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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen magnetischen Betätiger
gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 2 und betrifft einen Betätiger
zum Ansteuern eines Leistungsschalters, der in einem elektrischen
Kraftübertragungs- und Verteilungssystem
verwendet wird, insbesondere einen magnetischen Betätiger, der
mit Permanentmagneten und elektromagnetischen Spulen versehen ist.
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19 zeigt
eine schematische Darstellung zur allgemeinen Erläuterung
einer Konstruktion eines herkömmlichen
elektrischen Leistungsschaltersystems
500, von dem ein
Beispiel in der europäischen Patentveröffentlichung
mit der Nr.
EP 0 721
650 B1 dargestellt ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beinhaltet das Leistungsschaltersystem 500 einen magnetischen
Betätiger 100,
einen Leistungsschalter 200, der zum Öffnen und Schließen von
Schalterkontakten 210 mit dem magnetischen Betätiger 100 verbunden
ist, sowie Federn 300 und 301, die jeweils an der
Oberseite und der Unterseite des magnetischen Betätigers 100 vorgesehen
sind. Diese Federn 300, 301 unterstützen die
Arbeit des Leistungsschalters 200, wenn der magnetische
Betätiger 100 den
Leistungsschalter 200 zum Öffnen und Schließen seiner Kontakte 210 veranlaßt.
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18 zeigt
die Hauptkomponenten des magnetischen Betätigers 100 der 19. Wie in der Zeichnung
dargestellt ist, beinhaltet der magnetische Betätiger 100 ein Joch 250,
das aus ferromagnetischen Laminierungen aufgebaut ist, von denen
jede durch Ausstanzen von magnetischem Stahlblech zur Bildung eines
linken Jochbereichs 201, eines rechten Jochbereichs 202,
eines oberen Jochbereichs 203 sowie eines unteren Jochbereichs 204 gebildet
ist.
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Der magnetische Betätiger 100 beinhaltet ferner
Permanentmagneten 205, einen Anker 206, der innerhalb
des Jochs 250 über
eine bestimmte Hubstrecke bzw. Bewegungsstrecke beweglich ausgebildet
ist, sowie eine erste und eine zweite Spule 207, 208.
Die Permanentmagneten 205 sind an massiven inneren Jochen 201b und 202b angebracht,
die an Polbereichen 201a und 202a vorgesehen sind,
die von dem linken Jochbereich 201 bzw. dem rechten Jochbereich 202 nach
innen ragen. Die bei dem magnetischen Betätiger 100 verwendete
erste und zweite Spule 207, 208 weisen gleiche
magnetomotorische Kraft (MMK) (AT) auf.
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Der Anker 206 ist mit einer
Betätigungsstange 209 verbunden,
die sich durch den oberen und den unteren Jochbereich 203, 204 hindurch
erstreckt und mit dem Leistungsschalter 200 verbunden ist. Zwischen
dem Anker 206 und den Permanentmagneten 205 sind
Luftspalte g vorhanden. Es ist zu erkennen, daß 18 ein Beispiel darstellt, bei dem der
Leistungsschalter 200 im Gegensatz zu dem in 19 gezeigten Beispiel oberhalb
von dem magnetischen Betätiger 100 vorgesehen
ist.
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Es sei nun angenommen, daß der Anker 206 zur
Zeit in einer ersten Position 203a angrenzend an den oberen
Jochbereich 203 gehalten ist, und zwar durch ein von den
Permanentmagneten 205 erzeugtes Magnetfeld. Wenn die zweite
Spule 208 in einer derartigen Weise erregt bzw. aktiviert
wird, daß sie ein
Magnetfeld mit der gleichen Polarität wie das von den Permanentmagneten 205 erzeugte
Magnetfeld erzeugt, wird eine von den Permanentmagneten 205 auf
den Anker 206 ausgeübte
Haltekraft aufgehoben, und infolgedessen bewegt sich der Anker 206 um den
Betrag, der der vorstehend genannten bestimmten Hubstrecke entspricht,
nach unten zu dem unteren Jochbereich 204.
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Wenn dann die zweite Spule 208 deaktiviert wird,
wird der Anker 206 durch das von den Permanentmagneten 205 erzeugte
Magnetfeld nun in einer zweiten Position 204a angrenzend
an den unteren Jochbereich 204 gehalten. Hierbei handelt
es sich bei der genannten bestimmten Hubstrecke des Ankers 206 um
einen Betrag, der zum Beispiel zum Unterbrechen der Kontakte 210 des
Leistungsschalters 200 erforderlich ist.
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In dem in 18 dargestellten Beispiel ist der Anker 206 in
der zweiten Position 204a angrenzend an den unteren Jochbereich 204 gehalten,
so daß ein
Luftspalt G zwischen dem Anker 206 und dem oberen Jochbereich 203 gebildet
wird. Die in
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19 dargestellte
Feder 301 unterstützt das Öffnen der
Kontakte 210 des Leistungsschalters 200 über die
Betätigungsstange 203,
wenn sich der Anker 206 als Ergebnis der Erregung der zweiten Spule 208 zu
bewegen beginnt. Andererseits unterstützt die Feder 300 das
Schließen
der Kontakte 210 des Leistungsschalters 200, wenn
sich die Kontakte 210 aus einer geöffneten Position, wie sie in 19 dargestellt ist, schließen.
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Bei Aktivierung der ersten Spule 207 bewegt sich
der Anker 206 in Richtung auf den oberen Jochbereich 203 und
veranlaßt
die Kontakte 210 zum Schließen, und er wird in der ersten
Position 203a angrenzend an den oberen Jochbereich 203 gehalten.
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Das Arbeitsprinzip des Ankers 206 wird
nun unter Bezugnahme auf die 17A bis 17C erläutert. Diese Figuren zeigen
ebenfalls ein Beispiel, in dem der Leistungsschalter 200 im
Gegensatz zu dem in 19 dargestellten
Beispiel über
dem magnetischen Betätiger 100 vorgesehen
ist.
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(1) Die Kontakte 210 des
Leistungsschalters 200 befinden sich in 17A in einer geschlossenen Position,
in der der Anker 206 in der ersten Position 203a angrenzend
an den oberen Jochbereich 203 gehalten ist und weder die
erste Spule 207 noch die zweite Spule 208 aktiviert
ist. Die Buchstaben "N" in der Zeichnung
bezeichnen Nordpole, die durch die Permanentmagneten 205 auf
Oberflächen
des Ankers 206 gebildet werden, und die Buchstaben "S" bezeichnen Südpole, die von den Permanentmagneten 205 auf
Oberflächen
der in 18 gezeigten
Polbereiche 201a, 202a gebildet werden.
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Unter diesen Bedingungen erzeugen
die Permanentmagneten 205 Magnetflüsse ΦPM
1 und ΦPM2, die durch Magnetkreise L1 bzw. L2 fließen. Da der
Magnetkreis L1 einen niedrigeren magnetischen Widerstand als der
Magnetkreis L2 aufweist, ist der Magnetfluß ΦPM1 viel
größer als
der Magnetfluß ΦPM2 (ΦPM1 >> ΦPM2),
so daß eine
magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 206 und
dem oberen Jochbereich 203 auftritt. Diese magnetische
Anziehungskraft wird ausgedrückt
als F = Φ2/S/μo
= Bg2S/μo,
wobei Bg die Flußdichte
in dem Luftspalt G ist und S die einander zugewandt gegenüberliegende Fläche des
oberen Jochbereichs 203 und des Ankers 206 ist.
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(2) Wenn die zweite Spule 208 in
diesem Zustand aktiviert wird, werden Magnetflüsse ΦSpule2-1 und ΦSpule2-2 erzeugt, wie dies in 17B gezeigt ist. Diese Magnetflüsse ΦSpule2-1, ΦSpule2-2 werden
mit den von den Permanentmagneten 205 erzeugten Magnetflüssen ΦPM1, ΦPM2 kombiniert. Wenn eine Beziehung erfüllt wird,
die ausgedrückt
wird als ΦPM2 + ΦSpule2-1 > ΦPM1 – ΦSpule2-2, tritt eine Kraft auf, die den Anker 206 in
Richtung auf den unteren Jochbereich 204 zieht.
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(3) Wenn sich der Anker 206 von
dem oberen Jochbereich 203 weg bewegt, wird die Summe der
Magnetflüsse ΦPM2 + ΦSpule2-1 viel größer als die Summe der Magnetflüsse ΦPM
1 – ΦSpule2-2 (ΦPM2 + ΦSpule2-1 >> ΦPM1 – ΦSpule2-2), so daß der Anker 206 dazu
veranlaßt
wird, sich um den Betrag der vorstehend genannten bestimmten Hubstrecke
zu bewegen und somit die zweite Position 204a angrenzend an
den unteren Jochbereich 204 erreicht, wie dies in 17C dargestellt ist.
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(4) Wenn die zweite Spule 208 an
diesem Punkt deaktiviert wird, wird der Magnetfluß ΦPM1 viel geringer als der Magnetfluß ΦPM2(ΦPM
1 << ΦPM2), so daß der Anker 206 in
der zweiten Position 204a angrenzend an den unteren Jochbereich 204 gehalten wird,
wie dies in 17C gezeigt
ist.
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Wenn sich der Anker 206 um
den Betrag der vorstehend genannten bestimmten Hubstrecke innerhalb
des Jochs 250 bewegt, wie dies vorstehend erläutert ist,
wird ein in einem elektrischen Kraftübertragungs- und Verteilungssystem
fließender
Strom durch das Öffnen
der Kontakte 210 des Leistungsschalters 200 unterbrochen,
der mit der Betätigungsstange 209 gekoppelt
ist, die direkt mit dem Anker 206 verbunden ist.
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Zum Zurückbringen der Kontakte 210 aus der
in 17C gezeigten offenen
Position in die in 17A gezeigte
geschlossene Position wird die erste Spule 207 aktiviert,
so daß sich
der Anker 206 nach oben in die ersten Position 203a angrenzend
an den oberen Jochbereich 203 bewegt, und zwar nach dem
gleichen Arbeitsprinzip, wie dieses vorstehend beschrieben worden
ist. Die erste Spule 207 wird an diesem Punkt deaktiviert,
und der Anker 206 wird durch den von den Permanentmagneten 205 erzeugten
Magnetfluß ΦPM1 in der ersten Position 203a gehalten,
so daß die
Kontakte 210 des Leistungsschalters 200 geschlossen
werden und ein Strom in normaler Weise fließt.
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Bei dem magnetischen Betätiger 100,
der in dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Leistungsschaltersystem 500 verwendet
wird, sind die Permanentmagneten 205 zum Halten des Ankers 206 in
der ersten oder in der zweiten Position 203a, 204a an
den Polbereichen 201a und 202a über die massiven
inneren Joche 201b bzw. 202b angebracht. Bei dieser
Konstruktion sind die Permanentmagneten 205 in den Magnetkreisen
L1 und L2 vorhanden, die von der ersten und der zweiten Spule 207, 208 zum
Betätigen
des Ankers 206 gebildet werden, und aus diesem Grund treten
Wirbelströme
in den Permanentmagneten 205 und den inneren Jochen 201b, 202b auf,
wenn eine aktivierende Stromversorgung (nicht gezeigt) eingeschaltet
und ausgeschaltet wird.
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Diese Wirbelströme führen zu einem derartigen Problem,
daß sie
nicht nur eine Beeinträchtigung der
Ansprecheigenschaften des magnetischen Betätigers 100 verursachen,
sondern auch zu einer Erhöhung
der Größe und Kostensteigerung
der vorstehend genannten aktivierenden Stromversorgung führen.
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In Anbetracht des Vorstehenden besteht
ein Hauptziel der Erfindung in der Minimierung des Auftretens von
Wirbelströmen
durch Vorsehen von Permanentmagneten in anderen Magnetkreisen als
Magnetkreisen zum Ansteuern eines Ankers.
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Ein spezielleres Ziel der Erfindung
besteht in der Angabe eines magnetischen Betätigers, der von einer kompakten
und kostengünstigen
Stromversorgung angesteuert wird, wobei ein erstes Joch einen Teil
eines Ankerbetätigungs-Magnetkreises
bildet, der durch Aktivieren einer Spule erzeugt wird, und zweite
Joche Teil eines Ankerhalte-Magnetkreises bilden, der durch Permanentmagneten
erzeugt wird, um auf diese Weise verbesserte Ansprecheigenschaften
zu erzielen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht
in der Erzielung von verbesserten Steuereigenschaften eines magnetischen
Betätigers
durch Erzeugen von unterschiedlichen Magnetspalten zwischen einem Joch
und einem im Inneren des Jochs vorhandenen Anker in der geöffneten
Position und der geschlossenen Position von Leistungsschalterkontakten.
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Noch ein weiteres Ziel der vorstehenden
Erfindung besteht in der Reduzierung des Gewichts und der Kosten
des magnetischen Betätigers
durch kleineres Ausbilden der Querschnittsfläche eines unteren Jochbereichs
als der eines oberen Jochbereichs sowie Differenzierung der an der
ersten und der zweiten Spule erzeugten magnetomotorischen Kräfte.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
beinhaltet ein magnetischer Betätiger
ein erstes Joch, das aus einer Anordnung von laminierten Metallblechen gebildet
ist, ein Paar von zweiten Jochen, die an dem ersten Joch angebracht
sind, an den zweiten Jochen angebrachte Permanentmagneten, einen
im Inneren des ersten Jochs vorgesehenen Anker, eine in das erste
Joch gepaßte
erste Spule sowie eine in das erste Joch gepaßte zweite Spule.
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Der Anker ist in einer hin- und hergehenden Bewegung über eine
bestimmte Hubstrecke zwischen einer ersten Position und einer zweiten
Position entlang einer ersten Richtung im Inneren des ersten Jochs
beweglich. Der Anker bildet erste Magnetkreise für von der ersten oder der zweiten
Spule erzeugte Magnetflüsse
zusammen mit dem ersten Joch und bewegt sich bei Aktivierung der
ersten oder der zweiten Spule in Richtung auf die erste oder die zweite
Position.
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Die Permanentmagneten befinden sich
in zweiten Magnetkreisen mit von den Permanentmagneten erzeugten
Magnetflüssen,
wobei die zweiten Magnetkreise durch die Permanentmagneten, das erste
Joch, die zweiten Joche und den Anker verlaufen. Der Anker wird
durch die von den Permanentmagneten erzeugten Magnetflüsse in der
ersten oder der zweiten Position gehalten.
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Bei dem auf diese Weise ausgebildeten
magnetischen Betätiger
bildet das erste Joch Bestandteil der ersten Magnetkreise, durch
die die entweder von der ersten oder der zweiten Spule erzeugten
Magnetflüsse
fließen,
während
die an den zweiten Jochen angebrachten Permanentmagneten Bestandteil der
zweiten Magnetkreise bilden, durch die die von den Permanentmagneten
erzeugten Magnetflüsse fließen. Diese
Konstruktion ermöglicht
die Schaffung eines magnetischen Betätigers mit verbesserten Ansprecheigenschaften.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung und Weiterbildung der
Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen
mehrerer Ausführungsbeispiele noch
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B teilweise auseinandergezogene
Perspektivansichten eines magnetischen Betätigers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht des magnetischen Betätigers des ersten Ausführungsbeispiels;
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3A und 3B schematische Schnittansichten
zur allgemeinen Erläuterung
einer Joch- und Ankeranordnung des magnetischen Betätigers des
ersten Ausführungsbeispiels;
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4 eine
Perspektivansicht eines Ankers des magnetischen Betätigers des
ersten Ausführungsbeispiels;
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5A und 5B schematische Darstellungen zur
Erläuterung
eines magnetischen Betätigers
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei ein magnetischer Betätiger zum Einsatz kommt, der
auch in einer Variation des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
verwendet wird;
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6A bis 6C schematische Darstellungen zur
Erläuterung
der Konstruktion des Ankers gemäß der Variation
des ersten Ausführungsbeispiels
der 5A und 5B;
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7A und 7B schematische Schnittdarstellungen
zur Erläuterung
eines magnetischen Betätigers
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8A bis 8C schematische Darstellungen zur
Erläuterung
des Arbeitsprinzips der magnetischen Betätiger gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung;
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9 eine
teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht des magnetischen
Betätigers
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10A bis 10F Perspektivansichten von zweiten
Jochen, die bei dem magnetischen Betätiger des dritten Ausführungsbeispiels
verwendbar sind;
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11 eine
teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht des magnetischen
Betätigers
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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12 eine
Perspektivansicht des magnetischen Betätigers des vierten Ausführungsbeispiels;
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13 eine
Perspektivansicht des magnetischen Betätigers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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14 eine
Perspektivansicht des magnetischen Betätigers gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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15 eine
schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Joch- und Ankeranordnung
des magnetischen Betätigers
des sechsten Ausführungsbeispiels;
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16A bis 16C schematische Darstellungen
zur Erläuterung
des Arbeitsprinzips des magnetischen Betätigers des sechsten Ausführungsbeispiels;
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17A bis 17C schematische Darstellungen
zur Erläuterung
des Arbeitsprinzips eines herkömmlichen
magnetischen Betätigers;
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18 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
von Hauptkomponenten des herkömmlichen
magnetischen Betätigers;
und
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19 eine
schematische Darstellung zur allgemeinen Erläuterung der Konstruktion eines
herkömmlichen
Leistungsschaltersystems.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Ein magnetischer Betätiger 100 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1A und 1B bis 6A und 6B sowie 8A bis 8C beschrieben.
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Die 1A und 1B zeigen eine teilweise auseinandergezogene
Perspektivansicht des magnetischen Betätigers 100, 2 zeigt eine Perspektivansicht
des magnetischen Betätigers 100,
und die 3A und 3B zeigen Schnittdarstellungen
zur allgemeinen Erläuterung
einer Joch- und Ankeranordnung.
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Unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen beinhaltet
der magnetische Betätiger 100 ein
erstes Joch 1, das gebildet ist aus einem oberen Jochbereich 1a,
einem unteren Jochbereich 1b sowie seitlichen Jochbereichen 1c,
einen Anker 2, eine erste Spule 3, eine zweite
Spule 4, ein Paar zweite Joche 5, ein Paar Permanentmagneten 6 sowie
einen linken und einen rechten Pol 7.
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Die Bezugszeichen 8 und 9 bezeichnen
eine erste bzw. eine zweite Position des Ankers 2. Das Bezugszeichen 209 bezeichnet
eine Stange, die sich durch den oberen und den unteren Jochbereich 1a, 1b hindurch
erstreckt und unten mit dem Anker 2 verbunden ist und oben
mit einem der Kontakte 210 eines Leistungsschalters 200 verbunden
ist.
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Das erste Joch 1 ist aus
ferromagnetischen Laminierungen aufgebaut, die jeweils durch Ausstanzen
von dünnem
magnetischem Stahlblech derart gebildet sind, daß der obere Jochbereich 1a,
der untere Jochbereich 1b, die seitlichen Jochbereiche 1c sowie
die Pole in Form einer einstöckigen
Konstruktion ausgebildet sind.
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Die erste Position 8 des
Ankers 2 befindet sich an der unteren Oberfläche des
oberen Jochbereichs 1a, mit der der Anker 2 in
direktem Kontakt gehalten ist, während
sich die zweite Position 9 des Ankers 2 geringfügig oberhalb
der oberen Oberfläche des
unteren Jochbereichs 1b befindet.
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Der Anker 2 ist im Inneren
des ersten Jochs 1 derart vorgesehen, daß sich der
Anker 2 über
eine bestimmte Hubstrecke entlang einer ersten Richtung bzw. der
vertikalen Richtung in Bezug auf 1A nach
oben und unten bewegen kann. Die erste und die zweite Spule 3, 4 sind
ebenfalls im Inneren des ersten Jochs 1 vorgesehen. Die
beiden zweiten Joche 5 sind entlang einer zu der ersten
Richtung rechtwinkligen, zweiten Richtung angebracht, wobei sich die
seitlichen Jochbereiche 1c zwischen diesen befinden.
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Der Anker 2 ist aus Laminierungen
aus dünnem
magnetischem Stahl oder dünnen
Stahlblechen aufgebaut und ist mit der Betätigungsstange 209 verbunden,
die mit dem Leistungsschalter 200 gekoppelt ist. Zwischen
dem Anker 2 und den Polen 7 sind Luftspalte g
ausgebildet. Die beiden zweiten Joche 5 sind aus massiven
Stahlplatten mit rechteckiger Formgebung in der Seitenansicht gebildet
und mittels Bolzen oder anderen nicht dargestellten Befestigungseinrichtungen
an den seitlichen Jochbereichen 1c angebracht.
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Die Permanentmagneten 6 sind
an den jeweiligen zweiten Jochen in der Mitte von deren Länge angebracht.
In dem in dem magnetischen Betätiger 100 eingebauten
Zustand sind die einzelnen Permanentmagneten 6 dem Anker 2 über die
gleichen Luftspalte g hinweg, wie diese vorstehend erwähnt wurden,
einander zugewandt gegenüberliegend
angeordnet.
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3A zeigt
einen Zustand, in dem der Anker 2 durch die an den zweiten
Jochen 5 angebrachten Permanentmagneten 6 in der
ersten Position 8 angrenzend an den oberen Jochbereich 1a gehalten ist.
In diesem Zustand sind die Kontakte 210 des Leistungsschalters 200 geschlossen. 3B dagegen zeigt einen Zustand,
in dem der Anker 2 in der zweiten Position 9 angrenzend
an den unteren Jochbereich 1b gehalten ist und die Kontakte 210 des Leistungsschalters 200 geöffnet sind.
Es ist ein erster Luftspalt G1 zwischen der oberen Oberfläche des Ankers 2 und
dem oberen Jochbereich 1a (der ersten Position 8)
in 3B gebildet, während ein
zweiter Luftspalt G2 zwischen der unteren Oberfläche des Ankers 2 und
dem unteren Jochbereich 1b in 3A gebildet ist.
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Im folgenden wird beschrieben, wie
das erste Joch 1 und die zweiten Joche 5 Magnetkreise
bilden. Wenn die erste Spule 3 oder die zweite Spule 4 durch eine
nicht gezeigte aktivierende Stromversorgung aktiviert wird, erzeugen
sie Magnetflüsse,
die durch erste Magnetkreise hindurchgehen, die durch das Innere
des ersten Jochs 1 und den Anker 2 hindurch gebildet
sind. Diese Magnetflüsse
entsprechen den Magnetflüssen ΦSpule2-1, ΦSpule2-2 der 17B, wie dies in der vorausgehenden
Beschreibung des einschlägigen
Standes der Technik beschrieben worden ist.
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Die durch die ersten Magnetkreise
hindurch fließenden
Magnetflüsse
veranlassen den Anker 2 zur Ausführung einer nach oben und unten
gehenden Bewegung entlang der genannten ersten (vertikalen) Richtung
des ersten Jochs 1. Beim Umschalten des Leistungsschalters 2 von
einer geschlossenen Position der Kontakte 210, wie dies
in 3A dargestellt ist,
in eine geöffnete
Position der Kontakte 210, wie dies in 3B dargestellt ist, wird die zweite Spule 4 zum
Erzeugen von Magnetflüssen ΦSpule2-1, ΦSpule2-2 aktiviert,
wie dies in 8B gezeigt
ist.
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Infolgedessen wird der Anker 2 zur
Ausführung
einer Bewegung von der ersten Position 8 angrenzend an
den oberen Jochbereich 1a nach unten in die zweite Position 9 angrenzend
an den unteren Jochbereich 1b um den Betrag der genannten
bestimmten Hubstrecke veranlaßt,
der gleich G2 – t
entspricht, wie dies in 3A dargestellt
ist.
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Beim Umschalten des Leistungsschalters 200 von
der in 3B gezeigten
geöffneten
Position der Kontakte 210 in die in 3A gezeigte geschlossene Position der
Kontakte 210 dagegen wird die erste Spule 3 aktiviert,
um den Anker 2 nach oben zu bewegen. Das erste Joch 1 bildet
Bestandteil von magnetischen Wegen, durch die die von der jeweils
aktivierten ersten Spule 3 oder zweiten Spule 4 erzeugten
Magnetflüsse
in der vorstehend erläuterten
Weise fließen.
Das erste Joch 1 ist daher aus Laminierungen aus dünnen magnetischen
Stahlblechen gebildet, um Wirbelströme zu vermindern, die in dem ersten
Joch 1 als Ergebnis der Aktivierung bzw. Erregung der ersten
oder zweiten Spule 3, 4 auftreten könnten.
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Der Anker 2, der ebenfalls
Bestandteil der magnetischen Wege bildet, ist aus dem gleichen Grund
aus Laminierungen aus dünnen
magnetischen Stahlblechen gebildet. Diese dünnen magnetischen Stahlbleche
sind durch Befestigungsbolzen 11 fest zusammengebunden,
wobei Stahl-Endplatten 10 an beiden Enden der Laminierungen
plaziert sind, wie dies in 4 gezeigt
ist.
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Bei jeder ersten und der zweiten
Spule 3, 4 kann es sich um eine Spulenanordnung
handeln, die aus einem Satz von mehreren Spulen gebildet ist, oder
die erste und die zweite Spule 3, 4 können zusammen
durch einen Satz von mehre ren Spulen gebildet sein, die zum Betätigen des
Ankers 2 erforderlich sind und zur Erzeugung der gewünschten
Steuereigenschaften des magnetischen Betätigers 100 ausgebildet
sind. Zum Beispiel kann eine dritte Spule, die die Funktion der
ersten Spule 3 erfüllt,
an einer Stelle vorgesehen sein, an der die zweite Spule 4 vorgesehen
ist.
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Die zweiten Joche 5 sind
entlang der zweiten Richtung rechtwinklig zu der ersten Richtung
orientiert, wie dies in 1A dargestellt
ist. Durch die Permanentmagneten 6 erzeugte Magnetflüsse fließen durch
zweite Magnetkreise, die aus dem jeweiligen zweiten Joch 5 gebildet
sind, durch den seitlichen Jochbereich 1c, den oberen oder
den unteren Jochbereich 1a, 1b, den Anker 2,
den Permanentmagneten 6 sowie zurück zu dem zweiten Joch 5.
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Somit bilden die zweiten Joche 5 des
ersten Ausführungsbeispiels
ebenso wie die der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele 2 bis 6 Bestandteile
der zweiten Magnetkreise, durch die die von den Permanentmagneten 6 erzeugten
Magnetflüsse
fließen.
Die zweiten Joche 5 bilden jedoch nicht Bestandteile der
ersten Magnetkreise, durch die die von der ersten oder der zweiten
Spule 3, 4 erzeugten Magnetflüsse fließen. Der Grund hierfür besteht
darin, daß sich
die Permanentmagneten 6 in den zweiten Magnetkreisen befinden,
die durch das erste Joch 1, die zweiten Joche 5 und
den Anker 2 gebildet sind, sich jedoch nicht in den ersten
Magnetkreisen befinden, wie dies in den 1A, 9 und 10 dargestellt ist.
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Obwohl die zweiten Joche 5 in
der vorstehend genannten Weise aus massiven Stahlplatten gebildet
sind, sind diese somit nicht notwendigerweise auf diese Konstruktion
begrenzt, sondern sie können
in der in 1B dargestellten
Weise unter Berücksichtigung
des Herstellungsverfahrens und der Herstellungskosten aus Laminierungen
aus dünnem magnetischem
Stahl oder dünnen
Stahlblechen gebildet sein.
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Obwohl das erste Joch 1 und
der Anker 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Laminierungen
aus dünnen
magnetischen Stahlblechen aufgebaut sind, können sie ferner auch aus Laminierungen
von dünnen
Stahlblechen gebildet sein. Obwohl ein Paar zweiter Joche 5 bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
vorhanden ist, ist die Anzahl der zweiten Joche 5 nicht
notwendigerweise auf zwei begrenzt, sondern es kann auch nur ein
einziges zweites Joch 5 auf einer Seite des ersten Jochs 1 vorgesehen
sein.
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Im folgenden wird die Konstruktion
des Ankers 2 ausführlich
erläutert.
Wie in 4 gezeigt ist, sind
die beiden Endbereiche 2b des Ankers 2, die in der
vorstehend genannten ersten Richtung angeordnet sind, oder die Endflächen des
Ankers 2, die in der ersten Position 8 und der
zweiten Position 9 durch das erste Joch 1 begrenzt
sind, in der Seitenansicht in Form einer trapezförmigen Gestalt ausgebildet.
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Dies bedeutet, daß die Querschnittsfläche des
Ankers 2 rechtwinklig zu der ersten Richtung an den Endbereichen 2b,
durch die die Magnetflüsse hindurchfließen, kleiner
ist als der andere (mittlere) Bereich 2a des Ankers 2.
Diese Konstruktion ermöglicht
eine Optimierung der von der ersten und der zweiten Spule 3, 4 auf
den Anker 2 ausgeübten
magnetischen Anziehungskräfte
zwischen der ersten und der zweiten Position 8, 9,
so daß eine
Verbesserung der Steuereigenschaften des magnetischen Betätigers 100 ermöglicht wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Endbereiche 2b des
in 4 gezeigten Ankers 2 zwar
trapezförmig
ausgebildet sind, die Endbereiche 2b jedoch nicht auf diese
Formgebung begrenzt sind, sondern zum Beispiel auch eine vertiefte
oder vorstehende Querschnittsgestalt aufweisen können. Wesentlich für die Formgebung
der Endfläche 2b des
Ankers 2 ist, daß die
Querschnittsfläche
der Endbereiche 2b, durch die die Magnetflüsse fließen, kleiner
sein sollte als der mittlere Bereich 2a des Ankers 2.
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Obwohl die Stahl-Endplatten 10 an
beiden Enden des Ankers 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
in der in 4 dargestellten
Weise vorgesehen sind, können
auch drei solcher Stahlplatten an den beiden Enden sowie in der
Mitte des Ankers 2 vorgesehen sein.
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Im folgenden wird ein Anker 2c gemäß einer Variation
des ersten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die 5A und 5B sowie 6A bis 6C beschrieben.
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Es ist eine Öffnung 10b in jeder
Endplatte 10a durch Ausstanzen eines bestimmten Teils ihrer Gesamtfläche gebildet,
wie dies in 5A gezeigt ist.
Ein magne tischer Betätiger 100 gemäß dieser
Variation des ersten Ausführungsbeispiels,
der den Anker 2c der 5A und 5B verwendet, wird im folgenden
unter Bezugnahme auf das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
Ein Grund für
die Ausbildung derartiger Öffnungen 10b in
den Endplatten 10a ist folgender.
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Wenn der Anker 2c in der
zweiten Position 9 gehalten wird (offene Kontaktposition),
ist eine geringe Haltekraft erforderlich. Die zwischen dem Permanentmagneten 6 und
dem Anker 2c gebildeten Spalte, wenn dieser in der zweiten
Position 9 gehalten ist, sind somit vergrößert, so
daß die
von dem Permanentmagneten 6 gebildeten Magnetflüsse zu dem Anker 2c vermindert
sind und dadurch die Steuereigenschaften des magnetischen Betätigers 100 verbessert
sind.
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Die Öffnung 10b ist daher
dort ausgebildet, wo sie sich am nähesten bei den Permanentmagneten 6 befindet,
wenn der Anker 2c in der zweiten Position 9 gehalten
ist, und die Größe der Öffnung 10b ist
im allgemeinen gleich der gegenüberliegenden Oberfläche jedes
Permanentmagneten 6.
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Die Konstruktion des Ankers 2c wird
nun unter Bezugnahme auf die 6A bis 6C ausführlich beschrieben.
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6A zeigt
eine Schnittdarstellung des Ankers 2c, 6B zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 6A, und 6C zeigt
eine schematische Darstellung zur Erläuterung, wie noch zu beschreibende
Laminierungen 2d des Ankers 2c, die Vertiefungen 2e aufweisen,
zusammengestapelt werden.
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Der Anker 2c beinhaltet
einen quaderförmigen
Kern 16, der feststehend auf die Betätigungsstange 209 geschraubt
ist, einen laminierten Block 2f, der aus den vorstehend
genannten Laminierungen 2d aufgebaut ist, die jeweils aus
einem Paar allgemein C-förmiger
Bleche gebildet sind, die an dem Kern 16 angebracht sind,
sowie die vorstehend genannten Endplatten 10a zum Zusammenbinden
des laminierten Blocks 2f.
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Die Vertiefung 2e ist in
jedem Blech der Laminierungen 2d gebildet, und beim Zusammenstapeln
der Laminierungen 2d werden die Vertiefungen 2e ineinandergepaßt, um die
einzelnen Laminierungen 2d mit hoher Genauigkeit auszufluchten
und eine Verlagerung der Laminierungen 2d zu verhindern, wenn
irgendeine externe Kraft auf den laminierten Block 2f aufgebracht
wird.
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Wie in 6B dargestellt
ist, sind Randflächen 10c jeder
Endplatte 10a geringfügig
innerhalb von Endflächen 2g des
laminierten Blocks 2f angeordnet. Die auf diese Weise angeordneten
Randflächen 10c der
Endplatten 10a dienen zum Vermindern von Spannungen, die
an den Rändern
der Laminierungen 2d auftreten könnten.
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Das Arbeitsprinzip des magnetischen
Betätigers 100 wird
nun unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C erläutert, obwohl es sich dabei
im wesentlichen um das gleiche handelt, wie dies vorstehend in Verbindung
mit der Technologie des Standes der Technik erläutert worden ist.
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(1) Die Kontakte 210 des
Leistungsschalters 200 befinden sich in 8A in einer geschlossenen Position, in
der der Anker 2 in der ersten Position 8 angrenzend
an den oberen Jochbereich 1a des ersten Jochs 1 gehalten
ist und weder die erste Spule 3 noch die zweite Spule 4 aktiviert
ist. Unter diesen Bedingungen erzeugen die Permanentmagneten 6 Magnetflüsse ΦPM1 und ΦPM2, die durch die Magnetkreise L1 bzw. L2
hindurchfließen.
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Da der zweite Magnetspalt G2 in dem
Magnetkreis L2 vorhanden ist, wie dies in 3A gezeigt ist, ist der Magnetfluß ΦPM1 durch den Magnetkreis L1 mit geringerem
magnetischem Widerstand viel größer als
der Magnetfluß ΦPM2 durch den Magnetkreis L2 mit einem größeren magnetischen
Widerstand (ΦPM1 >> ΦPM2).
Infolgedessen tritt zwischen dem Anker 2 und dem ersten
Joch 1 eine Anziehungskraft auf. Diese magnetische Anziehungskraft
läßt sich durch
die gleiche Gleichung ausdrücken,
wie diese in der Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik angegeben
ist.
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(2) Wenn die zweite Spule 4 derart
erregt wird, daß sie
ein Magnetfeld mit der gleichen Polarität wie das von den Permanentmagneten 6 erzeugte Magnetfeld
erzeugt, werden Magnetflüsse ΦSpule2-1 und ΦSpule2-2 erzeugt,
wie dies in 8B dargestellt ist.
Diese Magnetflüsse ΦSpule2-1, ΦSpule2-2 werden
mit den von den Permanentmagneten 6 erzeugten Magnetflüssen ΦPM1, ΦPM2 kombiniert. Wenn eine Beziehung erfüllt wird,
die ausgedrückt
wird durch ΦPM2 + ΦSpule2-1 ΦPM1 – ΦSpule2-2, tritt eine Kraft auf, die den Anker 2 in
Richtung in die zweite Position 9 angrenzend an den unteren
Jochbereich 1b des ersten Jochs 1 zieht.
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(3) Wenn sich der Anker 2 von
der ersten Position 8 angrenzend an den oberen Jochbereich 1a des
ersten Jochs 1 weg bewegt, wird die Summe der Magnetflüsse ΦPM2 + ΦSpule2-1 viel größer als die Summe der Magnetflüsse ΦPM1 – ΦSpule2-2 (ΦPM2 + ΦSpule2-1 >> ΦPM1 – ΦSpule2-2), so daß der Anker 2 zur
Ausführung
einer Bewegung um den Betrag der vorstehend genannten bestimmten
Hubstrecke veranlaßt
wird und die zweite Position 9 angrenzend an den unteren Jochbereich 1b des
ersten Jochs 1 erreicht, wie dies in 8B dargestellt ist.
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(4) Wenn die zweite Spule 4 an
diesem Punkt deaktiviert wird, wird der Anker 2 in der
zweiten Position 9 angrenzend an den unteren Jochbereich 1b des
ersten Jochs 1 gehalten, wie dies in 8C dargestellt ist.
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(5) Zum Zurückbringen des Ankers 2 aus
der in 8C gezeigten
Position in die in 8A gezeigten
Position wird die erste Spule 3 aktiviert, um den Anker 2 zur
Ausführung
einer Bewegung um den Betrag entsprechend der bestimmten Hubstrecke
zu veranlassen.
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Die Kontakte 210 des Leistungsschalters 200,
der mit dem Anker 2 verbunden ist, werden bei der Bewegung
des Ankers 2 nach oben und nach unten innerhalb des ersten
Jochs 1 in der vorstehend genannten Weise geöffnet und
geschlossen, so daß ein
Strom in einem elektrischen Stromübertragungs- und Verteilungssystem
unterbrochen wird und zum Fließen
gebracht wird.
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Im folgenden werden der erste und
der zweite Spalt G1, G2, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwischen dem ersten Joch 1 und dem Anker 2 gebildet
werden, ausführlicher
beschrieben.
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Bei dem ersten Luftspalt G1 handelt
es sich um die Distanz zwischen dem Anker 2 und dem oberen
Jochbereich 1a des ersten Jochs 1, wie dies in 3B gezeigt ist, und bei
dem zweiten Luftspalt G2 handelt es sich um die Distanz zwischen
dem Anker 2 und dem unteren Jochbereich 1b des
ersten Jochs 1, wie dies in 3A gezeigt
ist. Ein in 3A dargestellter
Luftspalt G2 – t
ist die Distanz zwischen dem Anker 2 und einem Abstandshalter 13 zum
Beispiel aus Aluminium, nicht rostendem Stahl oder Kupfer, der an
dem unteren Jochbereich 1b vorgesehen ist.
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Zum Zweck der Erläuterung werden in der vorliegenden
Beschreibung der erste und der zweite Spalt G1, G2 als Magnetspalte
bezeichnet, und der Luftspalt G2-t wird als mechanischer Luftspalt
bezeichnet. Der zweite Luftspalt G2 ist größer als der erste Luftspalt
G1 (G2 > G1) und G2
= G1 + t. Die vorstehend genannte spezielle Hubstrecke des Ankers 2 nimmt
den Wert G2 – t
an, der gleich G1 beträgt.
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Wie im folgenden unter Bezugnahme
auf die 5A und 5B erläutert wird, kann G1 gleich
G2 gemacht werden (G1 = G2), wenn eine Kraft zum Halten des Leistungsschalters 200 in
seiner offenen Kontaktposition reduziert werden kann, indem man
die Magnetflüsse über andere
Wege austreten läßt als eine
Kontaktfläche
des Ankers 2 (2c) oder wenn die Kraft zum Halten
des Leistungsschalters 200 in seiner geöffneten Kontaktposition reduziert
werden kann, indem die vertikale Dicke W1 des oberen Jochbereichs 1a größer ausgebildet
wird als die vertikale Dicke W2 des unteren Jochbereichs 1b.
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Der erste Luftspalt G1 ist in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ungleich zu dem zweiten Luftspalt G2 ausgebildet, da die vorstehend
genannte Kraft zum Halten des Ankers 2 (2c) in
seiner geöffneten
Kontaktposition bemerkenswert niedriger sein kann als eine Kraft
zum Halten des Ankers 2 (2c) in seiner geschlossenen
Kontaktposition, und somit ist die Kraft zum Halten des Ankers 2 (2c)
in der oberen, ersten Position zum Halten der Kontakte 210 in
ihrem geschlossenen Zustand verschieden von der Kraft zum Halten
des Ankers 2 (2c) in der unteren zweiten Position 9 zum
Halten der Kontakte 210 in ihrem geöffneten Zustand.
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Da es lediglich notwendig ist, ein
unbeabsichtigtes Kippen des Ankers 2 (2c) in die
geschlossene Kontaktposition beispielsweise im Fall von Erdbeben
zu verhindern, kann die Kraft zum Halten des Ankers 2 (2c)
in der geöffneten
Kontaktposition ausreichend geringer sein als die Kraft zum Halten
des Ankers 2 (2c) in der geschlossenen Kontaktposition.
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Es ist möglich, die Ankerhaltekräfte zu optimieren
und dadurch eine Verbesserung der Steuereigenschaften des magnetischen
Betätigers 200 zu
erzielen, indem der Betrag des ersten oder des zweiten Spalts G1,
G2 geeignet festgelegt wird, so daß die Permanentmagneten 6 Magnetflüsse erzeugen,
die zum Halten des Ankers 2 (2c) in der Position
gemäß dem geöffneten
und dem geschlossenen Zustand der Kontakte 210 des magnetischen
Betätigers 100 geeignet
sind.
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Obwohl bei dem ersten Ausführungsbeispiel G2 > G1 gilt, ist die Erfindung
nicht darauf begrenzt. In Abhängigkeit
von der positionsmäßigen Beziehung
zwischen dem magnetischen Betätiger 100 und dem
Leistungsschalter 200 kann ein Abstandshalter 13 aus
einem nicht-magnetischen Material an dem oberen Jochbereich 1a vorgesehen
sein.
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Auch kann die Dicke W1 des oberen
Jochbereichs 1a gleich der Dicke W2 des unteren Jochbereichs 1b ausgebildet
sein (W1 = W2), wenn die Kraft zum Halten des Leistungsschalters 200 in
seiner geöffneten
Kontaktposition reduziert werden kann, indem die Magnetflüsse über andere
Wege austreten können
als die Kontaktfläche
des Ankers 2 (2c), oder wenn die Kraft zum Halten
des Leistungsschalters 200 in seiner geöffneten Kontaktposition reduziert werden
kann, indem der erste Luftspalt G1 größer ausgebildet wird als der
zweite Luftspalt G2, wie dies im folgenden unter Bezugnahme auf
die 5A und 5B noch erläutert wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Ein magnetischer Betätiger 100 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5A und 5B sowie 7A und 7B erläutert.
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5A zeigt
eine im Schnitt dargestellte Frontansicht des magnetischen Betätigers 100,
und 5B zeigt eine Seitenansicht
von diesem. Die zweiten Joche 5 sind in 5A teilweise weggeschnitten.
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Unter Bezugnahme auf die 5A beinhaltet der magnetische
Betätiger 100 ein
erstes Joch 1, das gebildet ist aus einem oberen Jochbereich 1a,
einem unteren Jochbereich 1b und seitlichen Jochbereichen 1c,
einen Anker 2c, eine erste Spule 3a, eine zweite
Spule 4a, ein Paar Endplatten 10a, in denen Öffnungen 10b ausgebildet
sind, eine Feder 12, die zwischen dem oberen Jochbereich 1a und
dem Anker 2c vorgesehen ist, sowie eine Stellschraube 15, die
in einem der zweiten Joche 5 vorgesehen ist. Wie bereits
unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel erwähnt worden
ist, bezeichnet W1 die vertikale Dicke des oberen Jochbereichs 1a,
und W2 bezeichnet die vertikale Dicke des unteren Jochbereichs 1b.
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Wie vorstehend erwähnt worden
ist, kann die zum Halten der Kontakte 210 des Leistungsschalters 200 in
der geöffneten
Position erforderliche Kraft ausreichend niedriger sein als die
zum Halten derselben in der geschlossenen Position erforderliche
Kraft. Somit kann die Flußdichte
eines durch den unteren Jochbereich 1b erzeugten Magnetfeldes
geringer sein, wenn der Anker 2c in der zweiten Position 9 angrenzend
an den unteren Jochbereich 1b gehalten ist, als wenn der
Anker 2c in der ersten Position 8 angrenzend an
den oberen Jochbereich 1a gehalten ist. Dies bedeutet,
daß die
Dicke W2 des unteren Jochbereichs 1b des ersten Jochs,
gemessen in der vorstehend genannten ersten Richtung, kleiner ausgeführt sein
kann als die Dicke W1 des oberen Jochbereichs 1a.
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Gemäß der Erfindung können die
Ankerhaltekräfte
durch Reduzieren der Dicke W2 des unteren Jochbereichs 1b in
dieser Weise eingestellt werden, so daß eine Reduzierung des Gewichts
des magnetischen Betätigers 100 ermöglicht wird.
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Da die zwischen dem oberen Jochbereich 1a und
dem Anker 2c vorgesehene Feder 12 den Anker 2c bei
seiner Bewegung von der ersten Position 8 in die zweite
Position 9 unterstützt,
kann die von der zweiten Spule 4a erzeugte magnetomotorische
Kraft (AT) kleiner gemacht werden als die von der ersten Spule 3a erzeugte.
Es ist daher möglich,
die Querschnittsfläche
und Größe der zweiten
Spule 4a, die Gesamtgröße und das
Gewicht des magnetischen Betätigers 100 sowie
die Kapazität
einer nicht gezeigten Stromversorgung zu reduzieren.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
können
Aussparungen 1d in dem oberen Jochbereich 1a und
dem unteren Jochbereich 1b des ersten Jochs 1 ausgebildet
sein, wie dies in 7A gezeigt
ist, um Oberflächenbereiche
des oberen Jochbereichs 1a und des unteren Jochbereichs 1b,
die in direkten Kontakt mit dem Anker 2c gelangen, durch
dazwischen teilweise erzeugte Luftspalte einzustellen.
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Diese Aussparungen 1d in
dem oberen Jochbereich 1a und dem unteren Jochbereich 1b des ersten
Jochs 1 dienen zum Regulieren der Ankerhaltekräfte. Bei
einer weiteren Alternative können
Vorsprünge 1d an
dem oberen Jochbereich 1a und dem unteren Jochbereich 1b des
ersten Jochs 1 ausgebildet sein, wie dies in 7B gezeigt ist, um die Ankerhaltekräfte in ähnlicher
Weise zu regulieren.
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Ferner kann ein zusätzlicher
Spalt zwischen dem ersten Joch 1 und einem der zweiten
Joche 5 gebildet werden, indem die in dem einen zweiten Joch 5 vorge sehene
Stellschraube 15 betätigt
wird, wie dies in 5B dargestellt
ist. Dies vergrößert den Luftspalt
zwischen dem Anker 2c und dem an dem zweiten Joch 5 angebrachten
Permanentmagneten 6, so daß es möglich wird, zusätzlichen
dünnen
magnetischen Stahl oder zusätzliche
dünne Stahlbleche (nicht
gezeigt) in den auf diese Weise gebildeten zusätzlichen Spalt einzufügen. Diese
Anordnung macht den Luftspalt zwischen dem Anker 2c und
dem Permanentmagneten 6 variabel, so daß eine Einstellung der Ankerhaltekräfte ermöglicht ist.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Obwohl jedes der zweiten Joche 5 bei
dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
in Form eines länglichen
Quaders ausgebildet ist, verwendet ein magnetischer Betätiger 100 gemäß dem nachfolgend
erläuterten
dritten Ausführungsbeispiel
E-förmige
zweite Joche 5a mit jeweils drei nach innen ragenden Bereichen,
wie dies in 9 gezeigt
ist.
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Ein Permanentmagnet 6a ist
an dem zentralen vorstehenden Bereich jedes zweiten Jochs 5a in der
dargestellten Weise angebracht. Beim Einbau in den magnetischen
Betätiger 100 sind
die Permanentmagneten 6a an den einzelnen zweiten Jochen 5a dem
Anker 2 flächig
gegenüberliegend
angeordnet, wobei dazwischen Luftspalte g gebildet sind.
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Die beiden zweiten Joche 5a sind
an den seitlichen Jochbereichen 1c des ersten Jochs 1 durch
Bolzen oder andere Befestigungseinrichtungen angebracht, wobei diese
nicht dargestellt sind. Die zweiten Joche 5a können aus
massiven Stahlplatten oder Laminierungen aus dünnem magnetischem Stahl oder
dünnen
Stahlblechen gebildet sein.
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Alternativ hierzu können zwei
Permanentmagneten 6a an den äußeren Enden der äußeren vorstehenden
Bereiche jedes zweiten Jochs 5a angebracht sein, wie dies
in 10a dargestellt ist, oder sie können, obwohl
dies nicht dargestellt ist, an Bereichen von Innenflächen des
ersten Jochs 1 angebracht sein, die äußersten Enden der beiden vorstehenden
Bereiche jedes zweiten Jochs 5a zugewandt gegenüberliegen.
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In weiterer alternativer Weise können zwei Permanentmagneten 6a an
den Basen der äußeren vorstehenden
Bereiche jedes zweiten Jochs 5a plaziert werden, wie dies
in 10B dargestellt ist,
oder an der Basis des zentralen vorstehenden Bereichs jedes zweiten
Jochs 5a plaziert werden, wie dies in 10C gezeigt ist.
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In noch weiter alternativer Weise
können zwei
Permanentmagneten 6a in der in 10D oder 10F dargestellten
Weise positioniert werden, oder ein einzelner Permanentmagnet 6c kann
in der in 10E dargestellten
Weise plaziert werden.
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Bei den in den 9 und 10A bis 10F dargestellten Konstruktionen
sind ein oder zwei Permanentmagnete 6a an Endflächen von
Elementen positioniert, die Bestandteil von zweiten Magnetkreisen sind,
die durch jedes zweite Joch 5a hindurch gehen, oder sind
durch derartige Elemente sandwichartig eingeschlossen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sollten die Permanentmagneten 6a in
den zweiten Magnetkreisen liegen, die durch die zweiten Joche 5a und
den Anker 2 gebildet werden, und nicht in den ersten Magnetkreisen,
die durch das erste Joch 1 und den Anker 2 gebildet
werden, indem die erste oder der zweite Spule 3, 4 aktiviert
werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Während
bei den magnetischen Betätigern 100 des
ersten bis dritten Ausführungsbeispiels
die beiden zweiten Joche 5 (5a) entlang der genannten zweiten
Richtung orientiert sind, sind bei einem magnetischen Betätiger 100 gemäß dem nachfolgend
beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel
E-förmige zweite
Joche 5b entlang der genannten ersten (vertikalen) Richtung
positioniert und mittels Bolzen oder anderen Befestigungseinrichtungen
(nicht gezeigt) an einem oberen Jochbereich 1a und einem
unteren Jochbereich 1b eines ersten Jochs 1 festgelegt.
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11 zeigt
eine teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht des magnetischen
Betätigers 100 des
vierten Ausführungsbeispiels,
und 12 zeigt eine Perspektivansicht
des magnetischen Betätigers 100.
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Ein Permanentmagnet 6b ist
an einem zentralen vorstehenden Bereich jedes zweiten Jochs 5b angebracht.
Wenn die zweiten Joche 5b an dem ersten Joch 1 angebracht
sind, sind ihre Permanentmagnete 6b einem Anker 2 über Luftspalte
g hinweg zugewandt gegenüberliegend
angeordnet. Es ist darauf hinzuweisen, daß die zweiten Joche 5b nicht
unbedingt auf die in 11 dargestellte
Konstruktion begrenzt sind, sondern auch so konfiguriert sein können, wie
dies in den 10A bis 10F gezeigt ist.
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Die zweiten Joche 5b können aus
massiven Stahlplatten oder Laminierungen aus dünnem magnetischem Stahl oder
dünnen
Stahlblechen gebildet sein. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Paar von zweiten Jochen 5b vorgesehen ist, ist die
Anzahl der zweiten Joche 5b nicht notwendigerweise auf
zwei begrenzt, sondern es kann auch nur ein einziges zweites Joch 5b auf
einer Seite des ersten Jochs 1 vorgesehen sein.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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13 zeigt
eine Perspektivansicht eines magnetischen Betätigers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem zweite Joche 5c C-förmig ausgebildet sind und entlang
der genannten ersten (vertikalen) Richtung eines ersten Jochs 1 orientiert
sind.
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Die zweiten Joche 5c sind
derart positioniert, daß sie
eine erste Spule 3 innerhalb ihrer C-Form halten, wie dies
in 13 gezeigt ist, wobei
ein oberer vorstehender Teil jedes zweiten Jochs 5c an
einem oberen Jochbereich 1a des ersten Jochs 1 angebracht
ist.
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Ein Permanentmagnet 6c ist
an einem unteren vorstehenden Teil jedes zweiten Jochs 5c angebracht
und derart positioniert, daß er
einem Anker 2 in der dargestellten Weise flächig gegenüberliegt.
Alternativ hierzu kann der Permanentmagnet 6c in der in 10E dargestellten Weise
plaziert sein.
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Wie bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen
können
die zweiten Joche 5c aus massiven Stahlplatten oder Laminierungen
aus dünnem magnetischem
Stahl oder dünnen
Stahlblechen gebildet sein. Während
bei dem in 13 gezeigten Beispiel
die zweiten Joche 5c an dem oberen Jochbereich 1a angebracht
sind, können
sie auch an einem unteren Jochbereich 1b des ersten Jochs 1 angebracht
sein.
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Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Paar von zweiten Jochen 5c vorhanden ist, ist die Anzahl
der zweiten Joche 5c nicht notwendigerweise auf zwei begrenzt,
sondern es kann auch nur ein einzelnes zweites Joch 5c auf
einer Seite des ersten Jochs 1 vorgesehen sein.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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14 zeigt
eine Perspektivansicht eines magnetischen Betätigers 100 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, der nur mit einer einzelnen Erregerspule 3a in
einem ersten Joch 1 ausgestattet ist. Wie in 15 gezeigt ist, ist eine
Feder 12 in einer ersten Position 8 zwischen einem
oberen Jochbereich 1a des ersten Jochs 1 und einem Anker 2 vorgesehen.
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Die Arbeitsweise des magnetischen
Betätigers 100 wird
nun unter Bezugnahme auf die 14, 15 und 16A bis 16C beschrieben. 15 zeigt einen der 16C entsprechenden Zustand,
in dem sich die Kontakte 210 eines Leistungsschalters 200 in
einer geöffneten
Position befinden. In diesem Zustand ist der Anker 2 durch
von den in 14 gezeigten Permanentmagneten 6c erzeugte
Magnetflüsse ΦPM1 in einer zweiten Position 9 angrenzend
an einen unteren Jochbereich 1b des ersten Jochs 1 gehalten.
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Zum Umschalten des Leistungsschalters 200 von
der geöffneten
Position der Kontakte 210 in eine geschlossene Kontaktposition
wird die Spule 3a in umgekehrter Richtung erregt, so daß Magnetfelder erzeugt
werden, die in Richtungen entgegengesetzt zu in 16B dargestellten Pfeilen orientiert
sind. Somit vermindert sich die Summe der magnetischen Anziehungskräfte, die
durch von der Spule 3a erzeugte Magnetflüsse ΦSpule2-1 sowie durch von den Permanentmagneten 6c erzeugte
Magnetflüsse ΦPM1 ausgeübt
werden, und der Anker 2 wird dazu veranlaßt, sich über eine
bestimmte Hubstrecke von der zweiten Position 9 in die
erste Position 8 zu bewegen.
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Beim Umschalten des Leistungsschalters 200 von
der geschlossenen Kontaktposition in 16A in
die geöffnete
Kontaktposition der 16C durch
Bewegen des Ankers 2 nach unten wird die Erregerspule 3a zum
Erzeugen von Magnetflüssen ΦSpule1-1 aktiviert. Die Magnetflüsse ΦSpule1-1 sollten gerade ausreichend groß sein,
um die von den Permanentmagneten 6c erzeugten Magnetflüsse ΦPM1 zum Halten des Ankers 2 in der
ersten Position 8 angrenzend an den oberen Jochbereich 1a aufzuheben.
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Wenn die durch die Magnetflüsse ΦPM1 ausgeübte
Anziehungskraft in dieser Weise aufgehoben wird, veranlaßt die zwischen
dem oberen Jochbereich 1a und dem Anker 2 vorgesehene
Feder 12 den Anker 2 zur Ausführung einer Bewegung nach unten in
Richtung auf die zweite Position 9 angrenzend an den unteren
Jochbereich 1b.
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Die vorstehende Konstruktion des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
ermöglicht
eine Verminderung der magnetomotorischen Kraft zum Erregen der Spule 3a,
so daß sich
der magnetische Betätiger 100 kompakt
ausbilden läßt und sich
die Kapazität
einer Spulenerregungs-Stromversorgung reduzieren läßt.
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Während
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zweite Joche 5c an dem oberen Jochbereich 1a in
der in 14 dargestellten
Weise angebracht sind, können
diese in einer Variation auch an dem unteren Jochbereich 1b angebracht
sein. Obwohl die Feder 12 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwischen dem oberen Jochbereich 1a und dem Anker 2 vorgesehen
ist, kann die Feder 12 auch zwischen dem unteren Jochbereich 1b und
dem Anker 2 vorgesehen sein, und zwar in Abhängigkeit von
dem Kräftegleichgewicht
zwischen Unterstützungsfedern 300 und 301 eines
Leistungsschaltersystems 500 (vgl. 19).
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Ferner braucht die Feder 12 nicht
unbedingt zwischen dem oberen Jochbereich 1a oder dem unteren
Jochbereich 1b und dem Anker 2 vorgesehen zu sein,
sondern sie kann außerhalb
des ersten Jochs 1 vorgesehen sein, wenn sie dazu ausgebildet ist,
eine Kraft zum Bewegen des Ankers 2 in der genannten ersten
Richtung auszuüben.
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Alternativ hierzu kann anstelle der
Feder 12 ein pneumatisch betätigter Mechanismus oder ein elastisches
Element beispielsweise aus Gummi verwendet werden. Obwohl bei dem
sechsten Ausführungsbeispiel
die zweiten Joche 5c C-förmig ausgebildet sind und entlang
der ersten (vertikalen) Richtung des ersten Jochs 1 orientiert
sind, können
diese auch quaderförmig
oder E-förmig
ausgebildet sein und entlang der genannten zweiten (horizontalen) Richtung
orientiert sein.
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Obwohl der magnetische Betätiger 100 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
mit der einzelnen Erregerspule 3a versehen ist, können auch
eine erste und eine zweite Spule 3, 4 vorgesehen
sein, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist,
oder es können
mehr als zwei Erregerspulen vorgesehen sein.
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Während
die magnetischen Betätiger 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung bisher in Bezug auf spezielle Beispiele beschrieben worden
sind, die zum Betätigen
des Leistungsschalters 200 des Leistungsschaltersystems 500 zum
Schließen
und Öffnen
eines elektrischen Stromkreises verwendet werden, ist die Erfindung
nicht auf diese Anwendung beschränkt.
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Die magnetischen Betätiger 100 der
vorliegenden Erfindung können
bei verschiedenen Arten von Gerätschaften
verwendet werden, bei denen hin- und hergehende Bewegungen stattfinden,
wie zum Beispiel Vorrichtungen zum Öffnen und Schließen von
Ventilen in einer Flüssigkeits-
oder Gastransportleitung oder zum Öffnen und Schließen von
Türen. Gemäß der Erfindung
ist es nicht absolut notwendig, die Federn 300 und 301 vorzusehen,
die bei der in 19 gezeigten
herkömmlichen
Anordnung verwendet werden, so daß sich das Leistungsschaltersystem 500 kompakt
ausbilden läßt.