gerätes und erfordert eine nicht benötigte überdimensioniert große elektrische Halteleistung, die dem Schaltgerät beim Einschalten zugeführt werden muss.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgerät der genannten Art zu schaffen, dessen Magnetsystem kleiner gestaltet werden kann und das weniger elektrische Halteleistung benötigt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Schaltgerät der genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen formuliert.
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Erfindungsgemäß ist also die Magnetkraft-Weg-Kennlinie des elektromagnetischen Aktors an die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie des Schaltmechanismus angepasst.
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Das bedeutet, dass erfindungsgemäß die Magnetkraft-Weg-Kennlinie des Magnetsystems nicht mehr exponentiell ansteigt während des Anzugsvorgangs. Wenn die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie des Schaltmechanismus während des Anzugvorgangs kleiner ist oder wird als die Kontaktkraft bei geschlossener Kontaktstelle, dann ist erfindungsgemäß die Magnetkraft-Weg-Kennlinie dem angepasst und die Magnetkraft folgt der kleineren Betätigungskraft, wodurch sie deutlich geringer wird als bei einem exponentiellen Anstieg wie er im Stand der Technik erfolgt. Damit kann das Magnetsystem kleiner dimensioniert werden, sowohl hinsichtlich der geometrischen Abmessungen als auch hinsichtlich der Leistungsaufnahme.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Anpassung der Magnetkraft-Weg-Kennlinie des elektromagnetischen Aktors an die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie des Schaltmechanismus durch eine Anpassung der Luftspalt-Geometrie.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht bei geschlossener Kontaktstelle die Magnetkraft betragsmäßig mindestens der Summe aus der Betätigungskraft und einer Mindestreservekraft zur Gewährleistung ausreichender Schockfestigkeit der geschlossenen Kontaktstelle. Dadurch kann die Halteleistung um einen großen Betrag reduziert werden, ohne dass dadurch die Erschütterungsfestigkeit reduziert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektromagnetische Aktor als ein Klappanker-System ausgeführt, bei dem die Anpassung der Magnetkraft-Weg-Kennlinie des elektromagnetischen Aktors an die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie des Schaltmechanismus durch eine Verlagerung des Drehpunktes des Ankers auf dem Joch während der Drehbewegung des Ankers erfolgt.
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Die Erfindung sowie weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile sollen in den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
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Es zeigen
- 1 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit Tauchankersystem
- 2 exemplarisch die Kraft-Wege-Kennlinien bei einem erfindungsgemäßen Schaltgerät
- 3 schematisch und exemplarisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit Klappankersystem, mit geöffnetem Klappanker,
- 4 schematisch und exemplarisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit Klappankersystem, mit geschlossenem Klappanker,
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1 zeigt schematisch und exemplarisch eine Ansicht eines Schaltgerätes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Exemplarisch ist das Schaltgerät 1 beispielsweise ein Installationsschütz. Wesentliche Bestandteile eines Schützes 1 sind ein magnetischer Aktor 10, ein Kontaktsystem 2 mit wenigstens einer, hier im Beispiel mit zwei Kontaktstellen 6, 6', eine Kontaktbahn 13, die zwischen zwei Anschlussstellen 14, 14' über das Kontaktsystem 2, also die Kontaktstellen 6, 6' verläuft und mit dem Kontaktsystem 2, also an den Kontaktstellen 6, 6', geschlossen und geöffnet werden kann, und ein Schaltmechanismus 11, auch als Schaltmechanik 11 bezeichnet, der mittels einer Betätigungskraft B betätigt wird und der die Kontaktkraft K generiert, die auf das Kontaktsystem 2, also die Kontaktstelle, 6, 6',zum Schließen und geschlossen halten derselben ausgeübt wird.
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Der Magnetaktor 10 umfasst einen Kern 7 aus ferroelektrischem Material, meistens ein Eisenkern, einen Anker 8, und eine Spulenwicklung 9 mit Spulenschlüssen 12, 12'.
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In einem Schütz 1 wird zwischen einem Laststromkreis, welcher von dem Schütz geschaltet wird, und einem Steuerstromkreis, welcher die Spule 9 beinhaltet und somit den Schaltvorgang verursacht, unterschieden. Der Laststromkreis führt hier also zwischen den beiden Anschlussstellen 14, 14' über die Kontaktbahn 13. Der Steuerstromkreis führt über die beiden Spulenanschlüsse 12, 12' und die Spule 9. Der Steuerstromkreis ist für geringere Spannungen konzipiert als der Laststromkreis. So kann beispielsweise mit einer Steuerspannung von 24V ein Laststromkreis geschaltet werden, der für 400 V dimensioniert ist.
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Der Schaltvorgang des Schützes 1 erfolgt monostabil. Daher ist ein Rückstellelement 16 zwischen dem Kern und dem Anker vorgesehen, hier in Form einer Rückstellfeder 16 dargestellt. Die Rückstellfeder 16 übt zwischen dem Kern 7 und dem Anker 8 eine entgegen der Schließrichtung wirkende Rückstellkraft R aus und sorgt dafür, dass der Anker 8 nach Abfall der Steuerspannung wieder in seine Ausgangslage vor dem Anlegen der Steuerspannung zurückgeführt wird.
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Jede der beiden Kontaktstellen 6, 6' ist mit einem feststehenden Kontaktstück 3, 3' und einem beweglichen Kontaktstück 4, 4' gebildet. Die feststehenden Kontaktstücke 3, 3' befinden sich auf einem Festkontaktträger 5. Die beweglichen Kontaktstücke 4, 4' befinden sich auf einem beweglichen Kontaktträger 15, hier im Zusammenhang mit einer exemplarisch dargestellten Doppelkontaktstelle auch als Kontaktbrücke 15 bezeichnet. In gestrichelter Darstellung ist die Kontaktbrücke 15 in der Öffnungsstellung dargestellt, die beiden Kontaktstellen 6, 6' sind geöffnet. In ausgezogener Linie ist die Kontaktbrücke 15 in der Schließstellung dargestellt, die beiden Kontaktstellen 6, 6' sind geschlossen. Um den elektrischen Übergangswiderstand an einer geschlossenen Kontaktstelle niedrig zu halten, ist es erforderlich, dass die beiden die Kontaktstelle bildenden Kontaktstücke mit ausreichend hoher Kontaktkraft K gegeneinander gedrückt werden.
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Selbstverständlich wäre die vorliegende Erfindung auch mit einer Einfachkontaktstelle oder anderen bekannten Ausführungsformen von Kontaktstellen ausführbar.
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Der Anker 8 ist wirkungsmäßig mit der Schaltmechanik 11 verbunden, exemplarisch dargestellt durch eine strichliert gezeichnete Wirkverbindungslinie 17. Die Schaltmechanik 11 ist wirkungsmäßig mit der Kontaktbrücke 15 verbunden, exemplarisch dargestellt durch eine strichliert gezeichnete Wirkverbindungslinie 18. Die Schaltmechanik sorgt dafür, dass ausgehend von der mittels der Magnetkraft M des Magnetaktors 10 erzeugten Betätigungskraft B die Kontaktkraft K entsteht. Die Schaltmechanik 11 ist dabei als Funktionsbaugruppe zu verstehen. Sie kann konstruktiv als eigene mechanische oder elektromechanische oder elektronische Baugruppe ausgebildet sein. Sie kann aber auch beispielsweise durch eine besondere Ausgestaltung der Magnetsystem-Geometrie realisiert sein und damit nicht als eigenständige mechanische oder elektromechanische Baugruppe.
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Sobald an die Spulenanschlüsse 12, 12' eine Steuerspannung angelegt wird, bildet sich ein Magnetfeld um die Spule 9, und die Eisenteile des Kerns 7 und des Ankers 8 magnetisieren sich auf, es entsteht die Magnetkraft M, mit dem Ergebnis, dass Kern 7 und Anker 8 sich anziehen. Da der Kern 7 fest im Gehäuse des Schaltgeräts fixiert ist, setzt sich der Anker 8 in Bewegung. Aufgrund der wirkmäßigen Kopplung mit dem Schaltmechanismus 11 setzt sich auch die Kontaktbrücke 15 in Bewegung, bis die beweglichen Kontaktstücke 4, 4' auf die feststehenden Kontaktstücke 3, 3' treffen und mit der Kontaktkraft K gegeneinander gedrückt werden. Das Kontaktsystem 2 ist hier als ein sogenannter Schließerkontakt ausgeführt, der mit dem Einschalten des Schützes, dem Anlegen der Steuerspannung an die Spulenanschlüsse 12, 12', den Laststromkreis schließt und ihn mit dem Ausschalten des Schützes wieder öffnet.
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Der Magnetaktor 10 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist als ein Tauchankersystem ausgeführt. Dabei taucht der Anker 8 gewissermaßen in die Spule 9 ein. Daneben sind noch sogenannte Klappankersysteme weit verbreitet, siehe 3 und4, bei denen der Anker beim Anlegen der Steuerspannung um einen Drehpunkt herum klappt. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist sowohl mit Tauchankerals auch mit Klappankersystemen umsetzbar.
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Die Magnetkraft M muss zu jedem Zeitpunkt während des Schließvorgangs mindestens so groß sein wie die Betätigungskraft B. Um eine ausreichende Schockfestigkeit zu gewährleisten, das heißt, um zu gewährleisten, dass das Kontaktsystem 2 auch bei betriebsbedingter Erschütterung des Schaltgerätes 1 noch sicher geschlossen bleibt, ist kräftemäßig eine als sogenannte Schaltreserve S oder auch als Mindestreservekraft S bezeichnete Kraftkomponente vorzusehen. Die Magnetkraft M muss also betragsmäßig mindestens so groß sein wie die Summe aus der Betätigungskraft B und der Schaltreserve S.
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In der 2 sind die Kraft-Wegekennlinien an einem erfindungsgemäßen Schaltgerät dargestellt, lediglich beispielhaft und exemplarisch, die angegebenen Zahlenwerte sind lediglich beispielhaft und exemplarisch zu verstehen und in keiner Weise abschließend oder beschränkend. In 2 sind die Kraft-Weg-Kennlinien eines Magnetsystems gemäß dem Stand der Technik (Bezugsziffer 20) und eines Magnetsystems gemäß der Erfindung (Bezugsziffer 21) den Kraft-Weg-Kennlinien der zur Betätigung des Schaltmechanismus erforderlichen Betätigungskraft (Bezugsziffer 22), der Kontaktkraft (Bezugsziffer 23), der Rückstellkraft (Bezugsziffer 24), der zum Auslösen eines angebauten Hilfsschalters benötigten Hilfskontaktkraft (Bezugsziffer 26) und der Kräftesumme aus Kontaktkraft, Rückstellkraft und Hilfskontaktkraft (Bezugsziffer 25) gegenübergestellt.
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Der Schaltzustand „Ein“, in dem der Anker komplett angezogen ist, liegt bei 0 mm Luftspalt, rechts auf der Abszisse in 2. Der Schaltzustand „Aus“ liegt bei 2,1 mm Luftspalt, links auf der Abszisse in 2. Die Ordinate gibt die jeweilige Kraft in N an. Der steile Anstieg der Kontaktkraft bei etwa 0,6 mm kennzeichnet das Schließen der Kontaktstellen. Die der Magnetkraft entgegen wirkende Kontaktkraft ist hier negiert dargestellt, damit ein besserer Vergleich möglich wird.
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Die Kraft-Weg-Kennlinie 20 eines Magnetsystems gemäß dem Stand der Technik steigt während des Anzugsvorgangs des Ankers näherungsweise exponentiell an. Im angezogenen Zustand, bei Luftspalt 0 mm, ist sie mit ungefähr 11,5 N deutlich größer, als erforderlich, um die Summe aus Kontaktkraft, Rückstellkraft und ggf. noch Hilfskontaktkraft aufzubringen. Bei einem Schaltgerät gemäß der Erfindung kann das Kontaktsystem mit einer Betätigungskraft angetrieben werden, die kleiner ist als die zu erzeugende Kontaktkraft. In 2 wird das an der Kraft-Weg-Kennlinie 22 der Betätigungskraft exemplarisch und schematisch deutlich. Während des Ankeranzugs gibt es etwa zwischen 1,5 mm und 0,7 mm einen Wege-Bereich, in dem die Betätigungskraft ansteigt, um den Schaltmechanismus zu aktivieren. Das Schaltgerät hat hier einen mittels der Betätigungskraft zu betätigenden und mit der Kontaktstelle gekoppelten Schaltmechanismus, der die Kontaktkraft generiert. Bereits während der Montage des Gerätes wird dabei eine eingeprägte Kraft, erzeugt, deren Angriffspunkt dann während der Betätigung verschoben oder verdreht wird. Die Betätigungskraft muss nun nur noch die zum Verschieben des Angriffspunktes der eingeprägten Kraft erforderliche Kraft aufbringen, hier in 2 erfolgt das exemplarisch und beispielhaft in dem Bereich zwischen 1,5 mm und 0,7 mm, mit einer Betätigungskraft von ungefähr 3,5 N. Ab 0,7 mm übernimmt die eingeprägte Kraft das weitere Schließen der Kontaktstelle. Die Betätigungskraft geht auf einen niedrigen Wert von ungefähr 0,7 N zurück, der etwa demjenigen zu Beginn des Schließvorgangs entspricht. Gleichzeitig steigt die Kontaktkraft auf ihren Endwert von ungefähr 5,5 N an. Die Kontaktkraft wird nun aber nicht mehr von der Betätigungskraft erzeugt, sondern von der eingeprägten Kraft. Nimmt man eine Schaltreserve von ungefähr 2,8 N an, so ergibt sich, dass die Magnetkraft eines Magnetsystems gemäß dem Stand der Technik mit ungefähr 11,5 N um ungefähr 8 N höher ist, als erforderlich um die Betätigungskraft plus Schaltreserve im geschlossenen Zustand aufzubringen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Magnetkraft-Weg-Kennlinie 21 des Magnetsystems an die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie 22 angepasst. Die angepasste Magnetkraft-Weg-Kennlinie 21 ist hier lediglich exemplarisch und schematisch dargestellt. Auch die angepasste Magnetkraft-Weg-Kennlinie 21 muss immer oberhalb der Betätigungskraft-Weg-Kennlinie 22 verlaufen, um immer genug Kraft zur Betätigung bereitstellen zu können. Im ersten Bereich während des Ankeranzugs, etwa im Bereich zwischen 2,1 mm und 0,85 mm, verläuft sie demnach ebenfalls ungefähr exponentiell und in etwa angeglichen an die Magnetkraft-Weg-Kennlinie 20 gemäß Stand der Technik. Im Bereich zwischen ungefähr 0,85 mm und 0,7 mm, in dem die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie 22 abfällt, folgt die Magnetkraft-Weg-Kennlinie 21 dem Verlauf der Betätigungskraft-Weg-Kennlinie 22 und fällt ebenfalls ab, wobei sie immer noch oberhalb der Betätigungskraft-Weg-Kennlinie 22 bleibt. Im letzten Bereich des Ankeranzugs, zwischen etwa 0,7 mm und 0 mm, steigt sie wieder leicht exponentiell an und erreicht bei geschlossenem Anker einen Endwert, der nur wenig über dem Wert liegt, der der Summe aus der Betätigungskraft und der Schaltreserve im geschlossenen Zustand liegt, hier im Beispiel bei etwa 4,5 N und damit ungefähr 7 N weniger als bei einer Magnetkraft-Weg-Kennlinie 20 gemäß dem Stand der Technik. Ein solches Magnetaktor-System mit einer solcherart angepassten Magnetkraft-Weg-Kennlinie 21 kann viel kleiner und damit platzsparender und leistungsärmer ausgeführt werden als ein Magnetaktor-System gemäß dem Stand der Technik.
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Lediglich beispielhaft und exemplarisch soll nun eine Möglichkeit beschrieben werden, wie die Magnetkraft-Weg-Kennlinie des elektromagnetischen Aktors an die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie des Schaltmechanismus angepasst werden kann, und zwar am Beispiel eines Klappankersystems.
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3 zeigt schematisch die wesentlichen Bestandteile eines Klappanker-Systems 30, wie es dem Grundsatz nach im Prinzip bekannt ist. Ein Klappanker-System 30 umfasst einen Kern 32 mit der Spule 33, ein Joch 31 und den Klappanker 34. Das Joch 31 hat einen Joch-Boden 35, mit dem der Kern verbunden ist, und einen Joch-Schenkel 36, dessen freies Ende abgeschrägt ist, wobei die Schräge in Richtung auf den Kern 32 hin ansteigt. Die dem Kern zugewandte Kante der Schräge liegt damit bezogen auf den Joch-Boden höher als die dem Kern 32 abgewandte Kante der Schräge.
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3 zeigt das Klappanker-System im geöffneten Zustand. Der Klappanker 34 ist von dem Kern 32 weg geklappt. Der Drehpunkt D1 des Klappankers befindet sich an der dem Kern 32 abgewandte Kante der Schräge. Zwischen dem Klappanker 34 und dem kern 32 befindet sich ein als Arbeitsluftspalt bezeichneter Luftspalt 37. Zwischen dem Klappanker 34 nahe dem Drehpunkt D1 und dem freien Ende des Joch-Schenkels 36 befindet sich ein zweiter, als Zusatzluftspalt bezeichneter Luftspalt 38, dessen Länge kleiner ist als die Länge des Arbeitsluftspaltes 37, dessen Fläche allerdings deutlich kleiner ist als die Fläche des Arbeitsluftspalts 37.
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Wenn durch die Spule ein Strom fließt, so entsteht im Arbeitsluftspalt 37 eine Anzugskraft K1 auf den Anker 34. Im Zusatzluftspalt 38 entsteht eine Zusatzkraft K2 auf den Anker. Aufgrund der Lage des Drehpunktes D1 an der dem Kern 32 abgewandten Kante der Schräge wirkt die Zusatzkraft K2 verstärkend zu der Anzugskraft K1. In der 2 liegt daher in dem ersten Bereich des Ankeranzugs, bis ungefähr 0,8 mm, die schematisch dargestellte Magnetkraft-Weg-Kennlinie 21 ein wenig oberhalb der Magnetkraft-Weg-Kennlinie 20.
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Nachdem der Klappanker beim Anzug einen kleinen Winkelbereich in Richtung auf den Kern zu gedreht ist, liegt er kurzzeitig parallel auf der Schräge auf. In der exemplarischen und schematischen Darstellung der Kraft-Weg-Kennlinien in 2 ist das ungefähr bei 0,8 mm der Fall. Beim weiteren Verdrehen auf den Kern zu verlagert sich der Drehpunkt des Klappankers 34 auf den Drehpunkt D2 an der dem Kern zugewandten Kante der Schräge, siehe 4. Die Zusatzkraft K2 wirkt nun der Anzugskraft K1 entgegen. Daher sinkt die Magnetkraft-Weg Kennlinie 21 in der schematischen Darstellung nach 2 ab etwa 0,8 mm bis 0,7 mm zunächst ab. Die Magnetkraft ist hier deutlich reduziert gegenüber einem Klappankersystem gemäß dem Stand der Technik, Kurve 20 in 2.
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Bei weiterem Verdrehen in Schließrichtung wird der Zusatzluftspalt 38 größer, die Zusatzkraft K2 daher wieder kleiner. Gleichzeitig wird der Arbeitsluftspalt 37 immer kleiner und die Anzugskraft K1 immer größer. Die Summe aus beiden steigt damit bei weiterer Verdrehung in Richtung der Schließstellung weder leicht an, wie in der schematischen Darstellung der 2 im Bereich zwischen 0,7 mm und 0 mm angedeutet.
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Die Anpassung der Magnetkraft-Weg-Kennlinie des elektromagnetischen Aktors an die Betätigungskraft-Weg-Kennlinie des Schaltmechanismus ist somit durch eine Verlagerung des Drehpunktes des Ankers auf dem Joch während der Drehbewegung des Ankers erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schütz
- 2
- Kontaktsystem
- 3, 3'
- Feststehendes Kontaktstück
- 4, 4'
- Bewegliches Kontaktstück
- 5
- Festkontaktträger
- 6, 6'
- Kontaktstelle
- 7
- Kern
- 8
- Anker
- 9
- Spulenwicklung
- 10
- Magnetischer Aktor, Magnetaktor
- 11
- Schaltmechanismus, Schaltmechanik
- 12, 12'
- Spulenanschluss
- 13
- Kontaktbahn
- 14, 14'
- Anschlussstelle
- 15
- Beweglicher Kontaktträger, Kontaktbrücke
- 16
- Rückstellelement, Rückstellfeder
- 17
- Wirkverbindungslinie
- 18
- Wirkverbindungslinie
- 20
- Kraft-Weg-Kennlinie eines Magnetsystems gemäß Stand der Technik
- 21
- Kraft-Weg-Kennlinie eines Magnetsystems gemäß der Erfindung
- 22
- Kraft-Weg-Kennlinie der Betätigungskraft
- 23
- Kraft-Weg-Kennlinie der Kontaktkraft
- 24
- Kraft-Weg-Kennlinie der Rückstellkraft
- 25
- Kraft-Weg-Kennlinie der Summe aus Kontaktkraft, Rückstellkraft und Hilfskontaktkraft
- 26
- Kraft-Weg-Kennlinie der Hilfskontaktkraft
- 30
- Klappankersystem
- 31
- Joch
- 32
- Kern
- 33
- Spule
- 34
- Klappanker
- 35
- Joch-Boden
- 36
- Joch-Schenkel
- 37
- Arbeitsluftspalt
- 38
- Zusatzluftspalt
- K1
- Anzugskraft
- K2
- Zusatzkraft
- B
- Betätigungskraft
- M
- Magnetkraft
- R
- Rückstellkraft
- K
- Kontaktkraft
- S
- Schaltreserve, Mindestreservekraft
