DE3909742A1 - Elektromagnet, insbesondere zur betaetigung der unterbrecher einer schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet, insbesondere zur Betätigung der Unterbrecher einer Schaltvorrichtung, bestehend aus einem feststehenden Joch, einer beweglichen Einrichtung, die mit den Unterbrechern verbunden ist und einen zu einer Erregungsspule konzentrischen Kern sowie mindestens einen magnetisierbaren Anker besitzt, der von dem Joch durch einen veränderlichen Längsluftspalt getrennt ist, einer Rückholeinrichtung, die in Längsrichtung mit der beweglichen Einrichtung zusammenwirkt, um sie bei Entre­ gung der Spule in eine Ruhestellung zu bringen, und einer konzentrischen Kompensationsfeder, die sich in einem dem Luftspalt entgegengesetzten Bereich außerhalb des Jochs befindet und deren der Rückholeinrichtung entgegenwirken­ den Kräfte nur auf einem Teil des Hubes des Ankers wirken.

Ein derartiger Elektromagnet, der insbesondere in der FR-PS 25 73 567 der Anmelderin beschrieben wird, ist ins­ besondere für kleine Schaltvorrichtungen bzw. Automatik­ relais verwendbar und besitzt keine Einrichtungen zur allmählichen Einstellung der Anfangskraft dieser Kompen­ sationsfeder oder ihrer Elastizität.

Der Einsatz einer Einstelleinrichtung ist jedoch wünschens­ wert, da sie einerseits eine Anpassung an die unvermeid­ liche Streuung der elastischen Eigenschaften der Rückhol­ einrichtungen gestattet und andererseits dazu benutzt werden kann, zu gewährleisten, daß der Elektromagnet glatt arbeitet, wenn seine Spule mit der Sollspannung in einer bestimmten physikalischen Umgebung gespeist wird.

Ein elastisches Kompensationsorgan kann ferner erforder­ lich sein, wenn die Anzahl der Schließ- und/oder Öffnungs­ kontakte nicht von vornherein bekannt ist.

Ziel der Erfindung ist es, für einen Elektromagnet der oben beschriebenen Art eine sehr einfache Kompensations­ einrichtung zu schaffen, die in einem großen Bereich pro­ gressiv verstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Kompen­ sationsvorrichtung einen dünnen U-förmigen Bügel besitzt, dessen beide zueinander parallelen Schenkel in Längsrich­ tung mit den seitlichen Enden des Ankers zusammenwirken, während Teile des Bügels, die sich zwischen den Schenkeln und dem Mittelpunkt des diese Schenkel miteinander verbin­ denden, elastisch verformbaren Stegs befinden, in Längs­ richtung mit Erhebungen oder Schrägkanten eines verstell­ baren, drehbaren Nocken zusammenwirken, der konzentrisch zu dem Kern der beweglichen Einrichtung angeordnet ist.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung beschrieben, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung und eine Vorderansicht einer kleinen Schaltvorrichtung, die die erfindungs­ gemäße Kompensationseinrichtungen aufnehmen kann,

Fig. 2 eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht des Elektro­ magnets von Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht des Elektromagnets der Fig. 1 und 2 von unten mit einer ersten Kompensationseinrich­ tung,

Fig. 4 eine Ansicht eines Elektromagnets von unten mit einer abgewandelten Ausführungsform der Kompensa­ tionseinrichtung,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Gußteils, das die Funktion eines Lagers und eines Einstell­ organs hat,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Einzelheit einer abge­ wandelten Ausführungsform der Kompensationsein­ richtungen, und

Fig. 7 und 8 Darstellungen einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform von unten bzw. in einem axialen Schnitt.

Eine kleine Schaltvorrichtung 1, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt in einem isolierenden Gehäuse 2 einen Elek­ tromagnet 3 mit einem feststehenden Joch 4 und einer be­ weglichen Einrichtung 5. Diese besteht aus einem zentra­ len Kern 6, der axial in der Achse XX′, in einer Bohrung 7 einer Erregungsspule 8 gleitet und zwei einander entgegen­ gesetzte Anker 9 und 11 aufnimmt. Der obere Anker 9 ist mit einem Kontaktträger 12 verbunden, der mit beweglichen Unterbrecherteilen 13 versehen ist, die mit feststehenden Kontakten 14, 16 zusammenwirken.

Bei dem bei dieser Schaltvorrichtung benutzten Elektromagnet bildet das feststehende Joch 4 aufgrund der Verbindung eines U-förmigen Teils 7 mit einem Steg 18 einen geschlos­ senen magnetisierbaren Kreis.

Der untere Anker 11 befindet sich in einem Längsraum 19, der zwischen einer Stirnfläche der Spule und einem Steg 21 des U-förmigen Teils vorgesehen ist, während zwei seit­ liche Räume 22 und 23 von Dauermagneten 24 und 25 einge­ nommen werden, die auf Ränder des gegenüber angeordneten Ankers 11 magnetische Anziehungskräfte ausüben. Dieser Anker ist zwischen einer Ruhestellung R, die in der rech­ ten Hälfte von Fig. 2 gezeigt ist, und einer in der ande­ ren Hälfte gezeigten Arbeitsstellung T beweglich.

Im Ruhezustand gelangt der Anker in Richtung F in unmit­ telbare Nähe von Polansätzen 26, 27 und ist von dem Steg 21 durch einen Arbeitsluftspalt 28 entfernt, während der Zustand in Arbeitsstellung umgekehrt ist.

Die den Dauermagneten zukommende Rückholfunktion kann gegebenenfalls auch von einer gewöhnlichen Rückholfeder übernommen werden, ohne daß hierzu eine Änderung des Auf­ baus der im nachstehenden beschriebenen elastischen Kompen­ sationseinrichtungen erforderlich wird.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist ein glattes Ende 29 des Kerns in einem Lager 31 aus Kunststoff gelagert, das mit einer geeigneten Klemmung in einer konzentrischen Öffnung 32 des Stegs 21 verklammert ist, gegenüber dem es winkel­ mäßig eingestellt werden kann.

Dieses Lager besitzt auf der dem Luftspalt entgegengesetzten Seite einen kreisförmigen Flansch 33 (vgl. Fig. 3 und 5), der auf der einen Seite auf der Fläche 34 des Stegs auf­ liegt und der auf der entgegengesetzten Seite zwei kreis­ förmige Rippen 35 und 36 aufweist, deren axiale Abmessung sich ändert. Zwischen diesen Rippen und der Bohrung des Lagers ist eine zylindrische Erhebung 37 vorgesehen, die eine zentrale Öffnung 38 durchquert, die im Steg 39 eines dünnen, elastischen, U-förmigen Bügels 40 vorgesehen ist, und die den axialen Halt dieses Bügels gewährleistet.

Das Lager, die Rippen und die Erhebung können einstückig aus einem einzigen Gußteil 50 bestehen.

Jeder der beiden zueinander parallelen Schenkel 41 und 42 dieses Bügels besitzt an seinem Ende einen Haken 43 bzw. 44, der mit einer Verlängerung 45 bzw. 46 des unte­ ren Ankers 11 zusammenwirkt. Wie Fig. 2 zeigt, findet dieses Zusammenwirken einerseits winkelmäßig statt, da die Schenkel in Richtung Δ durch die Ränder der Verlänge­ rungen geführt sind, und andererseits in Längsrichtung durch die Haken, die nach einem freien Hub g in Kontakt kommen.

Zwei Bereiche 47 und 48 des Bügels, die sich zwischen dem Mittelpunkt der Öffnung 38 und den entsprechenden Schenkeln befinden, liegen beispielsweise infolge einer leichten Krümmung, die der Steg des Bügels bei der Her­ stellung erhalten hat, elastisch an den Rippen an.

Wie Fig. 2 zeigt, üben die Haken 43 und 44 auf den Anker 11 in der Arbeitsstellung eine entgegengesetzte Kraft mit der Richtung G aus, die sich aus einer elastischen Verfor­ mung des Stegs ergibt, während in der Ruhestellung kein Kontakt zwischen dem Haken und dem Anker stattfindet.

Die Stellung des Ankers, in der diese Verformung entsteht oder aufhört, hängt von der örtlichen Höhe der Rippe und damit von der Winkelstellung des Teils 50 ab. Dieses Teil kann dank des Vorhandenseins von Abflachungen 62 und 63 am Ende der Erhebung in die geeignete Stellung gebracht werden.

Mit Hilfe der Winkelbewegung dieses Teils 50 ist also eine progressive Einstellung der Anfangskraft möglich, die auf den Anker und die bewegliche Einrichtung in Rich­ tung G ausgeübt wird, die der Wirkrichtung F der Rückhol­ kräfte entgegengesetzt ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des verstellbaren Teils 60, das in Fig. 4 gezeigt ist, verlaufen die Rip­ pen 61 und 62 nicht mehr kreisförmig, sondern spiralför­ mig. Eine Drehung dieses verstellbaren Teils bewirkt also nicht nur eine Veränderung des Wertes der von den Haken auf den Anker ausgeübten Anfangskraft G _o , sondern bewirkt auch eine Änderung des Anstiegs der elastischen Kräfte, die der Bügel auf den Anker während eines Teils seines Hubes überträgt.

Die Wahl einer Ausführungsform des Elektromagnets, bei welcher bewegliche Teile, feststehende Teile sowie die Spule eine untrennbare Unterbaugruppe bilden, die später in ein Gehäuse eingesetzt wird, ermöglicht eine Einstel­ lung der Kräfte der Kompensationsfeder im Werk, ohne daß es also erforderlich ist, in diesem Gehäuse eine Zugangs­ öffnung vorzusehen.

Eine solche Einstellung kann auf zweckmäßige Weise mit einer automatischen Anlage vorgenommen werden, die insbe­ sondere eine Stromquelle zur Speisung der Spule, einen Getriebemotor, dessen Ausgangswelle in das Einstellteil eingekuppelt wird, eine Vorrichtung zur Simulierung der von den Unterbrechern entwickelten Kräfte und eine Abtast­ einrichtung besitzt, die die Abschaltung des Motors bewirkt, sobald eine Zustandsänderung des Ankers stattfindet.

Wenn eine störende Reibung zwischen den Rändern der Ver­ längerungen 45 und 46 und den Schenkeln 41 und 42 des Bügels zu befürchten ist, kann eine abgewandelte Ausfüh­ rungsform benutzt werden, bei der der Bügel durch andere Hilfsmittel eine Ausrichtung Δ beibehält (vgl. Fig. 6).

Bei dieser Abwandlung ist das Einstellteil 70, das die Rippen 71 und 72 trägt, nicht mehr mit dem Lager 73, in dem das Ende 29 des Kerns gleitet, winkelmäßig fest ver­ bunden.

Dieses Lager, das axial in den Steg 21 des Jochs 4 einge­ klinkt ist und mit diesem winkelmäßig fest verbunden bleibt, besitzt einerseits eine Schulter 74, die den axialen Halt des Einstellteils 70 gewährleistet, und andererseits eine Verlängerung 75, in der der mittlere Bereich 79 des Bügels 76 winkelmäßig und axial verankert ist.

Der Antrieb des Einstellteils 70 ist beispielsweise über zwei Löcher 77 und 78 möglich, in die die Bedienungsper­ son oder eine automatische Vorrichtung ein geeignetes Werkzeug einführen kann.

Zwischen den Schenkeln 41 und 42 und den Enden 45 und 46 des Ankers 11 ist ein Spiel j vorgesehen.

Gemäß einer anderen Abwandlung (Fig. 7 und 8) ist ein elastischer, U-förmiger Bügel 80 mit zwei zueinander paral­ lelen Schenkeln 81 und 82 beispielsweise mit Hilfe von gabel- oder zangenförmigen Schenkelenden 83 und 84 mit den entgegengesetzten Enden 45 und 46 des Ankers 11 fest verbunden, so daß er sich gleichzeitig mit diesem bewegt.

Dieser Bügel besitzt zwischen den Schenkeln einen Steg 85, in dem zwischen zwei symmetrischen Teilen 87 und 88 eine Öffnung 86 ausgespart ist.

Die Mittelteile 89 und 91 dieser Teile besitzen jeweils einen Vorsprung 92 bzw. 93, der auf die Achse eines Lagers 94 zu gerichtet ist, das das glatte Ende 29 des Kerns 6 aufnimmt.

Dieses Lager 94, das ähnlich wie das Lager 73 von Fig. 6 in einer Öffnung 95 des magnetisierbaren Stegs 21 ange­ ordnet ist, besitzt als verstellbares Nockenorgan zwei gekrümmte Schrägflächen 96 und 97, die sich bezüg­ lich der Achse des Lagers zueinander symmetrisch entwickeln und den beiden Vorsprüngen 92 und 93 gegenüberliegen, wenn die bewegliche Einrichtung infolge der Entregung der Spule in die Ruhestellung gelangt.

Die Höhe der elastischen Kräfte, die auf die bewegliche Einrichtung in Ruhestellung ausgeübt werden, wird einge­ stellt, indem das Lager 94 beispielsweise mit Hilfe von Öffnungen 98 seines Flansches 99 in eine geeignete Stel­ lung gedreht wird, die anschließend infolge der Reibungs­ kräfte, die es an dem Steg hält, beibehalten wird.

Auch hier wird die elastische Kraft auf die bewegliche Einrichtung nach einem freien Hub g ausgeübt, der zwischen den Vorsprüngen und den gegenüberliegenden Schrägflächen­ punkten gemessen wird.

Claims (11)

1. Elektromagnet, insbesondere zur Betätigung der Unter­ brecher einer Schaltvorrichtung, bestehend aus einem fest­ stehenden Joch, einer beweglichen Einrichtung, die mit den Unterbrechern verbunden ist und einen zu einer Erregungsspule konzentrischen Kern sowie mindestens einen magneti­ sierbaren Anker besitzt, der von dem Joch durch einen veränderlichen Längsluftspalt getrennt ist, einer Rück­ holeinrichtung, die in Längsrichtung mit der beweglichen Einrichtung zusammenwirkt, um sie bei Entregung der Spule in eine Ruhestellung zu bringen, und einer kon­ zentrischen Kompensationsfeder, die sich in einem dem Luftspalt entgegengesetzten Bereich außerhalb des Jochs befindet und deren der Rückholeinrichtung entgegenwirken­ den Kräfte nur auf einem Teil des Hubes des Ankers wir­ ken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung einen dünnen U-förmi­ gen Bügel (40, 80) besitzt, dessen beide zueinander parallelen Schenkel (41, 42; 81, 82) in Längsrichtung mit den seitlichen Enden des Ankers (45, 46) zusammen­ wirken, während Teile (47, 48; 92, 93) des Bügels, die sich zwischen den Schenkeln und dem Mittelpunkt des die­ se Schenkel miteinander verbindenden, elastisch verform­ baren Stegs (39, 85) befinden, in Längsrichtung mit Erhebungen oder Schrägkanten (33, 36; 96, 97 bzw. 61, 62) eines verstellbaren, drehbaren Nocken (50, 94 bzw. 60) zusammenwirken, der konzentrisch zu dem Kern (6) der beweglichen Einrichtung (5) angeordnet ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 94 bzw. 60) ein Lager (31, 90) zur Führung eines Endes (29) des Kerns (6) auf­ weist.

3. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Nocken (50, 94 bzw. 60) drehbar in eine Öffnung (32, 95) eines Teils (21) des feststehenden Jochs (4) des Elektromag­ nets eingepaßt ist.

4. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 94 bzw. 60) eine Verlängerung (37) besitzt, die sich auf der dem Kern (6) entgegengesetzten Seite be­ findet und die in eine zentrale Öffnung (38) des elasti­ schen Bügels (40) eintritt.

5. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bügel (40, 80) in einer radialen Richtung Δ durch Zusammenwirken seiner Schenkel (41, 42; 81, 82) mit Verlängerungen (45, 46) eines Ankers (11) der beweglichen Einrichtung (5) gehalten ist.

8. Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 60) ein Lager (31) zur Aufnahme eines Endes (29) des Kerns (6) der beweg­ lichen Einrichtung (5) trägt und auf der Verlängerung (37) den federnden Bügel (40) aufnimmt.

7. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (70) durch ein getrenntes Teil (73) konzentrisch gehalten ist, das an dem ein Lager (31) für das Ende (29) des beweglichen Kerns (6) aufweisenden Joch (21) befestigt ist und eine Ver­ längerung (75) aufweist, auf der der Mittelteil (79) des Bügels (76) befestigt ist.

8. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Schenkel (41, 42) des elastischen Bügels (40 bzw. 76) Haken (43, 44) aufweisen, die nach einem eingestellten freien Hub (g) mit den Enden des Ankers (45, 46) zusammenwir­ ken.

9. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (80) mit den Verlängerungen (45, 46) des Ankers (11) fest verbunden ist und in mittleren Bereichen (91, 89) Vorsprünge (92, 93) aufweist, die kreisförmigen Schrägkanten (96, 97) gegenüberstehen und nach einem eingestellten freien Hub (g) mit diesen in Kontakt kommen.

10. Elektromagnet nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung zwischen den Verlängerungen (45, 46) des Ankers (11) und den Bügel mit Hilfe von an den Enden der Schenkel (81, 82) vorgesehenen Zangen oder Gabeln (83, 84) hergestellt ist, während die Schräg­ kanten auf einem Flansch (99) eines Lagers (94) zur Aufnahme eines Führungsendes (29) der beweglichen Ein­ richtung (11, 6, 9) vorgesehen sind.

11. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (40, 80) eine zentrale Öffnung (38, 86) aufweist, die eine axiale Bewegung des in das Lager (31, 73, 94) eintretenden Endes (29) des Kerns zuläßt.