DE4304921C1 - Bistable magnetic drive for an electrical switch - Google Patents

Bistable magnetic drive for an electrical switch

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DE4304921C1
DE4304921C1 DE19934304921 DE4304921A DE4304921C1 DE 4304921 C1 DE4304921 C1 DE 4304921C1 DE 19934304921 DE19934304921 DE 19934304921 DE 4304921 A DE4304921 A DE 4304921A DE 4304921 C1 DE4304921 C1 DE 4304921C1
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Michel Dr Morant
Alfred Elliker
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/666Operating arrangements
    • H01H33/6662Operating arrangements using bistable electromagnetic actuators, e.g. linear polarised electromagnetic actuators

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Abstract

The subject matter of the invention is a power switch (circuit breaker) having a bistable magnetic drive which acts by means of an armature (9), via at least one mechanical element, on a switch. The armature (9) consists of laminated soft-iron sheets (10) and is arranged in a space, which is surrounded by a rectangular yoke (13) made of laminated soft-iron sheets (14), between two permanent magnets (18, 19), the same poles of which face the armature (9), such that it can be displaced axially. The permanent magnets are each fitted in a stationary manner between the armature (9) and a pole shoe (17) which merges into the yoke (13). A coil (20, 21) is arranged on each of the two sides of the pole shoes (17), within the yoke (13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bistabilen magnetischen Antrieb, der mit einem Anker über wenigstens ein mechanisches Glied auf einen Schalter einwirkt.The invention relates to a bistable magnetic drive with an anchor over at least one mechanical link acts on a switch.

Ein derartiger Leistungsschalter ist bereits bekannt (EP 0 354 803 A1). Der bistabile magnetische Antrieb enthält einen Anker, der aus zwei Weicheisenabschnitten und einer zwischen diesen angeordneten Scheibe aus permanent magnetischem Material besteht. Der Anker ist an einem Ende einer Antriebsstange befestigt, die an diesem Ende einen Gewindeabschnitt enthält, der die Ankerteile zusammenhält. In einem Gehäuse des bistabilen Antriebs befinden sich zwei verkettete Joche in Form von rechteckigen Rahmen, deren beide innere Glieder Öffnungen aufweisen, die Lager für den Anker bilden. Zwischen den inneren Gliedern der Joche erstreckt sich ein Rohr aus nichtmagnetischem Material. Die Joche sind so angeordnet, daß die permanent magnetische Scheibe zwischen den Gliedern in ihren beiden Endlagen liegt. In jeder Endlage befindet sich ein Weicheisenabschnitt in Kontakt mit dem äußeren Glied eines Jochs.Such a circuit breaker is already known (EP 0 354 803 A1). Of the bistable magnetic drive contains an armature made up of two Soft iron sections and a disc arranged between them permanent magnetic material. The anchor is at one end attached to a drive rod that has a threaded portion at this end contains, which holds the anchor parts together. In a casing of the bistable There are two linked yokes in the form of rectangular ones Frame, the two inner links of which have openings, the bearings for form the anchor. Extends between the inner limbs of the yokes a tube made of non-magnetic material. The yokes are arranged that the permanent magnetic disc between the limbs in their both end positions. There is a in each end position Soft iron section in contact with the outer member of a yoke.

Ein bekannter Magnetantrieb für elektrische Schaltgeräte enthält einen dreischenkligen Magnetkern, auf dessen mitt­ lerem Schenkel eine Spulenwicklung angeordnet ist. Der Ma­ gnetkern und der auf diesen abgestimmte Anker bestehen aus geschichteten Blechlamellen (DE 36 37 411 A1).A well-known magnetic drive for electrical switching devices contains a three-legged magnetic core, on the middle lerem leg a coil winding is arranged. The Ma gnet core and the matching anchor consist of layered sheet metal fins (DE 36 37 411 A1).

Bekannt ist auch ein magnetischer Antrieb für einen Leistungsschalter mit einem stationär angeordneten Dauerma­ gneten zum Festhalten eines mit einer Betätigungsstange verbundenen Ankers in einer Ruhestellung. Auf den Anker wirkt weiterhin die Kraft einer Feder in Richtung der Aus­ lösestellung des Leistungsschalters ein. In axialer Rich­ tung der Betätigungsstange neben dem Dauermagneten ist eine Wicklung angeordnet, die in stromdurchflossenen Zustand das Magnetfeld des Dauermagneten so beeinflußt, daß der Anker in die Auslösestellung überführbar ist (EP 0 305 321 A1).A magnetic drive for one is also known Circuit breakers with a permanently arranged duration suitable for holding one with an operating rod connected anchor in a rest position. On the anchor the force of a spring continues to act in the direction of the off release position of the circuit breaker. In the axial direction device of the actuating rod next to the permanent magnet is one Winding arranged that in the current-carrying state Magnetic field of the permanent magnet influenced so that the armature can be transferred to the release position (EP 0 305 321 A1).

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen bistabilen magnetischen Antrieb der oben beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß bei kompaktem Aufbau des Antriebs die Ansprechzeit kurz ist und eine große Kraft zur Bewegung des mechanischen Glieds erzeugt werden kann.The invention is based on the problem of a bistable magnetic drive of the above described type to develop so that with a compact structure of the Drive the response time is short and a great force to move the mechanical link can be generated.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by the characterizing features of claim 1.  

Der stationäre Dauermagnet hält den Anker bei stromlosen Spulen in der einen oder anderen Endlage fest, in der jeweils eine Stirnseite des Ankers an einer Innenwand des Jochs anliegt. Dabei verlaufen die Feldlinien der magnetischen Induktion über den Polschub, das Joch, den Dauermagneten und den Anker. Um den Anker von einer Endlage in die andere zu bewegen, wird wenigstens die Spule erregt, in die der Anker nur teilweise hineinragt. Der Antrieb hat eine kurze Anzugverzögerung, d. h. die Zeit zwischen dem Anlegen der Spannung an die Spule und dem Beginn der Ankerbewegung ist sehr kurz. Außerdem wird mit dem Anker eine große Kraft erzeugt. Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der Dauermagneten und Spulen ist es möglich, die Ankerverschiebung durch Erregung je einer Spule oder beider Spulen gemeinsam hervorzurufen.The stationary permanent magnet holds the armature in one when the coils are de-energized or other end position, in each of which one end face of the armature abuts an inner wall of the yoke. The field lines of the magnetic induction via the pole shift, the yoke, the permanent magnet and the anchor. To move the anchor from one end position to the other move, at least the coil is excited, in which the armature is only partially protrudes. The drive has a short pull-in delay, i. H. the time between the application of voltage to the coil and the beginning of the Anchor movement is very short. In addition, the anchor becomes a big one Power creates. In the arrangement of the Permanent magnets and coils make it possible to move the armature through Excitation of one coil or both coils.

Vorzugsweise ist der Anker an den außen liegenden Weicheisenblechen mit Platten verbunden, die beiderseits über die Enden des Jochs hinausragen und an den Enden durch Querträger miteinander verbunden sind, von denen einer mit einer Welle verbunden ist, die längs der durch den Anker verlaufenden Mittelachse geführt ist, und der andere mit einer Stange verbunden ist, die mit ihrer Mittelachse längs der durch den Anker verlaufenden Mittelachse geführt und unmittelbar oder über einen Lenkermechanismus mit dem Betätigungsorgan eines beweglichen Schaltkontakts verbunden ist. Der Anker ist bei dieser Ausführungsform außerhalb des Jochs gelagert. Das Joch, die Polschuhe, der Anker und die Dauermagnete können daher bezüglich des magnetischen Kreises unbehindert von Lagern optimal aufeinander abgestimmt sein.The anchor is preferably attached to the outer soft iron sheets Plates connected, which protrude on both sides over the ends of the yoke and connected at the ends by cross members, of which one is connected to a shaft that runs along that through the anchor extending central axis, and the other with a rod connected with its central axis along that through the anchor extending central axis and directly or over a Handlebar mechanism with the actuator of a movable Switch contact is connected. The anchor is in this embodiment stored outside the yoke. The yoke, the pole pieces, the anchor and the Permanent magnets can therefore with respect to the magnetic circuit be optimally coordinated with one another without the need for bearings.

Besonders günstig ist es, wenn eine erste Feder, die zwischen einem mit dem Anker beweglichen Anschlag und einem ortsfesten Anschlag angeordnet ist, in der Einschaltstellung des Schalters stärker gespannt ist als in der Ausschaltstellung des Schalters, wobei das Ende der Stange mit einem in einem Langloch eines Isolierteils angreifenden Stift verbunden ist, und wobei eine zweite Feder zwischen einem mit dem Anker beweglichen Anschlag und einem Ende eines mit der Stange des beweglichen Schaltkontakts starr verbundenen Isolierteils angeordnet ist. In jeder der beiden Endpositionen des Ankers ist eine der beiden Federn gespannt und die andere weniger gespannt oder nicht mehr wirksam. It is particularly favorable if a first spring, which is between one with the anchor movable stop and a fixed stop is arranged, is more excited in the switch on position than in the off position of the switch, the end of the rod with is connected to a pin engaging in an elongated hole of an insulating part, and a second spring between one movable with the armature Stop and one end of one with the rod of the movable Switching contact rigidly connected insulating part is arranged. In each of the both end positions of the armature, one of the two springs is tensioned and the other less tense or no longer effective.  

Der durch die Dauermagnete in der jeweiligen Endposition bei stromlosen Spulen gehaltene Anker nimmt bei geöffneten Schalterkontakten die von der ersten Feder, der Einschaltfeder, ausgehende Kraft auf. Bei geschlossenen Schalterkontakten nimmt der Anker die von der gespannten zweiten Feder, der Ausschaltfeder, ausgehende Kraft auf. Ein Vorteil dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Bewegung des Ankers bei einem Schaltvorgang nicht nur durch die mit dem magnetischen Kreis erzeugte Kraft sondern auch durch die Federkraft beeinflußt wird. Die Anfangsbeschleunigung des Ankers in beiden Richtungen wird hierdurch erhöht. Dies bedeutet, daß mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung besondere kurze Schaltzeiten sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten erreichbar sind, wodurch die Kontakte durch Überschläge und Lichtbogenströme weniger beansprucht werden.The by the permanent magnets in the respective end position when de-energized Coil-held armature takes the from when the switch contacts are open the first spring, the closing spring, outgoing force. At When the switch contacts are closed, the armature takes the tension from the second spring, the opening spring, outgoing force. An advantage of this The device can be seen in the fact that the movement of the armature in one Switching process not only generated by the magnetic circuit Force but is also influenced by the spring force. The This will accelerate the initial acceleration of the armature in both directions elevated. This means that with the device described above particularly short switching times when switching on and off can be reached, so that the contacts by rollovers and Arc currents are less stressed.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die Dauermagnete aus Seltenerdmagneten, insbesondere Samarium-Kobalt. Mit Dauermagneten aus diesem Material lassen sich hohe magnetische Feldstärken im Anker erzeugen. Wenn die Spulen mit ihren Nennströmen beaufschlagt sind, bewirken die hierdurch im Anker hervorgerufenen weiteren Felder in Verbindung mit den von den Dauermagneten erzeugten Felder große Kräfte im Anker, so daß der Anker einer großen Beschleunigung ausgesetzt ist. Weiterhin ist das von den Samarium-Kobalt- Dauermagneten erzeugte Magnetfeld sehr beständig, auch wenn Einflüsse des Spulenmagnetfelds dem Dauermagnetfeld entgegenwirken. Sehr günstig für eine hohe Ankerbeschleunigung oder Ankerbewegung ist es, wenn beide Spulen gemeinsam von Strömen gleicher Richtung durchflossen werden. Damit wird eine wesentliche Verstärkung des Spulenmagnetfelds erzielt.In a particularly preferred embodiment, the Permanent magnets made from rare earth magnets, especially samarium cobalt. With Permanent magnets made of this material can be high magnetic Generate field strengths in the anchor. If the coils with their nominal currents acted upon, cause the thereby caused in the anchor other fields in connection with those generated by the permanent magnets Fields large forces in the anchor, so that the anchor of a large Acceleration is exposed. Furthermore, this is from the samarium cobalt Permanent magnets generated a very stable magnetic field, even when influenced of the coil magnetic field counteract the permanent magnetic field. Very it is favorable for a high anchor acceleration or anchor movement, when both coils flowed through together in the same direction become. This will significantly increase the coil magnetic field achieved.

Vorzugsweise bestehen die lamellierten Bleche des Ankers und des Jochs aus nichtkornorientiertem Eisen der Type V 800-50 A. Es hat sich gezeigt, daß mit diesem Material eine rasche Bewegung des Ankers nach dem Beaufschlagen der Spulen mit der für die Erzeugung des gewünschten Magnetfelds notwendigen Spannung erreicht wird.The laminated sheets of the armature and the yoke are preferably made made of non-grain oriented iron of type V 800-50 A. It has been shown that with this material a rapid movement of the anchor after Applying the coils to produce the desired one Magnetic field necessary voltage is reached.

Zur Herstellung eines bistabilen magnetischen Antriebs mit einer geringeren Ausdehnung in Bewegungsrichtung des Ankers ist es günstig, einen der Querträger mit dem einen Ende eines Hebelmechanismus zu verbinden, der die Kraft des Ankers auf eine den beweglichen Kontakt betätigende Stange überträgt, deren Achse parallel zur Mittelachse des Ankers verläuft. Mit einer solchen Anordnung läßt sich ein kompakter Leistungsschalter ausbilden, bei dem der bistabile Antrieb und der Vakuumschalter nebeneinander angeordnet sind. Der bistabile magnetische Antrieb, der Hebelmechanismus und der Vakuumschalter sind vorzugsweise mit weiteren Teilen des Leistungsschalters in einem mit Isoliergas gefüllten Gehäuse angeordnet. Dieses Gehäuse kann aufgrund des Isoliergases, bei dem es sich insbesondere um SF6 handelt, kleine Abmessungen haben.To produce a bistable magnetic drive with a smaller extension in the direction of movement of the armature, it is advantageous to connect one of the cross members to one end of a lever mechanism which transmits the force of the armature to a rod actuating the movable contact, the axis of which is parallel to the central axis of the Anchor runs. With such an arrangement, a compact circuit breaker can be formed in which the bistable drive and the vacuum switch are arranged side by side. The bistable magnetic drive, the lever mechanism and the vacuum switch are preferably arranged with other parts of the circuit breaker in a housing filled with insulating gas. This housing can have small dimensions due to the insulating gas, which is in particular SF 6 .

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described below with reference to a drawing illustrated embodiment described in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen bistabilen Antrieb für eine Vakuum-Schaltkammer eines Leis­ tungsschalters im Längsschnitt; FIG. 1 is a bistable drive for a vacuum interrupter of a Leis tung switch in longitudinal section;

Fig. 2 die Vorrichtung gem. Fig. 1 im Schnitt längs der Linien I-I; Fig. 2 shows the device. Figure 1 in section along the lines II.

Fig. 3 einen Lastschalter schematisch in Seitenansicht und Fig. 3 shows a load switch schematically in side view

Fig. 4 eine Einzelheit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung. Fig. 4 shows a detail of the device shown in Fig. 2.

Ein Leistungsschalter 1 enthält eine Vakuumschaltkammer 2 üblicher Bauart, die einen nicht näher dargestellten feststehenden Kontakt und einen nicht näher dargestellten beweglichen Kontakt aufweist, der über eine aus dem Schaltkammergehäuse herausragende elektrisch leitende Stange 3 betätigbar ist. Auf dieser Stange 3 ist eine elektrisch leitende Bürde aufgeklemmt, die eine elektrische Verbindung zu einer feststehenden Anschlußklemme trägt. Die Stange 3 ist mit einer axial verschiebbar gelagerten Stange 33 über ein elektrisch isolierendes Zwischenstück 36 verbunden. Das eine Ende der Stange 33 ragt in eine Buchse 4, die mit einem nicht näher bezeichneten Fuß an einer Platte 5 befestigt ist, die eine rechteckige Auflagefläche hat. Im Abstand von der Platte 5 befindet sich eine weitere, gleich ausgebildete Platte 6, die spiegelbildlich zur Platte 5 angeordnet ist und eine Buchse 7 trägt, deren Mittelachse sich in Längsrichtung der Mittelachse der Buchse 4 erstreckt. Die Buchse 7 ragt in den Raum außerhalb des Raums zwischen den Platten 5, 6. Im Raum zwischen den beiden Platten 5, 6 befindet sich ein bistabiler magnetischer Antrieb 8. A circuit breaker 1 contains a vacuum interrupter 2 of conventional design, which has a fixed contact (not shown in detail) and a movable contact (not shown in more detail ) which can be actuated via an electrically conductive rod 3 protruding from the interrupter housing. On this rod 3 , an electrically conductive burden is clamped, which carries an electrical connection to a fixed terminal. The rod 3 is connected to an axially displaceably mounted rod 33 via an electrically insulating intermediate piece 36 . One end of the rod 33 protrudes into a bushing 4 , which is fastened with a foot (not designated in more detail) to a plate 5 , which has a rectangular contact surface. At a distance from the plate 5 is a further plate 6 of the same design, which is arranged in mirror image of the plate 5 and carries a bushing 7 , the central axis of which extends in the longitudinal direction of the central axis of the bushing 4 . The socket 7 projects into the space outside the space between the plates 5 , 6 . A bistable magnetic drive 8 is located in the space between the two plates 5 , 6 .

Der bistabile magnetische Antrieb 8 enthält einen beweglich angeordneten Anker 9 der im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist. Der längliche Quaderkörper des Ankers 9 verjüngt sich etwas an seinen zwei schmalen Stirnseiten. Der Anker 9 besteht aus lamellierten Weicheisenblechen 10. Das Material der Weicheisenbleche ist insbesondere nichtkornorientiertes Eisenblech der Type V 800-50 A. In der Mitte des Ankers 9 sind nebeneinander zwei Löcher 11 angeordnet, die sich durch den Anker 9 hindurch erstrecken. Die Löcher 11 verlaufen unter einem Winkel von 90° zur Längsachse 12 des Ankers 9, der so innerhalb der Platten 5, 6 angebracht ist, daß die Längsachse 12 und die Mittelachsen der Buchsen 4, 7 längs der gleichen Linie verlaufen.The bistable magnetic drive 8 contains a movably arranged armature 9 which is essentially cuboid. The elongated cuboid body of the armature 9 tapers somewhat at its two narrow end faces. The anchor 9 consists of laminated soft iron sheets 10 . The material of the soft iron sheets is in particular non-grain-oriented iron sheet of the type V 800-50 A. In the middle of the armature 9 , two holes 11 are arranged side by side, which extend through the armature 9 . The holes 11 run at an angle of 90 ° to the longitudinal axis 12 of the armature 9 , which is mounted within the plates 5 , 6 , that the longitudinal axis 12 and the central axes of the bushes 4 , 7 run along the same line.

Zwischen den Platten 5 und 6 befindet sich ein magnetisches Joch 13, das aus lamellierten Weicheisenblechen 14 zusammengesetzt ist. Die Weicheisenbleche 14, die ebenso wie die Weicheisenbleche 10 vorzugsweise aus nicht kornorientiertem V 800-50-Eisen bestehen, haben etwa die Form eines länglichen rechteckigen Rahmens. Im Inneren dieses Rahmens befindet sich der Anker 9. Der Anker 9 ist in der Mitte des Rahmens beweglich angeordnet. Die rechteckigen Eisenbleche 14 haben jeweils eine kurze Seite 15 und eine lange Seite 16. Die kurzen Seiten 15 sind jeweils an die Platten 5, 6 angelehnt. Von den Mitten der langen Seiten 16 springen gegen das Innere des Rahmens hin Polschuhe 17 vor, die jedoch nicht bis zum Anker 9 verlaufen. Es verbleibt ein gewisser Abstand zwischen den Enden der Polschuhe 17 und der Außenseite des Ankers 9. Die Weicheisenbleche 10, 14 sind in gleichen Ebenen aufeinander geschichtet, d. h. die Schmalseiten der Weicheisenbleche 10, 14 sind einander zugewandt.There is a magnetic yoke 13 between the plates 5 and 6 , which is composed of laminated soft iron sheets 14 . The soft iron sheets 14 , which, like the soft iron sheets 10, preferably consist of non-grain-oriented V 800-50 iron, have approximately the shape of an elongated rectangular frame. The anchor 9 is located inside this frame. The anchor 9 is movably arranged in the middle of the frame. The rectangular iron sheets 14 each have a short side 15 and a long side 16 . The short sides 15 are each based on the plates 5 , 6 . Pole shoes 17 project from the middle of the long sides 16 toward the interior of the frame, but do not extend to the anchor 9 . There remains a certain distance between the ends of the pole shoes 17 and the outside of the armature 9 . The soft iron sheets 10 , 14 are layered on top of one another in the same planes, ie the narrow sides of the soft iron sheets 10 , 14 face one another.

Der längliche Anker 9 ist in der Mitte des Rahmens so angeordnet, daß er zwei verschiedene Endlagen haben kann. Der Anker 9 ist daher nicht so lang wie der Abstand der Seiten 15 im Inneren des Rahmens. In der einen Endlage liegt der Anker 9 mit seiner einen Stirnseite an den Seiten 15 an, die an die Platte 6 angrenzen. In der anderen Endlage liegt der Anker 9 mit seiner anderen Stirnseite an den Seiten 15 an, die an die Platte 5 angrenzen. In den Räumen zwischen den der Rahmenmitte zugewandten Oberflächen der Polschuhe 17 und dem Anker 9 befinden sich Dauermagnete 18, 19, die an den Polschuhen 17 befestigt sind. Zwischen den Dauermagneten 18, 19 und dem Anker 9 befinden sich geringe Luftspalte, die nicht näher dargestellt sind. The elongated anchor 9 is arranged in the middle of the frame so that it can have two different end positions. The anchor 9 is therefore not as long as the distance between the sides 15 inside the frame. In the one end position, the armature 9 rests with its one end face on the sides 15 which adjoin the plate 6 . In the other end position, the armature 9 rests with its other end face on the sides 15 which adjoin the plate 5 . In the spaces between the surfaces of the pole shoes 17 facing the center of the frame and the armature 9 there are permanent magnets 18 , 19 which are fastened to the pole shoes 17 . There are small air gaps between the permanent magnets 18 , 19 and the armature 9 , which are not shown in detail.

Zwischen den Seitenwänden der Polschuhe 17 und den Seiten 15 bzw. 16 sind jeweils Spulen 20, 21 angeordnet, die dem Anker 9 zugewandte Oberflächen haben, die durch nicht näher bezeichnete kleine Abstände vom Anker 9 getrennt sind. Der Anker 9 ist so lang, daß er sich in beiden Endlagen über die gesamte Oberfläche der Polschuhe 17 erstreckt.Between the side walls of the pole pieces 17 and the sides 15 and 16, coils 20, 21 are arranged, which have 9 surfaces facing the armature, the small by unspecified distances are separated from the armature. 9 The armature 9 is so long that it extends over the entire surface of the pole shoes 17 in both end positions.

Die beiden Dauermagnete 18, 19 sind jeweils mit einem Pol von gleicher Polarität dem Anker 9 zugewandt. Beispielsweise stehen die Dauermagnete 18, 19 mit Nordpolen dem Anker 9 gegenüber.The two permanent magnets 18 , 19 each face the armature 9 with a pole of the same polarity. For example, the permanent magnets 18 , 19 with north poles face the armature 9 .

Die Spulen 20, 21 können einzeln an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossen werden. Es ist auch möglich, die beiden Spulen 20, 21 parallel an eine Betriebsspannungsquelle so anzuschließen, daß sie von gleichsinnigen Strömen durchflossen werden. Auch eine Reihenschaltung derart, daß die Spulen 20, 21 von gleichsinnigen Strömen durchflossen werden, mit einer entsprechend hohen Betriebsspannung kann vorgenommen werden. Die Stromrichtung in den Spulen ändert sich in Abhängigkeit davon, in welcher Endposition der Anker 9 bewegt werden soll.The coils 20 , 21 can be connected individually to an operating voltage source. It is also possible to connect the two coils 20 , 21 in parallel to an operating voltage source in such a way that currents flow through them in the same direction. A series connection such that coils 20 , 21 flow through them in the same direction, with a correspondingly high operating voltage can be carried out. The direction of current in the coils changes depending on the end position in which the armature 9 is to be moved.

Die beiden äußeren Weicheisenbleche 10 des Ankers 9 sind mittels Schrauben 22 und Bolzen 23, die in die Löcher 11 eingesetzt sind, mit Platten 24 aus nichtmagnetischem Material verbunden, die das Joch 13 auf zwei Seiten parallel zur Längsachse 12 überragen. Das Joch 13 ist deshalb nicht ganz so stark wie der Anker 9. In den Platten 5, 6 befinden sich Aussparungen 25 also Durchlässe für die schmalen Platten 24. Die beiden Platten 24 sind an einem Ende durch einen Querträger 26 miteinander verbunden, der z. B. an den Platten 24 angeschraubt ist.The two outer soft iron sheets 10 of the armature 9 are connected by means of screws 22 and bolts 23 , which are inserted into the holes 11 , with plates 24 made of non-magnetic material, which project beyond the yoke 13 on two sides parallel to the longitudinal axis 12 . The yoke 13 is therefore not quite as strong as the armature 9 . There are recesses 25 in the plates 5 , 6 , that is, passages for the narrow plates 24 . The two plates 24 are connected at one end by a cross member 26 which, for. B. is screwed to the plates 24 .

An den beiden anderen Enden sind die Platten 24 durch einen Querträger 27 miteinander verbunden, der ebenfalls an den Platten 24 angeschraubt sein kann.At the other two ends, the plates 24 are connected to one another by a cross member 27 , which can also be screwed to the plates 24 .

Der Querträger 26 ist mit einer Welle 28 verbunden, deren eines Ende in der Buchse 7 axial verschiebbar gelagert ist. Weiterhin grenzt an den Querträger 26 ein Anschlag 29 an, der nach Art einer Buchse die Welle 28 umgibt und in einer Platte 30 axial verschiebbar gelagert ist, die parallel zu den Platten 5 und 6 verläuft. Am Anschlag 29 stützt sich eine erste Feder 31 mit einem Ende ab, deren anderes Ende an einer weiteren Platte 32 angelehnt ist, die zu der Platte 30 parallel angeordnet ist. The cross member 26 is connected to a shaft 28 , one end of which is axially displaceably mounted in the bushing 7 . Furthermore, a stop 29 adjoins the crossmember 26 , which surrounds the shaft 28 in the manner of a bush and is axially displaceably mounted in a plate 30 which runs parallel to the plates 5 and 6 . A first spring 31 is supported on the stop 29 with one end, the other end of which is leaned against a further plate 32 which is arranged parallel to the plate 30 .

Der Querträger 27 ist an einer Stange 33 befestigt die mit einem Ende in der Buchse 4 axial verschiebbar gelagert ist. Am Querträger 27 stützt sich ein Anschlag 34 ab, der die Stange 33, die durch den Querträger 27 hindurchragt, umgibt und buchsenförmig ausgebildet ist.The cross member 27 is fastened to a rod 33 which is axially displaceably supported at one end in the bush 4 . On the cross member 27, a stopper 34 is supported, which surrounds the rod 33 which extends through the cross member 27, and is formed sleeve-shaped.

Gegen eine Fläche des Anschlags 34 ist eine zweite Feder 35 mit einem Ende angelehnt. Das andere Ende der Feder 35 ist an einen die Welle 33 umgebenden Anschlag 36 angelehnt. In der Stange 33 sitzt ein Stift quer zur Längsachse fest, welcher ein Langloch 40 im Isolierteil durchdringt. In der in der Zeichnung dargestellten ausgeschalteten Stellung wird der Stift unter der Wirkung der Feder 35 an das obere Ende des Langlochs 40 gedrückt. In dieser Stellung ist die Federkraft der Feder 35 innerhalb der beweglichen Teile an sich abgestützt. Die drei Teile 33, 34 und 36 können als festverbundene Teile betrachtet werden. Gegen das Ende der Einschaltbewegung des magnetischen Antriebs kommt der bewegliche Kontakt zum Anschlag mit dem festen Kontakt. Der weitere Hub des Ankers komprimiert die Feder 35, wodurch der Kontaktdruck erzeugt und die Bewegung verzögert wird. Diesem weiteren Hub entspricht eine Relativbewegung des Stifts im Langloch des Isolierteils. In Ausschaltstellung des Schalters wird somit eine formschlüssige Verbindung zwischen den Stangen 33 und 3 hergestellt, die erhalten bleibt, bis sich die Schaltkontakte beim Einschalten berühren. Das Gehäuse der Vakuumschaltkammer 2 ist an einer zusätzlichen Platte 37 aus isoliertem Material befestigt, die zu den Platten 5 und 6 parallel verläuft.A second spring 35 is leaned against one surface of the stop 34 at one end. The other end of the spring 35 is leaned against a stop 36 surrounding the shaft 33 . In the rod 33 , a pin is fixed transversely to the longitudinal axis, which penetrates an elongated hole 40 in the insulating part. In the switched-off position shown in the drawing, the pin is pressed under the action of the spring 35 against the upper end of the elongated hole 40 . In this position, the spring force of the spring 35 is supported per se within the moving parts. The three parts 33 , 34 and 36 can be regarded as firmly connected parts. Towards the end of the switch-on movement of the magnetic drive, the movable contact comes to a stop with the fixed contact. The further stroke of the armature compresses the spring 35 , whereby the contact pressure is generated and the movement is delayed. This further stroke corresponds to a relative movement of the pin in the elongated hole of the insulating part. When the switch is in the off position, a positive connection is thus established between the rods 33 and 3 , which is retained until the switch contacts touch when the switch is turned on. The housing of the vacuum interrupter 2 is attached to an additional plate 37 made of insulated material, which runs parallel to the plates 5 and 6 .

Die Platten 5, 6, 30, 32 und 37 sind rechtwinklig zu vier Stangen 38 mit Gewinden angeordnet, die durch nicht näher dargestellte Löcher nahe an den Ecken dieser Platten verlaufen. An den Stangen 38 sind die Platten 5, 6, 30, 32 und 37 jeweils mit Muttern 39 angeschraubt. Die Fig. 1 zeigt einen Teil des Leistungsschalters 1 in dessen ausgeschaltetem Zustand, in dem der Anker 9 an den Seiten 15 der Jochbleche 13 neben der Platte 6 anliegt. The plates 5 , 6 , 30 , 32 and 37 are arranged at right angles to four rods 38 with threads which run through holes, not shown, close to the corners of these plates. The plates 5 , 6 , 30 , 32 and 37 are each screwed onto the rods 38 with nuts 39 . Fig. 1 shows a part of the circuit breaker 1 in the off state, in which the anchor 9 is applied to the sides 15 of the yoke plates 13, next to the plate 6.

In dieser Endlage des Ankers 9 ist die erste Feder 31, die auch als Einschaltfeder bezeichnet werden kann, gespannt. Die zweite Feder 35, die als Ausschaltfeder bezeichnet werden kann, hat keine Wirkung auf die beweglichen Teile. Die gespannte Feder 31 übt über den Anschlag 29, den Querträger 26 und die Platten 24 eine Kraft auf den Anker 9 aus, die durch die von den Dauermagneten 18, 19 auf den Anker 9 ausgeübte Haltekraft kompensiert wird. Der Anker 9 bleibt daher in seiner Endlage.In this end position of the armature 9 , the first spring 31 , which can also be referred to as an engagement spring, is tensioned. The second spring 35 , which can be referred to as an opening spring, has no effect on the moving parts. The tensioned spring 31 exerts a force on the armature 9 via the stop 29 , the cross member 26 and the plates 24 , which force is compensated for by the holding force exerted on the armature 9 by the permanent magnets 18 , 19 . The armature 9 therefore remains in its end position.

Wenn der Vakuumschalter eingeschaltet werden soll, muß der Anker 9 in seine andere Endlage bewegt werden. Dieser Vorgang wird durch Anlegen der Spule 21 an eine Betriebsspannung eingeleitet. Die Spule 21 wird so an die Pole einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle angeschlossen, daß das vom Dauermagnetfeld erzeugte Magnetfeld des Ankers auf der Seite der Platte 6 geschwächt und dasjenige auf der Seite der Platte 5 verstärkt wird. Dies bewirkt eine Verringerung der magnetischen Haltekraft. Sobald diese kleiner als die Haltekraft der Feder 31 geworden ist, beginnt die Einschaltbewegung unter Einwirkung der Kraft der Feder 31. Diese Bewegung bewirkt eine Vergrößerung des Luftspalts auf Seite der Platte 6 und eine Verkleinerung des Luftspalts auf Seite der Platte 5, was ein rasches Ansteigen der magnetischen Einschaltkraft erzeugt, besonders da sich das Magnetfeld in einem lamellierten Anker und Joch ausbreitet.If the vacuum switch is to be switched on, the armature 9 must be moved into its other end position. This process is initiated by applying the coil 21 to an operating voltage. The coil 21 is connected to the poles of a DC voltage source, not shown, that the magnetic field of the armature generated by the permanent magnetic field on the side of the plate 6 is weakened and that on the side of the plate 5 is reinforced. This causes a reduction in the magnetic holding force. As soon as this has become smaller than the holding force of the spring 31 , the switch-on movement begins under the action of the force of the spring 31 . This movement causes an increase in the air gap on the plate 6 side and a decrease in the air gap on the plate 5 side , which produces a rapid increase in the magnetic engagement force, especially as the magnetic field spreads in a laminated armature and yoke.

Ein qualitativ gleichwertiger Effekt kann erzielt werden, indem nur die Spule 21 oder beide Spulen in Serie oder parallel an die Spannungsquelle angelegt werden. Der Unterschied zwischen diesen 3 Variationen ist quantitativ. Unter der Einwirkung der Einschaltfeder 31 und der weiter zunehmenden Kraft, die von der bzw. den Spulen 20, 21 auf den Anker 9 ausgeübt wird, setzt sich dieser schnell in Bewegung, wodurch der bewegliche Kontakt über die Welle 33 und die Stange 3 geschlossen wird. Zugleich wird die Ausschaltfeder 35 gespannt. Mit dem Anlegen der Stirnseite des Ankers 9 an den unteren Seiten 15 der Weicheisenbleche 13 ist der Einschaltvorgang beendet. Durch geeignete Wahl des Zeitpunkts der Stromunterbrechung der Spule(n) 20 oder 21 kann die dem System zugeführte elektrische Energie dosiert werden. Da der Einschaltvorgang sehr schnell abläuft, ist die Gefahr von Kontaktschäden durch Spannungsüberschläge beim Einschalten gering. A qualitatively equivalent effect can be achieved by applying only the coil 21 or both coils in series or in parallel to the voltage source. The difference between these 3 variations is quantitative. Under the action of the switch-on spring 31 and the further increasing force exerted by the coil or coils 20 , 21 on the armature 9 , the armature 9 starts to move rapidly, as a result of which the movable contact via the shaft 33 and the rod 3 is closed . At the same time, the opening spring 35 is tensioned. With the application of the end face of the armature 9 on the lower sides 15 of the soft iron sheets 13 , the switch-on process is ended. The electrical energy supplied to the system can be metered through a suitable choice of the point in time at which the current of the coil (s) 20 or 21 is interrupted. Since the switch-on process is very quick, the risk of contact damage due to voltage flashovers when switching on is low.

Beim Ausschalten werden die Spulen 20, 21 in der oben beschriebenen Weise mit umgekehrten Stromrichtungen betrieben. Es können wiederum wahlweise die Spulen 20, 21 oder beide Spulen zum Magnetfeldaufbau herangezogen werden. Wenn beim Einschalten der Spulen das magnetische Spulenfeld so stark geworden ist, daß die von der Spule oder den Spulen auf den Anker 9 ausgeübte Kraft die Haltekraft der Dauermagnete 18, 19 aufhebt, beginnt sich der Anker 9 sowohl unter dem Einfluß der gespannten Feder 35 als auch der vom Spulenfeld ausgeübten Kraft schnell zu bewegen, wodurch die Schaltkontakte über die Platten 24, die Welle 33 und die Stange 3 geöffnet werden. Der Anker 9 bewegt sich dann in die in Fig. 1 und 2 dargestellte obere Endlage, wobei die Ausschaltfeder 35 entspannt und die Einschaltfeder 31 gespannt wird. Als Material für die Dauermagnete 18, 19 werden vorzugsweise Seltene Erden, insbesondere Samarium-Kobalt verwendet. Mit derartigen Dauermagneten kann bei kleinen Abmessungen eine hohe Haltekraft erzeugt werden. Außerdem haben sie eine große Koezitivfeldstärke und Remanenz.When switched off, the coils 20 , 21 are operated in the manner described above with reverse current directions. Again, the coils 20 , 21 or both coils can be used to build up the magnetic field. If, when the coils are switched on, the magnetic coil field has become so strong that the force exerted by the coil or coils on the armature 9 cancels the holding force of the permanent magnets 18 , 19 , the armature 9 begins both under the influence of the tensioned spring 35 and also to move the force exerted by the coil field quickly, as a result of which the switching contacts are opened via the plates 24 , the shaft 33 and the rod 3 . The armature 9 then moves into the upper end position shown in FIGS. 1 and 2, the opening spring 35 being relaxed and the closing spring 31 being tensioned. Rare earths, in particular samarium-cobalt, are preferably used as the material for the permanent magnets 18 , 19 . With permanent magnets of this type, a high holding force can be generated with small dimensions. They also have a large coercive force and remanence.

Dank der großen Koezitivfeldstärke dieser Dauermagnete ist es möglich, trotz deren entmagnetisierenden Wirkung auf den Dauermagneten beim Ausschalten auch die Spule 21 und beim Einschalten auch die Spule 20 an die Spannung zu legen.Thanks to the large coercive field strength of these permanent magnets, it is possible, despite their demagnetizing effect on the permanent magnet, to apply voltage to the coil 21 when switching off and also to switch coil 20 on.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung hat eine gegenüber der Breite große Länge. Der Lastschalter kann aber auch so aufgebaut werden, daß er sich anderen räumlichen Bedingungen anpaßt.The device shown in FIG. 1 has a length that is large compared to its width. The load switch can also be constructed so that it adapts to other spatial conditions.

Die Fig. 3 zeigt einen Lastschalter mit einem geschlossenen Gehäuse 40. Im Gehäuse 40 ist der bistabile magnetische Antrieb 8 neben einer Vakuumschaltkammer 2 angeordnet. Der Antrieb 8 ist auf die in Fig. 1 und 2 dargestellte Art mit einer Welle 28 sowie einem nicht dargestellten Anschlag und einer Einschaltfeder versehen und enthält eine Welle 41, die axial verschiebbar gelagert ist, aber keine Ausschaltfeder aufweist. Die Welle 41 ist an einem Ende mit einem Arm eines doppelarmigen Hebels 45 verbunden. Der andere Hebelarm des Hebels 45 wirkt auf eine Stange 44, die auf die in Fig. 1 und 2 dargestellte Art mit der Ausschaltfeder versehen ist und den beweglichen Kontakt der Vakuumkammer 2 betätigt. In einer Wand des hermetisch geschlossenen Gehäuses 40 sind Durchführungen 46, 47 vorgesehen. FIG. 3 shows a circuit breaker with a closed housing 40. The bistable magnetic drive 8 is arranged in the housing 40 next to a vacuum interrupter 2 . The drive 8 is provided in the manner shown in FIGS. 1 and 2 with a shaft 28 and a stop (not shown) and an engagement spring and contains a shaft 41 which is axially displaceably mounted but has no opening spring. The shaft 41 is connected at one end to an arm of a double-armed lever 45 . The other lever arm of the lever 45 acts on a rod 44 , which is provided in the manner shown in FIGS. 1 and 2 with the switch-off spring and actuates the movable contact of the vacuum chamber 2 . Feedthroughs 46 , 47 are provided in a wall of the hermetically sealed housing 40 .

Das Gehäuse 40 ist mit SF6-Gas gefüllt, wodurch sich der Lastschalter 1 mit besonders kleinen Abmessungen herstellen läßt.The housing 40 is filled with SF 6 gas, as a result of which the load switch 1 can be produced with particularly small dimensions.

Claims (11)

1. Bistabiler magnetischer Antrieb für einen elektrischen Schalter, mit Dauermagnet und Spule, der mit einem längsverschieblich geführten Anker aus Weicheisen mit wenigstens einem mechanischen Glied kraftschlüssig zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) aus lamellierten Weicheisenblechen (10) besteht und in einem von einem rechteckigen Joch (13) aus lamelierten Weicheisenblechen (14) umgebenen Raum zwischen zwei, mit gleichen Polen dem Anker (9) zugewandten Dauermagneten (18, 19) axial verschiebbar angeordnet ist, die je zwischen dem Anker (9) und einem Polschuh (17) stationär angebracht sind, der in das Joch (13) übergeht, und daß beiderseits der Polschuhe (17) jeweils eine Spule (20, 21) innerhalb des Jochs (13) angeordnet ist.1. Bistable magnetic drive for an electrical switch, with permanent magnet and coil, which interacts with a longitudinally guided armature made of soft iron with at least one mechanical link, characterized in that the armature ( 9 ) consists of laminated soft iron sheets ( 10 ) and in one by a rectangular yoke ( 13 ) made of laminated soft iron sheets ( 14 ) between two permanent magnets ( 18 , 19 ) facing the armature ( 9 ) with the same poles and axially displaceable, each between the armature ( 9 ) and a pole piece ( 17 ) are stationary, which merges into the yoke ( 13 ), and that on both sides of the pole shoes ( 17 ) a coil ( 20 , 21 ) is arranged inside the yoke ( 13 ). 2. Bistabiler magnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) an seinen außen liegenden Weicheisenblechen (10) mit Platten (24) verbunden ist, die beiderseits über die Enden des Jochs (13) hinausragen und an den Enden durch Querträger (26, 27) miteinander verbunden sind, von denen einer mit einer Welle verbunden ist, die längs der durch den Anker (9) verlaufenden Mittelachse (12) geführt ist, und der andere (27) mit einer Stange (33) verbunden ist, die mit ihrer Mittelachse (12) längs der durch den Anker verlaufenden Mittelachse (12) geführt ist und unmittelbar oder über einen Lenkermechanismus mit dem Betätigungsorgan eines beweglichen Schaltkontakts verbunden ist. 2. Bistable magnetic drive according to claim 1, characterized in that the armature ( 9 ) on its outer soft iron sheets ( 10 ) is connected to plates ( 24 ) which protrude on both sides over the ends of the yoke ( 13 ) and at the ends by Cross members ( 26 , 27 ) are connected to one another, one of which is connected to a shaft which is guided along the central axis ( 12 ) extending through the armature ( 9 ) and the other ( 27 ) is connected to a rod ( 33 ) , which is guided with its central axis ( 12 ) along the central axis ( 12 ) extending through the armature and is connected directly or via a link mechanism to the actuating member of a movable switching contact. 3. Bistabiler magnetischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (33) mit ihrem Ende in einer Führung des Betätigungsorgans derart längsverschieblich gelagert ist, daß in Ausschaltstellung des Schalters eine formschlüssige Verbindung zwischen Stange (33) und Betätigungsorgan und in Einschaltstellung eine unter Federvorspannung stehende Verbindung besteht.3. Bistable magnetic drive according to claim 1 or 2, characterized in that the rod ( 33 ) is mounted with its end in a guide of the actuating member such that in the off position of the switch a positive connection between the rod ( 33 ) and actuating member and in Switch-on position there is a connection under spring preload. 4. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Feder (31) die zwischen einem mit dem Anker (9) beweglichen Anschlag (29) und einem ortsfesten Anschlag angeordnet ist, in der Einschaltstellung des Schalters stärker gespannt ist als in der Ausschaltstellung des Schalters, daß das Ende der Stange (33) mit einem in ein Langloch (40) eines Isolierteils eingreifenden Stift verbunden ist und daß eine zweite Feder (35) zwischen einem mit dem Anker (9) beweglichen Anschlag (34) und einem Ende eines mit der Stange (3) des beweglichen Schaltkontakts starr verbundenen Isolierteils (36) angeordnet ist.4. Bistable magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that a first spring ( 31 ) which is arranged between a movable with the armature ( 9 ) stop ( 29 ) and a fixed stop, is tensioned more in the switch-on position than in the switched-off position of the switch, that the end of the rod ( 33 ) is connected to a pin engaging in an elongated hole ( 40 ) of an insulating part and that a second spring ( 35 ) between a stop ( 34 ) movable with the armature ( 9 ) and one end of an insulating part ( 36 ) which is rigidly connected to the rod ( 3 ) of the movable switching contact is arranged. 5. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (18, 19) aus Seltenerdmagneten bestehen.5. Bistable magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets ( 18 , 19 ) consist of rare earth magnets. 6. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (18, 19) aus Samarium-Kobalt bestehen.6. Bistable magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets ( 18 , 19 ) consist of samarium cobalt. 7. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens beim Ausschalten oder mindestens beim Einschalten beide Spulen derart an eine Spannungsquelle gelegt sind, daß sie gleichsinnig von Strömen durchflossen werden. 7. Bistable magnetic drive according to one of the preceding Expectations, characterized, that at least when switching off or at least when switching on both coils are connected to a voltage source such that they flows through in the same direction.   8. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lamellierten Weicheisenbleche (10, 14) des Ankers (9) und des Jochs (14) aus nichtkornorientiertem Eisen bestehen.8. Bistable magnetic drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the laminated soft iron sheets ( 10 , 14 ) of the armature ( 9 ) and the yoke ( 14 ) consist of non-grain-oriented iron. 9. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Querträger (26) über eine Welle (28) an ein Ende eines Hebelmechanismus angelenkt ist, der mit einer den beweglichen Kontakt des Schalters betätigende Stange verbunden ist.9. Bistable magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that one of the cross members ( 26 ) is articulated via a shaft ( 28 ) to one end of a lever mechanism which is connected to a rod actuating the movable contact of the switch. 10. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Vakuumschalter für Mittelspannung ist.10. Bistable magnetic drive according to one of the preceding Expectations, characterized, that the switch is a vacuum switch for medium voltage. 11. Bistabiler magnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter und der bistabile magnetische Antrieb (8) in einem mit Isoliergas gefüllten Gehäuse (40) angeordnet sind.11. Bistable magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the switch and the bistable magnetic drive ( 8 ) are arranged in a housing ( 40 ) filled with insulating gas.
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