DE3843646C2 - Elektromagnetischer Schalterantrieb - Google Patents
Elektromagnetischer SchalterantriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen
Schalterantrieb, der die im Oberbegriff des An
spruches 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Ein derartiger Schalterantrieb ist aus dem
DE-GM 19 14 695 bekannt. Der Permanentmagnet hat
die Form einer Kreisscheibe, die zwischen den Pol
schuhen eines U-förmigen Magnetjochs angeordnet
ist, dessen Querschenkel die Spule trägt. Das dreh
bare Schaltglied weist zwei Anschläge auf, die mit
einem gehäusefesten Anschlag zusammenwirken. Nach
teilig an diesem bekannten Schalterantrieb ist ein
verhältnismäßig großer Platzbedarf, vor allem aber
der im Vergleich zu dem erzeugten Drehmoment hohe
elektrische Leistungsverbrauch. Ursächlich hier
für ist, daß sich die Pole der permanentmagnetischen
Kreisscheibe über den größten Teil deren Drehwinkels
lediglich im elektromagnetischen Streufeld der
Spule bewegen, so daß eine dementsprechend geringe
Richtkraft entsteht.
Ein ganz ähnlicher Schalterantrieb ist aus der
DE-OS 36 09 347 bekannt. Anstelle einer permanent
magnetischen Kreisscheibe wird eine Schwinge benutzt,
die an ihren beiden Enden je einen Permanentmagneten
trägt. Die Schwinge liegt in jeder der beiden
möglichen Schaltstellungen an der einen bzw. an der
anderen Polfläche des U-förmigen, die Spule tragen
den Magnetjochs an. Das Joch muß daher in einer
zu der Schalterantriebswelle rechtwinkligen Ebene
angeordnet sein. Da sich die Schwinge ausschließlich
im elektromagnetischen Streufeld bewegt, ist das er
zeugbare Drehmoment, bezogen auf eine gegebene Er
regerleistung für die Spule, gering. Aus dem gleichen
Grund ist der bekannte Antrieb für Schaltwinkel,
die wesentlich über ca. 45 Grad hinausgehen, nicht
geeignet.
Aus der DE 27 21 356 A1 ist eine schaltbare Magnet
anordnung bekannt, die nach dem Prinzip eines Hub
magneten arbeitet und mindestens zwei Permanentmagnete
sowie Flußleitstücke zwischen zwei sich gegenüber
liegenden, von den Permanentmagneten und Flußleitstücken
über unterschiedlich große Luftspalte beabstandete
Ankerplatten umfaßt. Außerdem sind zwei Erregerspulen
vorgesehen, mittels derer sich der Verlauf des Magnet
flusses so steuern läßt, daß er sich bei Erregung der
einen Spule nur über die erste Ankerplatte und bei
Erregung der zweiten Erregerspule nur über die zweite
Ankerplatte schließt. Die Erzeugung eines Drehmomentes
und/oder die Betätigung eines Schalters ist dabei nicht
beabsichtigt; auch eine Eignung der Magnetanordnung für
diese Zwecke ist nicht erkennbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Schalterantrieb der einleitend angegebenen Gattung
zu schaffen, der sehr viel kleiner als die bekannten
Schalterantriebe baut und, bezogen auf eine gegebene
Spulenerregerleistung, ein hohes Drehmoment liefert.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Schalter
antrieb mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die Spule
den Permanentmagneten umschließt.
Neben der beachtlichen Verminderung des Bauvolumens
im Vergleich zu einer Anordnung mit U-förmigem Joch hat
diese Lösung vor allem den Vorteil, daß der Permanent
magnet sich stets im homogenen Magnetfeld befindet,
so daß er vor allem auch auf dem Weg von der einen
Endstellung in die andere Endstellung einer hohen
Richtkraft ausgesetzt ist. Der Schalterantrieb hat
daher insgesamt einen wesentlich besseren elektrisch/me
chanischen Wirkungsgrad als die einleitend genannten,
bekannten Schalterantriebe.
Um den Querschnitt des Spulenkerns, innerhalb dessen
der Kernmagnet sich befindet, möglichst klein halten
zu können, ist es zweckmäßig, den Permanentmagneten
stabförmig auszubilden.
Sofern man der Mittellage des Permanentmagneten
zwischen seinen beiden Endstellungen den Drehwinkel
0 Grad zuordnet, nimmt die Richtkraft mit dem
Sinus des Drehwinkels ab. Es empfiehlt sich daher,
die Anschläge so anzuordnen, daß der Drehwinkel des
Permanentmagneten auf maximal 60 Grad zu beiden Seiten
der die Mittelstellung definierenden Querachse der
Spule begrenzt wird.
Die Spule kann völlig eisenlos sein. Durch die An
ordnung je eines Polschuhs an oder in den beiden
Stirnflächen der Spule wird daher auch nur eine
geringfügige Erhöhung des Drehmomentes erzielt.
Die Anbringung von Polschuhen hat allerdings den
Vorteil, die Reichweite des Streufeldes außerhalb
der Spule zu vermindern.
Sofern Polschuhe vorgesehen sind, muß durch geeignete
Maßnahmen dafür Sorge getragen werden, daß zwischen
den Enden des Permanentmagneten in jeder seiner
beiden Endstellungen und den Polschuhen ein Spalt
verbleibt, da andernfalls kein rücktreibendes Moment
bei Umkehrung der Stromflußrichtung in der Spule
erzeugbar ist.
Die Anschläge können grundsätzlich an beliebiger
Stelle der Schalterantriebswelle, also auch außerhalb
der Spule, angeordnet werden. Sofern Polschuhe vor
gesehen sind, können diese jedoch gleichzeitig auch
als Anschläge dienen.
In diesem Fall können die Anschläge aus in die Pol
schuhe eindrehbaren Schrauben aus unmagnetischem
Werkstoff bestehen und sind daher auf einfache
Weise justierbar.
Jeder der beiden Endstellungen des Permanentmagneten ist
zweckmäßig ein Stellungsdetektor oder Sensor für
Signalisier- oder Steuerfunktionen zugeordnet. Bei
spielsweise können magnetempfindliche Sensoren,
die dann in dem Spulenkern angeordnet sind, verwendet
werden.
Bevorzugt sind in Weiterbildung dieser Ausführungs
form die Sensoren Teil einer elektronischen Steuer
schaltung für den Spulenstrom, die diesen mit einer
die Prellzeit des Antriebs überbrückenden Zeit
verzögerung nach Erreichen der jeweiligen Endstellung
abschaltet. Der Spulenstrom wird also über den Zeit
punkt des Erreichens der Endstellung hinaus noch
eine kurze Zeit aufrechterhalten, wodurch die andern
falls unvermeidlichen Prellvorgänge praktisch voll
ständig unterdrückt werden.
Sofern der Antrieb im Bereich starker magnetischer
Streufelder arbeiten muß und/oder seinerseits keine
Streufelder erzeugen darf, wird die Spule vollständig
von einem weichmagnetischen Mantel umschlossen.
Wenn Polschuhe vorgesehen sind, sind sie zweckmäßiger
weise als einstückiger Bestandteil dieses weich
magnetischen Mantels ausgebildet.
Im Hinblick darauf, daß die Schalterantriebswelle die
Spule durchsetzt, empfiehlt es sich, die letztere
auf zwei beidseits der Schalterantriebswelle angeordnete
Spulenkörper zu wickeln.
In den Zeichnungen ist ein elektromagnetischer Schalter
antrieb nach der Erfindung in einer beispielsweise ge
wählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dar
gestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt rechtwinklig zur
Schalterantriebswelle,
Fig. 1a einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 1,
Fig. 1b einen Längsschnitt in der Ebene der
Schalterantriebswelle,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung,
vervollständigt mit Polschuhen und einem
weichmagnetischen Mantel.
Der vorgeschlagene Schalterantrieb umfaßt eine
Schalterantriebswelle 1, die unmittelbar oder über
ein nicht gezeichnetes Getriebe mit einem ebenfalls
nicht dargestellten, zwischen zwei Schaltstellungen
drehbaren Schaltglied verbunden ist. Auf der Schalter
antriebswelle 1 sitzt drehfest ein stabförmiger,
zweipoliger Permanentmagnet 2, der rechtwinklig zu
der Schalterantriebswelle 1 magnetisiert ist und
sich im Inneren (Spulenkern) einer umpolbaren, gleich
spannungsgespeisten Spule 3 befindet. Die Spulen
wicklung 3a ist auf zwei Spulenkörper 4a, 4b ver
teilt, was im Hinblick auf die die Spule 3 durch
setzende Schalterantriebswelle 1 das Bewickeln verein
facht. Die elektrische Verbindung der beiden Wicklungen
3a und die äußeren Anschlüsse sind nicht dargestellt.
Zur Erzielung eines möglichst geringen Volumens hat
die Spule 3 den sich aus der Stabform des Permanent
magneten 2 ergebenden, flachen Rechteckquerschnitt
(Fig. 1a).
Im Ausführungsbeispiel beträgt der Schaltwinkel α
90 Grad. Er kann beliebig kleiner gemacht werden,
sollte jedoch aus den einleitend genannten Gründen
zweckmäßigerweise nicht größer als ca. 120 Grad
gewählt werden. Die Schaltwinkelbegrenzung erfolgt
durch Anschläge, die an beliebiger Stelle des An
triebes vorgesehen sein können, im Fall der Fig. 2
jedoch an in die Stirnseiten der Spule 3 eintauchen
den Polschuhen 5a, 5b ausgebildet sind, die ihrer
seits einstückiger Bestandteil eines die gesamte
Spule umschließenden, weichmagnetischen Mantels 5
sind. Als Anschläge dienen in die Polschuhe einge
drehte Schrauben 6a, 6b aus unmagnetischem Werkstoff.
Die Anschläge müssen so eingestellt werden, daß in
beiden Schaltstellungen (die zweite Schaltstellung
ist jeweils gestrichelt angedeutet) ein Restluftspalt
bestehen bleibt, da der Permanentmagnet 2 andern
falls einen magnetischen Kurzschluß zwischen den
Polschuhen 5a, 5b bildet, so daß sich auch bei einer
zur Magnetisierung des Permanentmagneten gleichnamigen
Polarisierung der Polschuhe 5a, 5b mittels der Spule 3
kein den Permamentmagneten 2 in die andere Lage trei
bendes Drehmoment ergibt. Im Bereich der jeweiligen
beiden Endstellungen des Permanentmagneten 2 sind
magnetfeldempfindliche Sensoren 7a, 7b angebracht,
die mit einer nicht dargestellten Steuerschaltung
für den Spulenstrom verbunden sind. Diese Schaltung
sorgt über ein Verzögerungsglied dafür, daß der
Spulenstrom noch eine kurze Zeit nach Erreichung der
jeweiligen Endstellung weiterfließt, wodurch ein
Rückprellen des Permanentmagneten 2 vermieden wird.
Im Bedarfsfall können zusätzlich die Anschläge, z.B.
die Schrauben 6a, 6b, zusätzlich federnd und/oder
dämpfend ausgestaltet sein.
Claims (11)
1. Elektromagnetischer Schalterantrieb für Schalter
mit einem über eine Schalterantriebswelle zwischen
zwei Stellungen drehbaren Schaltglied,
insbesondere für Hohlleiter- und Koaxialschalter,
mit einem mit der Schalterantriebswelle verbundenen,
zweipoligen Permanentmagneten, der rechtwinklig
zu der Schalterantriebswelle magnetisiert ist
und sich durch das Magnetfeld einer umpolbaren,
gleichspannungsgespeisten Spule zwischen zwei
durch Anschläge vorgegebenen Endstellungen drehen
läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3)
den Permanentmagneten (2) umschließt.
2. Schalterantrieb nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (2) stab
förmig ist.
3. Schalterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschläge (6a, 6b) den Dreh
winkel (α) des Permanentmagneten (2) auf maximal
60 Grad zu beiden Seiten der Querachse der
Spule (3) begrenzen.
4. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Stirn
flächen der Spule (3) je ein Polschuh (5a, 5b)
angeordnet ist.
5. Schalterantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen den Polschuhen (5a, 5b) und
den Enden des Permanentmagneten (2) in jeder seiner
beiden Endstellungen ein Spalt verbleibt.
6. Schalterantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschläge (6a, 6b) an den
Polschuhen (5a, 5b) ausgebildet sind.
7. Schalterantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anschläge aus in die Polschuhe
(5a, 5b) eindrehbaren Schrauben (6a, 6b) aus unmagne
tischem Werkstoff bestehen.
8. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden End
stellungen des Permanentmagneten (2) je ein Stellungs
sensor (7a, 7b) zugeordnet ist.
9. Schalterantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Sensoren (7a, 7b) Teil einer elektro
nischen Steuerschaltung für den Spulenstrom sind,
die diesen mit einer die Prellzeit des Antriebs
überbrückenden Zeitverzögerung nach Erreichen der
jeweiligen Endstellung abschaltet.
10. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) vollständig
von einem weichmagnetischen Mantel (5) umschlossen
ist.
11. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) auf zwei
beidseits der Schalterantriebswelle (1) angeordnete
Spulenkörper (4a, 4b) gewickelt ist.
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