DE19709089A1 - Permanentmagnetischer Antrieb für einen Schalter - Google Patents
Permanentmagnetischer Antrieb für einen SchalterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen permanentmagnetischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise aus der DE 43 04 921 C bekannt geworden.
Bei dieser Anordnung ist das Joch oder der Kern durch zwei U-förmige Jochhälften
gebildet, in denen der Anker längsverschieblich geführt ist. Der Anker gemäß der
DE 43 04 921 C ist lamelliert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen permanentmagnetischen Antrieb der eingangs ge
nannten Art weiter zu verbessern, so daß bei verbessertem Wirkungsgrad die Herstel
lung des Antriebes vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1.
Im Gegensatz zu der Entgegenhaltung DE 43 04 921 C ist der Anker erfindungsgemäß
aus massivem Material hergestellt; zur Vermeidung von Wirbelströmen erhält er
Schlitze, die in Bewegungsrichtung verlaufen und insbesondere bei quaderförmigem
Anker sowohl auf der Breitseite als auch auf der Schmallängsseite senkrecht zur jewei
ligen Fläche in das Material hinein eingebracht sind. Dabei ist es aus magnetischen
Gründen vorteilhaft, die Schlitze möglichst schmal auszuführen.
Aus Stabilitätsgründen könnten diese Schlitze auch mit isolierendem Material ausge
füllt sein.
Die Schlitze können nun in die Stirnflächen einmünden oder auch vor den Stirnflächen
enden. Dies kann wechselweise erfolgen und es besteht auch die Möglichkeit, daß
wenigstens einer der Schlitze in eine Stirnfläche einmündet und vor der anderen Stirn
fläche endet.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann den Merkmalen des An
spruches 8 entnommen werden.
Danach kann durch eine geeignete Ausgestaltung der Breite des Abstandshalters zwi
schen den Jochschenkelenden die Anzugskraft optimiert werden.
Wenn der Anker dadurch geführt wird, daß an den sich gegenüberliegenden Stirnsei
ten des Ankers Bolzen angeordnet sind, die durch die Abstandshalter hindurchgeführt
werden, dann kann in vorteilhafter Ausführungsform nach Anspruch 9 der Abstandshal
ter im Bereich der Bohrung eine Verbreiterung aufweisen, wobei in jede Bohrung je ein
Lagerbuchsenteil eingesetzt werden kann, das an die als Ankerführungsstangen die
nenden Bolzen angepaßt ist.
Wenn nun der Abstandshalter eine Verbreiterung aufweist, dann müssen die Jochble
che, die senkrecht gegen den Abstandshalter anstoßen, im Bereich der Verbreiterung
andere Schenkelabmessungen aufweisen; um dies zu verhindern, können in den Stu
fungsbereichen, die zwischen den freien Enden der Abstandshalter und den Verbreite
rungen vorhanden sind, Füllstücke eingesetzt werden, die dann, wenn der Abstands
halter aus unmagnetischem Werkstoff besteht, aus ferromagnetischem Material her
stellt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schenkelenden der Jochbleche alle
gleich lang sind, so daß eine einheitliche Jochblechform verwendet werden kann.
Eine weitere Möglichkeit der Optimierung der Anzugskraft besteht darin, die Ankerflä
chen in den den Jochen benachbarten Endbereichen zu verändern, in dem gemäß An
spruch 13 eine stufige Verengung oder gemäß Anspruch 14 eine stufige Verbreiterung
vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Übergangsfläche zwischen den Jochblechen
zu dem Anker nach Bedarf variiert werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der Anzugskraft besteht darin, einen ferro
magnetischen Abstandshalter mit einer stufigen Verengung oder Verbreiterung zu ver
wenden.
Die Jochbleche bestehen gemäß bevorzugter Ausführungsform aus einem Eisen mit
geringem Siliziumgehalt. Dadurch steigt die Sättigungspolarisation an und der gleiche
Jochquerschnitt ist für höhere Haltekräfte nutzbar. Ummagnetisierungsverluste, die im
allgemeinen durch hohen Siliziumgehalt reduziert werden, sind hierbei von geringer
Bedeutung, da sie bereits durch die geblechte Ausführung des Joches hinreichend re
duziert sind.
Oben ist dargestellt, daß die Jochbleche aus je zwei U-förmig gestanzten Joch
blechabschnitten zusammengesetzt sind, die mit den freien Schenkelenden ggf. unter
Zwischenfügung des Zwischenstückes gegeneinander gesetzt sind.
Es besteht auch die Möglichkeit, jedes Jochblech ringförmig geschlossen aus einem
einzigen Blechteil herzustellen, wodurch die Zwischenstücke wegfallen. Die Bolzen
bzw. die Ankerführungsstangen sind dann in Lagerbuchsen geführt, die direkt in die
Querstege, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers verlaufen, eingesetzt
sind. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Bleche geschichtet, miteinander vor
zugsweise im Bereich der Querstege verschweißt, und danach werden die Bohrungen
eingebracht, in die die Lagerbuchsen eingesetzt werden. Die Verschweißung der ein
zelnen Bleche hat dann so zu erfolgen, daß eine Bohrung eingebracht werden kann,
ohne daß sich die Bleche gegeneinander verschieben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprü
chen zu entnehmen.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse
rungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung,
teilweise geschnitten,
Fig. 2 eine Ansicht gemäß Pfeilrichtung II der Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ankers,
Fig. 4 und 5 zwei Ansichten eines Zwischenstückes,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Übergangsflächen von Joch zu
Anker,
Fig. 7 und 8 eine Teilansicht zweier unterschiedlicher Ausführungsformen des
Zwischenstückes mit sich gegenüberliegenden Jochschenkeln
Fig. 9 und 10 zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Ankerendbereiche, und
Fig. 11 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform des Joches.
Der permanentmagnetische Antrieb 10 gemäß Fig. 1 besitzt wie aus Fig. 2 ersichtlich
ist, ein Joch 11, das aus zwei Jochteilen 12 und 13 zusammengesetzt ist. Beide Joche
12 und 13 besitzen im wesentlichen eine U-Form mit einem Jochsteg 14 und zwei
Jochschenkeln 15 und 16; die Jochschenkel 15 und 16 der beiden sich gegenüberlie
genden Joche 12 und 13 sind gegeneinander gerichtet und unter Zwischenfügung ei
nes Zwischenstückes 17 und 18 gegeneinander gelegt. Mittig zwischen den Joch
schenken 15 und 16 besitzen die Joche 12 und 13 parallel zu den Schenkeln 15 und
16 verlaufende als Polschenkel dienende Vorsprünge 19 und 20. An den Stirnflächen
der Polschenkel 19 und 20 sind Permanentmagnete 21 und 22 angebracht und zwi
schen den Permanentmagneten 21 und 22 befindet sich ein Anker 23. Zwischen dem
Schenkel 15 und dem Polschenkel 19 bzw. 15 und 20 und dem Polschenkel 19 und
den Jochschenkeln 16 bzw. dem Polschenkel 20 und dem Jochschenkel 16 befindet
sich je eine Spule 24 und 25, mit denen der Anker in Doppelpfeilrichtung P bewegbar
ist.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Anker 23 aus zwei Ankerteilen 26 und 27 zu
sammengesetzt. Am Ankerteil 26 befinden sich eine erste Ankerführungsstange 28 und
am Ankerteil 27 eine zweite Ankerführungsstange 29, die durch Bohrungen 30 bzw. 31
in den Zwischenstücken 17 und 18 hindurchgreifen.
Die Wirkungsweise des Antriebes ist als solche bekannt, so daß sie nicht näher dar
gestellt werden muß.
Der Anker 23, der in Fig. 3 als aus einem Stück dargestellt gezeichnet ist, besitzt eine
obere Ankerführungsstange 28 und eine untere Ankerführungsstange 29. Er ist aus
einem quaderförmigen, massiven Material ausgebildet, das zur Vermeidung von Wir
belströmen mit Schlitzen 32 und 33 versehen ist. Die Schlitze 32 und 33 verlaufen
senkrecht von den Schmalseitenflächen 34 und 35 nach innen zur Mittelachse, die
durch die Ankerführungsstangen 28 und 29 definiert sind; die Schlitze 33 verlaufen
senkrecht zur Breitseite 36 und 37, wobei die Schlitze 32 die gesamte Ankerstrecke in
Bewegungsrichtung P durchgreifen, wogegen die Schlitze 33 in Abstand zu den Sei
tenflächen 38 und 39, an denen die Ankerführungsstangen 28 und 29 anschließen,
enden; die Schlitze 33 unterbrechen dann die Seitenflächen 38 und 39 nicht. Die
Schlitze 32 und 33 dienen zur Verringerung der Wirbelströme innerhalb des aus mas
sivem Material bestehenden Ankers.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei unterschiedliche Ansichten beispielsweise des Zwischen
stückes 17. Man erkennt, daß das Zwischenstück 17 in seiner Mitte eine Bohrung 40
aufweist, innerhalb der eine Lagerbuchse 41 eingesetzt ist, die zur Führung der
Ankerführungsstangen 28 und 29 dient. Das Zwischenstück 17 ist langgestreckt schmal
und besitzt im Bereich der Bohrung 40 beidseitig eine Verbreiterung 42 und 43.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, sind dadurch zwei unterschiedliche Arten von Jochble
chen 44 und 45 erforderlich. Diejenigen Jochbleche, die im Bereich der Verbreiterung
42 und 43 enden, sind kürzer auszubilden als die Jochbleche 44.
Um dies zu vermeiden, kann in den stufigen, verjüngten und schmaler ausgebildeten
Bereichen 46 und 47 jeweils eine Zwischenlage 48, 49, 50 und 51 eingesetzt sein, de
ren Dicke der Stufentiefe t entspricht, so daß dann die Länge der Jochschenkel 52
über die gesamte Länge oder Breite des Zwischenstückes 17 gleich sein kann. In die
sem Fall kann das Zwischenstück 17 aus unmagnetischem Material hergestellt sein;
dann sind die Zwischenstücke 48 bis 51 aus ferromagnetischem Material gebildet.
Mit dem Zwischenstück 17 kann noch folgendes erreicht werden, siehe Fig. 6. Wenn
das Zwischenstück 17 so schmal ausgebildet ist, daß die Jochschenkel 15 der beiden
Joche 11 und 13 nur einen geringen Abstand voneinander haben oder direkt gegen
einander liegen, dann ist die Berührungsfläche A zwischen den Jochschenkeln 15 und
dem Anker 23 groß; die Flußkonzentration ist dabei klein, so daß eine geringe
Halte- oder Anzugskraft erzeugt wird, gemäß der Formel:
F ∼ A×B2
mit
F = Haltekraft
A = Fläche
B = magnetischer Fluß.
F = Haltekraft
A = Fläche
B = magnetischer Fluß.
Wenn die Jochschenkelenden etwa dort enden, wo die strichlierte Linie 15' einge
zeichnet ist, dann ist die Flußkonzentration zu stark; der Gesamtfluß nimmt ab und B
kann wegen der Eisensättigung nicht viel größer werden. Die Fläche A jedoch ist sehr
klein.
Wenn das Zwischenstück 17 in geeigneter Weise bemessen ist, daß die Fläche A ei
nen mittleren Wert besitzt und die Flußkonzentration B dadurch recht groß wird, dann
kann auf diese Weise durch Veränderung der Fläche A unter Berücksichtigung von
Sättigungseffekten die Haltekraft optimiert werden. Je nach Auslegung des gesamten
magnetischen Antriebes kann es dabei vorkommen, daß die optimale Breite des Zwi
schenstückes schmaler ist als die erforderliche Breite für die Ankerführung. Zu diesem
Zweck sind dann die Verbreiterungen 42, 43, ggf. mit den Zwischenlagen 48 bis 51
notwendig.
Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Berührungs- oder Übergangsfläche A
dadurch zu optimieren, daß entweder der Anker 60 mit einer Stufung 61 und 62 verse
hen wird, so daß die Stirnfläche 63 des Ankers kleiner ist als die Querschnittsfläche
des übrigen Bereiches, oder es besteht die Möglichkeit, die Endbereiche des Ankers
70 mit Verbreiterungen 71 und 72 zu versehen, so daß die Stirnfläche 73 des Ankers
größer ist als der übrige Querschnitt.
Die Schlitze können ebenfalls in die Stirnflächen 38 und 39 offen sein; ebenso können
die Schlitze 32 in Abstand zu den Stirnflächen enden.
Das Zwischenstück 17 kann aus ferromagnetischem Material hergestellt sein.
Durch die stufige Verengung des Ankers 60 gemäß Fig. 9 kann eine maximale Halte
kraft eingestellt werden.
Das Joch 11 ist gemäß Fig. 2 zusammengesetzt aus zwei Jochteilen 12 und 13, die
etwa U-förmig ausgebildet sind und unter Zwischenfügung der Abstandsstücke 17 und
18 gegeneinander gedrückt werden.
Gemäß einer weitere vorteilhaften Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, die
einzelnen Jochbleche des Joches einstückig auszubilden, so daß ein ringförmig ge
schlossenes, rechteckförmig ausgebildetes Blechpaket gebildet ist, das in seiner Form
dem zusammengesetzten Joch der Fig. 2 gleicht.
In der Mitte der den Schenkeln 15, 15', 16, 16' entsprechenden Jochstege 80 ist die
Bohrung 40 eingebracht, die die Lagerbuchse 41 aufnimmt. In Fig. 11 ist lediglich die
Ansicht auf eines der Jochstege 80 gezeigt die senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Ankers und damit auch senkrecht zur Mittelachse der Bohrung 40 verlaufen.
In der Fig. 3 ist dargestellt, daß die Schlitze 32 in die Stirnflächen 38 und 39 einmün
den, wogegen die Schlitze 33 in geringem Abstand vor den Endflächen 38 und 39 en
den. Es besteht natürlich die Möglichkeit, die Schlitze 33 in die Stirnflächen 38 und 39
einmünden und die Schlitze 32 in geringem Abstand von den Stirnflächen 38 und 39
enden zu lassen. Es besteht weiterhin auch die Möglichkeit, daß von den beispiels
weise vier Schlitzen 33 zwei in die Stirnflächen 38 und 39 einmünden.
Claims (16)
1. Permanentmagnetischer Antrieb für einen Schalter, insbesondere eine Vaku
umkammer, mit einem lamellierten Joch, in dem ein bewegbarer, mit dem beweglichen
Kontaktstengel verbundener Anker verschieblich geführt ist, mit wenigstens einem
Permanentmagneten zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in dem Joch und mit
wenigstens einer Spule, die den Anker aus einer Stellung in eine andere und zurück
bewegt, dadurch gekennzeichnet daß der aus massivem Material bestehende Anker
zur Vermeidung von Wirbelströmen mit Schlitzen versehen ist.
2. Permanentmagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitze in Bewegungsrichtung des Ankers verlaufen.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anker einer quaderförmige Form
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze auf der Breitseite und der
Schmallängsseite senkrecht zur jeweiligen Fläche angeordnet sind.
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze mit isolie
rendem Material ausgefüllt sind.
5. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens ein Schlitz wenigstens der Schlitze auf der Schmallängsseite bis in die
Stirnflächen einmündet.
6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze in die
Stirnfläche einmünden.
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schlitze vor den Stirnflächen enden.
8. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den gegeneinander gerichteten Schenkel der etwa U-förmigen Eisenjochteile
je ein als Lager für die Führung des Ankers dienender Abstandshalter vorgesehen ist,
mit dem die Berührungsfläche von Joch und Anker und damit die Flußkonzentration an
der Übergangsfläche einstellbar ist, so daß die Anzugskraft gemäß der Formel
F ∼ A×B2
F = Haltekraft
A = Berührungsfläche
B = magnetischer Fluß (Feld)
einstellbar ist.
F ∼ A×B2
F = Haltekraft
A = Berührungsfläche
B = magnetischer Fluß (Feld)
einstellbar ist.
9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bohrung für
die Ankerführung enthaltende Abstandshalter im Bereich der Bohrung eine Verbreite
rung aufweist.
10. Antrieb nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstandshalter aus unmagnetischem Werkstoff besteht und daß zwischen den
schmaleren Bereichen und den Jochschenkelenden Füllstücke aus ferromagneti
schem Material angesetzt sind, deren Dicke der Stufung der Verbreiterungen ent
spricht.
11. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstandshalter aus ferromagnetischem Material besteht.
12. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß in jede Bohrung je ein Lagerbuchsenteil eingesetzt ist, das an die
Ankerführungsstangen angepaßt ist.
13. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker im Bereich des Abstandshalters eine stufige Verengung aufweist, so
daß die den Jochschenkeln zugewandte Ankerfläche schmaler ist als die übrige Anker
breite.
14. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker an seiner den Jochschenkeln zugewandte Seite gegenüber dem übrigen
Ankerbereich verbreitert ausgebildet ist.
15. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Jochbleche aus Eisen mit geringem Siliziumgehalt bestehen.
16. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 15, dadurch gekennzeichnet
daß jedes Jochblech einstückig und ringförmig geschlossen ausgebildet ist und daß in
den senkrecht zur Ankerbewegung verlaufenden Jochstegen Lagerbuchsen für die
Ankerführungsbolzen eingesetzt sind.
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8130 | Withdrawal |