DE60035748T2

DE60035748T2 - Elektromagnetischer Antrieb mit zwei Rückstellfedern

Info

Publication number: DE60035748T2
Application number: DE60035748T
Authority: DE
Inventors: Pierre Baginski; Daniel Rota
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: FR2798506A1; DE60035748D1; JP2001103724A; FR2798506B1; EP1085532A1; US6265957B1; EP1085532B1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Antriebselement, insbesondere für einen Auslöser eines elektrischen Schaltgeräts.
7 zeigt ein Antriebselement bekannter Art gemäß dem bisherigen Stand der Technik. Dieses Antriebselement 110 umfasst einen feststehenden Magnetkreis 112 aus einem ferromagnetischen Werkstoff, der als Rahmengehäuse ausgebildet ist, welches an einem Ende durch einen feststehenden Kern 122 abgeschlossen ist. Ein bewegliches System 114 ist dazu ausgelegt, parallel zu einer festen geometrischen Achse verschoben zu werden, und umfasst einen beweglichen Kern 116 sowie eine Stange 118, die dem beweglichen Kern zugeordnet ist und eine im feststehenden Kern 122 ausgebildete Öffnung durchragt. Eine druckwirksame Schraubenfeder 140 beaufschlagt das bewegliche System 114 in Richtung einer Ruhestellung.
Eine Spulenanordnung mit zwei feststehenden Wicklungen 130, 132 ist im Innern des Gehäuses gelagert und umgibt den beweglichen Kern 116. Diese Spulenanordnung dient dazu, einen magnetischen Fluss im Magnetkreis zu erzeugen, um das bewegliche System entgegen der Kraftwirkung der Feder 140 in Richtung des feststehenden Kerns in eine aktive Stellung zu überführen.
Eine solche Anordnung wird üblicherweise in Arbeitsstromauslösern (MX) bzw. als Einschaltspule (XF) eines Leistungsschalters eingesetzt. Bei Betätigung des Elektromagneten bewirkt ein über die beiden Spulenwicklungen 130, 132 fließender Schaltstrom die Verschiebung des beweglichen Kerns 116 und somit auch der Stange 118, die dadurch aus dem Gehäuse heraustritt und so entweder bei Verwendung eines Arbeitsstromauslösers (MX) das Abschalten des zugeordneten Leistungsschalters bzw. bei Verwendung einer Einschaltspule (XF) das Einschalten des Leistungsschalters ermöglicht. Die Betätigung des Leistungsschalters erfolgt also durch die in der Einschaltphase von den Spulen 130, 132 gelieferte elektromagnetische Energie. Anders ausgedrückt muss die Stange 118 in der Lage sein, die mechanische Arbeit zu verrichten, die zur Bewegung der ihr zugeordneten Sperrklinke erforderlich ist, wobei diese Arbeit der von der Spulenanordnung 130, 132 in der Einschaltphase gelieferten Energie entspricht. Auf die Einschaltphase folgt eine Haltephase, in deren Verlauf nur eine der beiden Spulen 130, 132 an Spannung liegt. Durch Einfügen eines Zwischenstücks 141 zwischen den beweglichen Kern und den feststehenden Kern wird ein minimaler axialer Luftspalt gewährleistet. Sinkt die Spannung unter eine Abfallschwelle, wird der Stromfluss in der Spulenanordnung unterbrochen und der bewegliche Kern 116 durch die Wirkung der Feder 140 vom feststehenden Kern zurückgezogen. Da beim Übergang in diese Stellung keine Einwirkung auf den Leistungsschalter erfolgt, ist die Härte der Feder 10 in dieser Phase verhältnismäßig unerheblich. Das Zwischenstück 141 verhindert, dass bei fehlender Stromversorgung der Spule der bewegliche Kern 116 durch Remanenzwirkung des Magnetkreises am feststehenden Kern 122 "haften" bleibt.
In einer solchen Anordnung ist die Dimensionierung der Teile, insbesondere der Feder und des Mindestluftspalts in der aktiven Stellung schwierig. Die potenzielle Energie der komprimierten Feder, von der allein die Rückkehr in die Ruhestellung abhängt, muss verhältnismäßig hoch sein, um die Energie der Remanenzfeldstärke zu überwinden. Das Vorhandensein des Luftspalts erlaubt eine Begrenzung der Haftwirkung, birgt jedoch die Gefahr eines ungewollten Abfallens, d.h. einer unbeabsichtigten Rückkehr in die Ruhestellung, insbesondere als Folge eines auf die Stange wirkenden mechanischen Stoßes oder einer starken Vibration des beweglichen Systems. Bei weiterer Verkleinerung des Luftspalts muss folglich die potenzielle Energie der Feder vergrößert werden, wodurch auch die erforderliche Wirkenergie zur Überführung desbeweglichen Systems in die aktive Stellung zunimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und die Schaffung eines elektromagnetischen Antriebselements mit hoher Ansprechempfindlichkeit, geringer Baugröße sowie niedrigem Einschalt- und Haltestrom zu ermöglichen, welches Antriebselement darüber hinaus eine geringe Empfindlichkeit gegen mechanische Stöße und Schwingungen aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektromagnetisches Antriebselement erfüllt, das folgende Komponenten umfasst:

• einen feststehenden Magnetkreis aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit • einem Gehäuse und • einem, an einem Ende des Gehäuses angeordneten und mit diesem verbundenen, feststehenden Kern,
• ein bewegliches System, das längs einer geometrischen Achse zwischen einer Ruhestellung und einer aktiven Stellung verschoben werden kann und dazu dient, durch Übergang von seiner Ruhestellung in seine aktive Stellung eine mechanische Arbeit zu verrichten, welches bewegliche System • einen beweglichen Kern, dessen axialer Luftspalt zum feststehenden Kern sich beim Übergang des beweglichen Systems von dessen Ruhestellung in dessen aktive Stellung verringert, wobei der axiale Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern und dem feststehenden Kern in der aktiven Stellung null ist, • sowie ein dem beweglichen Kern zugeordnetes Betätigungsorgan umfasst,
• eine erste Rückstellfeder, die das bewegliche System in Richtung seiner Ruhestellung beaufschlagt,
• eine Erregerschaltung mit mindestens einer feststehenden Steuerspule, die dazu ausgelegt ist, einen der Wirkung der ersten Feder entgegengerichteten magnetischen Fluss im Magnetkreis zu erzeugen, welche Erregerschaltung dazu ausgelegt ist, von einem Einschaltmodus, in dem sie eine hohe Leistung liefert, die ausreicht, um das bewegliche System von seiner Ruhestellung in seine aktive Stellung zu überführen, in einen Haltemodus umzuschalten, in dem sie eine niedrigere Leistung liefert, die dazu ausreicht, das bewegliche System in der aktiven Stellung zu halten,
• eine zweite Feder mit einer im Vergleich zur ersten Feder größeren Härte, welche Feder dazu ausgelegt ist, das bewegliche System elastisch in Richtung seiner Ruhestellung zu beaufschlagen,
• einen ersten Endanschlag,
• einen zweiten, beweglichen Endanschlag, der dazu ausgelegt ist, mindestens mit der zweiten Feder und mit dem ersten Endanschlag zusammenzuwirken, derart dass in einem ersten Teil des Axialhubs des beweglichen Systems von dessen Ruhestellung in dessen aktive Stellung der zweite Endanschlag nicht am ersten Endanschlag anliegt und die Wirkung der ersten Feder überwiegt und dass im restlichen Verlauf dieses Hubs bis zum Erreichen der aktiven Stellung der zweite Endanschlag relativ zum ersten Endanschlag blockiert wird und die Wirkung der zweiten Feder überwiegt.

Während der ersten Phase der Aktivierung ist die Wirkung der Feder mit der geringeren Härte bestimmend, so dass das bewegliche System eine hohe Beschleunigung erfährt. Am Ende der ersten Phase ist die vom beweglichen System gespeicherte kinetische Energie sehr hoch. Darüber hinaus wird der Luftspalt verringert, so dass während der zweiten Phase der Aktivierung die Kompression der zweiten Feder möglich wird. Der zu null gewordene Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern und dem feststehenden Kern trägt dazu bei, die zum Halten des Antriebselements in der aktiven Stellung erforderliche Eingangsleistung der Spulenanordnung zu verringern. Dadurch lässt sich eine höhere Festigkeit gegenüber mechanischen Stößen und Schwingungen erzielen. Im Augenblick des Rückzugs in die Ruhestellung wird die aufgrund des fehlenden Luftspalts verstärkte Wirkung der Restmagnetismus durch die zweite Feder kompensiert.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist die erste Feder zwischen dem feststehenden Kern und dem beweglichen Endanschlag, und die zweite Feder zwischen dem beweglichen Endanschlag und dem beweglichen System angeordnet, derart dass sich im ersten Teil des Bewegungshubs die Wirkungen der beiden hintereinander liegenden Federn addieren und dass im zweiten Teil des Hubs nur noch die zweite Feder wirksam ist. Ist k₁ die Härte der ersten Feder und k₂ die Härte der zweiten Feder, so ergibt sich die Federhärte des Systems in der ersten Phase zu k₁k₂,/(k₁ + k₂), wobei dieser Wert umso näher an k₁ liegt, je größer k₂ gegenüber k₁ ist. Während der zweiten Phase entspricht die Federhärte des Systems dem Wert k₂. Eine solche Anordnung mit in Wirkrichtung hintereinander montierten Federn ist besonders dann interessant, wenn vor allem die radialen Abmessungen des Antriebselements sowie der Durchmesser der Spule reduziert werden sollen.
Nach einer anderen Ausgestaltung ist die erste Feder zwischen dem feststehenden Kern und dem beweglichen System und die zweite Feder zwischen dem feststehenden Kern und dem zweiten Endanschlag angeordnet, derart dass im ersten Teil des Hubs die erste Feder allein wirksam ist und im zweiten Teil des Hubs die beiden Federn gleichzeitig arbeiten. Die Federhärte in der ersten Phase beträgt dann k₁ und die Härte in der zweiten Phase entspricht k₁ + k₂, wobei dieser Wert umso näher an k₂ liegt, je größer k₂ im Verhältnis zu k₁ ist. Diese Anordnung, die in der Praxis größere radiale Abmessungen, also bei einer gegebenen Windungszahl voluminösere Spulen mit sich bringt, erlaubt andererseits eine Reduzierung der axialen Abmessungen des Antriebselements, was in manchen Fällen vorteilhaft sein kann.
Das Verhältnis k₁/k₂ ist vorzugsweise kleiner als 1/10 und beträgt beispielsweise etwa 1/20. Selbstverständlich kann das Verhältnis Bewegungshub/Kraft mit zwei Federn genauer eingestellt werden als mit nur einer Feder variabler Härte, so dass nicht lineares Verhalten und Remanenz des Magnetkreises durch ausschließliche Verwendung von kostengünstigen Standardteilen optimal kompensiert werden können.
Zum besseren Verständnis sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Schnittansicht eines Antriebselements nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in der Ruhestellung,
2 das Antriebselement nach der ersten Ausgestaltung der Erfindung in einer Zwischenstellung,
3 das Antriebselement nach der ersten Ausgestaltung der Erfindung in der aktiven Stellung,
4 das Schaltbild einer Erregerschaltung zur Erregung des Antriebselements nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
5 die Kennlinien der Aktivierungskräfte des Antriebselements in Abhängigkeit vom jeweils ausgeführten Bewegungshub,
6 eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, jeweils in der Ruhestellung, der Zwischenstellung und der aktiven Stellung,
7 zeigt wie bereits erwähnt ein Antriebselement gemäß dem bisherigen Stand der Technik.
Die 1 bis 3 zeigen ein elektromagnetisches Antriebselement 10 mit hoher Ansprechempfindlichkeit für einen elektrischen Leistungsschalter, das einen unpolarisierten feststehenden Magnetkreis 12 umfasst, der mit einem beweglichen System 14 zusammenwirkt, welches durch einen, gleitend verschiebbaren und einem Betätigungsorgan 18 aus einem unmagnetischen Werkstoff zugeordneten beweglichen Kern 16 gebildet wird.
Der Magnetkreis besteht aus einem rahmenförmigen, ferromagnetischen Gehäuse 20, das an einem seiner Enden in einen feststehenden Kern 22 aus einem ferromagnetischen Werkstoff und an seinem anderen Ende in einen rohrförmigen Spulenkörper 24 aus einem ferromagnetischen Werkstoff übergeht, welcher Körper axial in den Innenraum des Gehäuses 20 ragt und dabei unter Ausbildung eines gleichmäßigen radialen Luftspalts einen Teil des beweglichen Kerns 16 umschließt. Im feststehenden Kern 22 ist eine axiale Durchgangsbohrung ausgebildet, die sich auf der dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Seite zu einer ersten Ausnehmung 25 und einer zweiten Ausnehmung 26 erweitert.
Im Inneren des Gehäuses 20 sind zwei Steuerspulen 30, 32 koaxial hintereinander auf einem zylindrischen Isolierstoff-Spulenkörper 34 montiert.
Das Betätigungsorgan 18 besteht aus einer Haltestange 36 und einer Stößelstange 38, die axial fluchtend hintereinander angeordnet und durch einen Rundring 39 voneinander getrennt sind.
Der rohrförmige Spulenkörper 24 und die Bohrung im feststehenden Kern 22 bestimmen eine geometrische Führungsachse für das bewegliche System. Der bewegliche Kern 16 gleitet axial im Inneren des Spulenkörpers 24 zwischen einer Ruhestellung und einer aktiven Stellung. Im beweglichen Kern ist eine axiale Durchgangsbohrung zur Aufnahme der Haltestange 36 des Betätigungsorgans 18 ausgebildet. In der Bohrung des beweglichen Kerns ist auf der dem feststehenden Kern 22 zugewandten Seite eine Auflagefläche ausgebildet, der als Sitz für den Rundring 39 des Betätigungsorgans 18 dient.
Die Stößelstange 38 ragt durch den feststehenden Kern 22 hindurch nach außen aus dem Gehäuse hervor. Die Bohrung des feststehenden Kerns 22 bildet eine axiale Führung für die Stößelstange 38. Die Stößelstange 38 dient dazu, direkt oder über einen, an ihrem Ende befestigten Schlagstift mit einer Sperrklinke (nicht dargestellt) des Schaltmechanismus' eines Leistungsschalters zusammenzuwirken.
Die erste Ausnehmung 25 des feststehenden Kerns 22 bildet einen Sitz, auf dem sich ein Ende einer ersten Rückstell-Druckfeder 40 abstützt, sowie eine Aufnahme für die Feder 40. Das andere Ende der Feder 40 stützt sich an einer Scheibe 42, die axial frei beweglich auf der Stößelstange 38 gelagert ist. Die zweite Ausnehmung 26 des feststehenden Kerns 22 bildet zwischen der in 2 gezeigten Zwischenstellung und der aktiven Stellung gemäß 3 eine Auflagefläche für die Scheibe 42. Eine zweite Druckfeder 44 stützt sich mit einem Ende am Rundring 39 des Betätigungsorgans und mit dem anderen Ende an der Scheibe 42.
Die erste Feder 40 weist eine Härte mit dem Wert k₁ auf, der deutlich kleiner ist als die Federhärte k₂ der zweiten Feder 44. In der Praxis ist das Verhältnis k₁/k₂ kleiner als 1/10 und beträgt beispielsweise etwa 1/20.
Die beiden Steuerspulen 30, 32 gehören zu einer Erregerschaltung 48 bekannter Art, so wie sie in 4 dargestellt und beispielsweise in der Druckschrift FR-A-2 290 009 beschrieben ist, mit einer Gleichrichterbrücke mit vier Schaltelementen 50 vom Typ Graetzschaltung, die wahlweise mit Wechselspannung oder Gleichspannung eingespeist werden kann. Eine als Einschaltspule 30 bezeichnete, dickdrahtige erste dieser beiden Spulen wird in den so genannten Gleichstrom-Diagonalzweig der Gleichrichterbrücke geschaltet. Der andere Diagonalzweig wird über einen Ausschaltkontakt 52 mit der Gleich- oder Wechselspannungsquelle verbunden. Die feindrahtige, als Haltespule bezeichnete andere Spule 32 wird parallel zu dem aus der Gleichrichterbrücke 50 und dem Ausschaltkontakt 52 bestehenden Schaltungszweig geschaltet. Ein Hauptkontakt 54 steuert die Stromversorgung der Schaltung. Der Ausschaltkontakt 52, der bei Inbetriebsetzung des Antriebselements geschlossen ist und geöffnet wird, wenn das bewegliche System in die Nähe seiner aktiven Stellung gelangt, steuert die Stromversorgung der Brückenschaltung. Diese Schalter kann jede beliebige Bauart aufweisen und z.B. als mechanischer oder elektronischer Schalter ausgebildet sein, wobei es im wesentlichen darauf ankommt, dass er sofort nach Aktivierung der Schaltung während der Einschaltphase schließt und in dem Augenblick öffnet, wenn der bewegliche Kern das Ende seines Hubs annähernd erreicht hat. Eine genauere Beschreibung des Ausschaltkontakts kann der Druckschrift FR-A-2 290 009 entnommen werden.
Die Funktionsweise des Antriebselements wird nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben, in der der Hub des beweglichen Systems auf der X-Achse und die auf den beweglichen Kern wirkende elektromagnetische Kraft (Kurve 60), die von der Sperrklinke des Leistungsschalters auf die Stößelstange ausgeübte Gegenkraft (Kurve 62) sowie die Widerstandskraft der Federn (Kurve 64) auf der Y-Achse schematisch dargestellt sind.
In der Ruhelage ist der Hauptkontakt 54 geöffnet, und die Spulen 30, 32 liegen nicht an Spannung, so dass das bewegliche System 14 durch die gemeinsame Wirkung der beiden hintereinander montierten Federn 40, 44 in Richtung seiner in 1 gezeigten Ruhestellung beaufschlagt wird.
Durch Schließen des Hauptkontakts 54 und des Ausschaltkontakts 52 werden die beiden Spulen 30, 32 an Spannung gelegt. Die durch den magnetischen Fluss erzeugten Kräfte treiben den beweglichen Kern 16 in 1 bis 3 nach rechts. Diese elektromagnetischen Kräfte werden vollständig auf das Betätigungsorgan 18 und anschließend über die zweite Feder 44 auf die Scheibe 42 sowie über die erste Feder 40 auf den feststehenden Kern 22 übertragen. Auf die beiden Federn 40, 44 wirken die gleichen Kräfte – wenn man die sehr kleine Masse der Scheibe 42 vernachlässigt-, jedoch überwiegt aufgrund der unterschiedliche Federhärten die Verformung der ersten Feder 40 gegenüber der zweiten Feder 44. Der Ersatzwert der Federhärte der durch die beiden Federn gebildeten Anordnung in dieser Phase entspricht nämlich dem Wert k₁/k₂/(k₁ + k₂), welcher umso näher an k₁ liegt, je größer k₂ im Verhältnis zu k₁ ist.
Nach einem Freilaufhub von etwa 1 mm bis zum Punkt A auf der X-Achse stellen die anschließenden 2-3 mm bis zum Punkt B den Wirkhub dar, in dessen Verlauf die Stößelstange gegen eine Sperrklinke eines Leistungsschaltermechanismus schlägt und deren Verschwenken bewirkt. Diese Sperrklinke kann eine Ausschaltklinke sein, wenn das Antriebselement in einen Arbeitsstromauslöser (MX) integriert ist, oder als Einschaltklinke ausgebildet sein, wenn das Antriebselement in eine Einschalt-Steuerspule (XF) integriert ist. In allen Fällen wird also die Stellungsänderung der Sperrklinke durch die von der Erregerschaltung gelieferte elektromagnetische Energie und gegebenenfalls teilweise durch die während des vorausgehenden Freilaufhubs gespeicherte und bei der Schlaghandlung freigesetzte kinetische Energie bewirkt. In dieser Wirkphase ist die Gegenkraft des Federsystems 40, 44 aufgrund des entsprechenden kleinen Ersatzwertes der Federhärte sehr klein.
Bei weiterer Kompression der ersten Feder über den genannten Wirkhub hinaus bis zum Punkt C auf der X-Achse entsprechend der in 2 gezeigten Stellung wird die erste Feder vollständig in die erste Ausnehmung 25 des feststehenden Kerns 22 gedrückt, und die Scheibe 42 gelangt in Kontakt mit der von der zweiten Ausnehmung 26 gebildeten Auflagefläche. Anschließend ändert sich das Verhalten der Anordnung. Die weitere Verschiebung des beweglichen Systems 14 in Richtung seiner aktiven Stellung entsprechend dem Punkt E auf der X-Achse und der in 3 gezeigten Stellung bewirkt eine zusätzliche Verformung nur der zweiten Feder 44, und die Ersatz-Federhärte des Systems entspricht der Härte k₂ der zweiten Feder 44, wodurch sich die Steigung der Kurve 64 ändert. Der axiale Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern 16 und dem feststehenden Kern 22 verringert sich, bis er entsprechend 3 schließlich zu null wird. Unmittelbar vor Erreichen der aktiven Stellung öffnet in Punkt D auf der X-Achse der Ausschaltkontakt 52, so dass nur noch die Haltespule 32 weiter an Spannung liegt und einen magnetischen Fluss erzeugt, der ausreicht, um das bewegliche System 14 gegen die Wirkung der gespeicherten Energie der ersten Feder 40 und der in die zweite Ausnehmung eingetauchten zweiten Feder 44 in der aktiven Stellung zu halten.
Beim Öffnen des Hauptkontakts 54 reicht die potenzielle Energie der zweiten Feder 44 aus, um trotz des Restmagnetismus im Magnetkreis 12 ein Abheben des beweglichen Kerns 16 zu bewirken. Die erste Feder 40 liefert durch ihre Entspannung die für die Rückführung des beweglichen Systems 14 in seine Ruhestellung erforderliche mechanische Arbeit.
Selbstverständlich sind verschiedene Varianten denkbar.
Die Erregerschaltung kann jede bekannte Form aufweisen, die in der Lage ist, eine hohe Leistung zu liefern, welche ausreicht, um das bewegliche System in einer Einschaltphase von seiner Ruhestellung in seine aktive Stellung zu überführen, und anschließend eine kleinere Leistung zu liefern, die ausreicht, um das bewegliche System während einer Haltephase in der aktiven Stellung zu halten. Das Ende der Einschaltphase kann, wie dies zum Beispiel mit Bezug auf die erste Ausgestaltung beschrieben wurde, in Abhängigkeit von der Verschiebung des beweglichen Systems, oder wie in der Druckschrift FR-A-2 133 652 beschrieben, unabhängig davon geregelt werden. Die Wicklungen können wie in der Druckschrift FR-A-2 290 010 beschrieben in Reihe anstatt parallel geschaltet werden. Die unterschiedliche Erregung in den beiden Phasen kann auch mit einer einzigen Spule erreicht werden, die während der Einschaltphase über das Netz und anschließend in der Haltephase über einen Impulsgenerator gesteuert wird.
Gleichermaßen können die beiden Federn auf unterschiedliche Weise angeordnet werden, um die gewünschte Differenzierung zwischen einem ersten Teil des Hubs, in dem die Anordnung aus den zwei Federn wie eine Einzelfeder wirkt, deren Verhalten annähernd oder genau dem Verhalten der Feder mit der kleineren Federhärte entspricht, und dem zweiten Teil des Hubs zu erreichen, in dessen Verlauf die Anordnung aus den beiden Federn wie eine Feder wirkt, deren Verhalten annähernd oder genau dem Verhalten der Feder mit der größeren Federhärte entspricht. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante in der Ruhestellung, der Zwischenstellung und der aktiven Stellung. Im ersten Teil des Hubs ist nur die Feder 40 mit der geringeren Härte wirksam, während im zweiten Teil des Hubs die beiden Federn 40, 44 gleichzeitig wirken, wobei der Ersatzwert der Federhärte k₁ + k₂ umso näher an k₂ liegt, je größer dieser Wert im Verhältnis zu k₁ ist. Die Scheibe 42 dient als beweglicher Endanschlag und wirkt mit einem Endanschlag zusammen, der durch eine Ausnehmung im beweglichen Kern 16 gebildet wird.

Claims

Elektromagnetisches Antriebselement (10), das – einen feststehenden Magnetkreis (12) aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit – einem Gehäuse (20) und – einem, an einem Ende des Gehäuses angeordneten und mit diesem verbundenen, feststehenden Kern (22), – ein bewegliches System (14), das längs einer feststehenden geometrischen Achse zwischen einer Ruhestellung und einer aktiven Stellung verschoben werden kann und dazu dient, durch Übergang von seiner Ruhestellung in seine aktive Stellung eine mechanische Arbeit zu verrichten, welches bewegliche System (14) – einen beweglichen Kern (16), dessen axialer Luftspalt zum feststehenden Kern (22) sich beim Übergang des beweglichen Systems (14) von seiner Ruhestellung in seine aktive Stellung verringert, – sowie ein dem beweglichen Kern (16) zugeordnetes Betätigungsorgan (18) umfasst, – eine erste Rückstellfeder (40), die das bewegliche System (16) in Richtung seiner Ruhestellung beaufschlagt, – und eine Erregerschaltung mit mindestens einer feststehenden Steuerspule (30, 32) umfasst, die dazu ausgelegt ist, einen der Wirkung der ersten Feder (40) entgegengerichteten magnetischen Fluss im Magnetkreis (12) zu erzeugen, welche Erregerschaltung (48) dazu ausgelegt ist, von einem Einschaltmodus, in dem sie eine hohe Leistung liefert, die ausreicht, um das bewegliche System (14) von seiner Ruhestellung in seine aktive Stellung zu überführen, in einen Haltemodus umzuschalten, in dem sie eine niedrigere Leistung liefert, die dazu ausreicht, das bewegliche System (14) in der aktiven Stellung zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern (16) und dem feststehenden Kern (22) in der aktiven Stellung null ist und dass das Antriebselement (10) darüber hinaus: – eine zweite Feder (44) mit einer im Vergleich zur ersten Feder größeren Härte, die dazu ausgelegt ist, das bewegliche System (14) elastisch in Richtung seiner Ruhestellung zu beaufschlagen, – einen ersten Endanschlag (26), – und einen zweiten Endanschlag (42) umfasst, der dazu ausgelegt ist, mindestens mit der zweiten Feder (44) und mit dem ersten Endanschlag (26) zusammenzuwirken, – wobei in einem ersten Teil des Axialhubs des beweglichen Systems (14) von dessen Ruhestellung in dessen aktive Stellung der zweite Endanschlag (42) nicht am ersten Endanschlag anliegt (26) und die Wirkung der ersten Feder (40) somit überwiegt, – und in einem zweiten Teil des Axialhubs des beweglichen Systems (14) von dessen Ruhestellung in dessen aktive Stellung der zweite Endanschlag (42) in Bezug zum ersten Endanschlag (26) blockiert wird und dann die Wirkung der zweiten Feder überwiegt.
Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (40) zwischen dem feststehenden Kern (22) und dem zweiten Endanschlag (42) und die zweite Feder (44) zwischen dem zweiten Endanschlag (42) und dem beweglichen System (14) angeordnet ist, derart dass sich im ersten Teil des Bewegungshubs die Wirkungen der beiden hintereinander liegenden Federn (40, 44) addieren und dass im zweiten Teil des Hubs nur noch die zweite Feder (44) wirksam ist.
Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (40) zwischen dem feststehenden Kern (22) und dem beweglichen System (14) und die zweite Feder (44) zwischen dem feststehenden Kern (22) und dem zweiten Endanschlag (42) angeordnet ist, derart dass im ersten Teil des Hubs die erste Feder (40) allein wirksam ist und im zweiten Teil des Hubs die beiden Federn (40, 44) gleichzeitig arbeiten.
Antriebselement nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k₁/k₁ kleiner als 1/10 ist und beispielsweise etwa 1/20 beträgt.