DE69204426T2 - In einer Fernbedienungseinheit inkorporierter elektromagnetischer Betätigungseinrichtung. - Google Patents

Description

ELEKTROMAGNETISCHER STELLANTRIEB, DER IN EINEN FERNBETÄTIGUNGSBLOCK EINGEBAUT IST
• Die Erfindung betrifft einen, insbesondere in einen Fernbetätigungsblock eingebauten elektromagnetischen Stellantrieb, der eine, einem Magnetkreis zugeordnete Erregerspule umfaßt.
• Eine erste Bauart eines in Fernbetätigungsblöcken zum Ein- und Ausschalten von Leistungsschaltern verwendeten elektromagnetischen Stellantriebs umfaßt mindestens einen, beispielsweise in den Druckschriften FR-A-2.559.616 und 2.567.317 beschriebenen Elektromagneten. Die von einem Elektromagneten mit Tauchkern bei Erregung der Spule gelieferte mechanische Einschaltenergie ist bei vorgegebenen Abmessungen verhältnismäßig begrenzt und nicht für den Antrieb von mit Hilfssteuerorganen gekoppelten Schaltmechanismen von Leistungsschaltern mit Sprungeinschaltung geeignet. Darüber hinaus erfolgt die fernbetätigte Abschaltung über einen kleinen Ausschalt-Elektromagneten, der den Leistungsschalter mit einem Auslösebefehl beaufschlagt. Die Ausschaltenergie wird auf diese Weise von der Kraftspeicherfeder des Hauptschaltmechanismus' des Leistungsschalters erzeugt, und der Ausschalt-Elektromagnet verhält sich wie eine einfache Auslösespule bzw. ein sonstiges Auslösehilfsorgan.
• Gemäß einer zweiten Bauart eines elektromagnetischen Stellantriebs für einen Fernbetätigungsblock wird ein, einem Untersetzungsgetriebe zugeordneter rotierender Elektromotor eingesetzt, um die Einschalt- bzw. Ausschalthandlung des Leistungsschalters zu steuern. Der Motor wird normalerweise über eine Schaltung mit drei Verbindungsleitungen und zwei Ein-/Aus-Betätigungsorganen angesteuert, und die Unterbrechung der Erregung des Motors nach jeder Schalthandlung erfolgt uber Endlagenkontakte. Eine solche Anordnung ist sehr kompliziert und bringt einen hohen Platzbedarf mit sich.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionsweise eines elektromagnetischen Stellantriebs fur einen Fernbetätigungsblock mit Ausschaltenergiespeicher zu vereinfachen.
• Der erfindungsgemäße elektromagnetische Stellantrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Magnetkreis eine, einen ersten Luftspalt begrenzende erste Gruppe von Polstücken zur Erzeugung einer Drehbewegung eines mit einer Antriebswelle ausgerüsteten Läufers sowie eine zweite Gruppe von Polstücken umfaßt, die mit einem aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden beweglichen Anker zusammenwirken, welcher dazu dient, eine abgehobene Stellung mit Bildung eines zweiten Luftspalts sowie eine angezogene Stellung einzunehmen,
• ,- eine Rückstellfeder bei Unterbrechung der Erregung der Spule die Überführung des Ankers von der angezogenen in die abgehobene Stellung bewirkt,
• - und ein Riegel dazu dient, während der Stromversorgung der Spule und der Drehung des Läufers die Verriegelung des Ankers in der abgehobenen Stellung zu gewährleisten, wobei die Freigabe des Ankers durch Lösen des Riegels anschließend die elektromagnetische Anziehung des Ankers gegen die Polflächen der zweiten Polstückgruppe und den automatischen Stillstand des Läufers bewirkt.
• In der abgehobenen Stellung des Ankers wirkt der Stellantrieb wie ein Motor, da der Hauptteil des durch die Erregung der Spule erzeugten Magnetflusses den Läufer durchsetzt.
• In der angezogenen Stellung des Ankers nach dem Lösen des Riegels wirkt der Stellantrieb wie ein Elektromagnet. Der Hauptteil des Magnetflusses verläuft nun durch den Anker und bewirkt die Abschaltung des Motors.
• Der Magnetkreis und die Spule bilden eine für beide Betriebsarten als Motor bzw. Elektromagnet gemeinsame Funktionseinheit. Der magnetische Widerstand des Magnetkreises ist je nach Betriebsart veränderlich, und eine geringe Energie reicht bereits aus, um den Anker in der angezogenen Stellung zu halten. Um das Abfallen des Ankers zu erreichen, muß lediglich die Erregung der Spule unterbrochen werden.
• Nach einem vorzugsweisen Merkmal der Erfindung ist die Welle des Läufers mechanisch mit einem Untersetzungsgetriebe gekuppelt, das einem Steuermechanismus zum Spannen einer Kraftspeicherfeder sowie zum Antrieb eines Betätigungshebels zugeordnet ist.
• Das Lösen des Ankerriegels erfolgt automatisch am Ende der Spannbewegung der Kraftspeicherfeder durch die Wirkung einer ersten, dem Steuermechanismus zugeordneten Steuerverbindung. Der Anker ist außerdem über eine zweite Steuerverbindung mit einer Rastvorrichtung verbunden, um die Kraftspeicherfeder im gespannten Zustand zu halten, wenn sich der Anker in der angezogenen Stellung befindet. Das Entspannen der Kraftspeicherfeder erfolgt nach Unterbrechung der Erregung der Spule, wodurch der Anker von der angezogenen in die abgehobene Stellung überführt wird.
• Nach einem weiteren vorzugsweisen Merkmal der Erfindung ist der Betätigungshebel des Fernbetätigungsblocks mechanisch mit dem händischen Betätigungsorgan für die Ein- und Ausschaltsteuerung eines angebauten Leistungsschalterblocks gekuppelt, um das Schließen der Kontakte des Leistungsschalterblocks im Verlauf des durch die Drehbewegung des Läufers bei abgehobenem Anker bewirkten Spannvorgangs der Kraftspeicherfeder sowie das Öffnen der Kontakte durch die Entspannungswirkung der Feder aufgrund der Unterbrechung der Erregung der Spule zu gewährleisten.
• Der Steuermechanismus umfaßt eine mit dem Betätigungshebel gekuppelte mechanische Übertragungsverbindung und eine mit der Rastvorrichtung sowie einem Schenkel der Kraftspeicherfeder zusammenwirkende mechanische Spannverbindung.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
• Figur 1 und 2 schematische Ansichten des erfindungsgemäßen Stellantriebs, jeweils in der Betriebsart als Motor bzw. Elektromagnet;
• Figur 3 eine Seitenansicht zu Figur 2;
• Figur 4 eine Einheit aus Leistungsschalterblock mit angebautem Fernbetätigungsblock;
• Figur 5 eine schematische Ansicht eines Fernbetätigungsblocks mit Darstellung des Ankers des Stellantriebs in der angezogenen Stellung.
• Die Figuren 1 bis 5 zeigen einen elektromagnetischen Stellantrieb 10 mit einem ortsfesten, U-förmigen Magnetkreis 12, der ein erstes Paar von Polstücken 14, 16, zwischen denen ein Läufer 18 angeordnet ist, sowie ein zweites Paar von Polstücken 20, 22 umfaßt, die mit einem, schwenkbar auf einer Achse 26 gelagerten Anker 24 aus einem ferromagnetischen Werkstoff zusammenwirken. Eine Rückstellfeder 28 beaufschlagt den Anker 24 in Richtung einer abgehobenen Stellung (siehe Figur 1), und ein Riegel 30 dient dazu, den verriegelten Anker 24 in der abgehobenen Stellung zu halten.
• Die Welle 32 des Läufers 18 verläuft parallel zur Schwenkachse 26 des Ankers 24, und zwischen dem Läufer 18 und den beiden Polstücken 14, 16 ist ein erster radialer Luftspalt 34 (siehe Figur 2) ausgebildet. Eine Spule 36 oder Erregerwicklung ist auf dem Magnetkreis 12 montiert, um einen, den radialen Luftspalt 34 durchsetzenden Induktionsfluß sowie einen, den zwischen der Polfläche 20 und dem Anker 24 ausgebildeten zweiten Luftspalt 38 durchsetzenden Anziehungs-Magnetfluß zu erzeugen.
• Der Stellantrieb 10 wird vorteilhaft in einem Fernbetätigungsblock 40 zum Anbau an einen Leistungsschalterblock 42 (siehe Figur 4) eingesetzt, um das automatische Ein- und Ausschalten der Kontakte des Leistungsschalterblocks zu gewährleisten. Im Innern des Isolierstoffgehäuses 44 des Fernbetätigungsblocks 40 (siehe Figur 5) ist ein durch die Welle 32 des Läufers 18 angetriebenes Untersetzungsgetriebe 46 angeordnet. Die Abtriebsseite des Getriebes 46 ist mit einem Steuerkurvenmechanismus 48 gekuppelt, der eine auf einen Betätigungshebel (52) wirkende mechanische Übertragungsverbindung 50 sowie eine auf eine Kraftspeicherfeder 56 wirkende mechanische Spannverbindung 54 aufweist.
• Der Betätigungshebel 52 steht aus dem Fernbetätigungsblock 40 hervor und ist dauerhaft mit dem händischen Betätigungsorgan des Leistungsschalterblocks 42 gekuppelt. Zwischen dem Anker 24 und dem Steuerkurvenmechanismus 48 ist außerdem eine erste Steuerverbindung 58 zur Betätigung des dem Anker 24 zugeordneten Riegels 30 sowie eine zweite Steuerverbindung 60 zur Betätigung einer Rastvorrichtung 62 angeordnet, die mit der mechanischen Spannverbindung 54 zusammenwirkt, um die Feder 56 bei Stillstand des Läufers 18 gespannt zu halten. Einer der Schenkel der Kraftspeicherfeder 56 wird in Drehrichtung durch einen Zapfen der mechanischen Spannverbindung 54 mitgenommen, während sich der andere Schenkel der Feder auf einem Anschlag 66 abstützt.
• Das Polstück 20 des Magnetkreises 12 weist einen Ring bzw. eine Windung auf, um die Phasenverschiebung des zweiten Magnetflusses in bezug auf den Erregerstrom der Spule 36 zu gewährleisten und so nach dem Lösen des Riegels 30 beim Anzug des Ankers 24 jegliches Auftreten von Schwingungen zu verhindern.
• Die Funktionsweise des Stellantriebs 10 des Fernbetätigungsblocks 40 ist nachstehend beschrieben.
• Wie aus Figur 1 hervorgeht, gewährleistet der Riegel 30 eine sichere Verriegelung des Ankers 24 in der abgehobenen Stellung. Fast der gesamte, durch die Erregung der Spule 36 erzeugte Magnetfluß durchsetzt die Polstücke 14, 16, den radialen Luftspalt 34 sowie den Läufer 18 und bewirkt die Drehung des Läufers 18. Die Rastvorrichtung 62 befindet sich in der inaktiven Stellung und ermöglicht das Spannen der Kraftspeicherfeder 56 durch das Getriebe 46 und die mechanische Verbindung 56 des Steuermechanismus 48. Der letztgenannte Mechanismus überträgt gleichzeitig über die mechanische Übertragungsverbindung 50 eine Einschaltbewegung auf den Betätigungshebel 52. Dies bewirkt das Schließen der Kontakte des Leistungsschalterblocks 42 während des Spannvorgangs der Feder 56. Während dieser Betriebsphase verhält sich der Stellantrieb 10 wie ein umlaufender Einphasen-Asynchron- bzw. Synchronmotor. Die in der Feder 56 gespeicherte Energie wird später zum Ausschalten der Kontakte des Leistungsschalterblocks 42 genutzt.
• Am Ende des Spannhubs der Feder 56 bewirkt die erste Steuerverbindung 58 das Zurückziehen des Riegels 30, so daß der Anker 24 freigegeben wird. Die Spule 36 liegt nach wie vor an Spannung, und der Anzugs-Magnetfluß im zweiten Luftspalt 38 ist ausreichend stark, um den Anker 24 unter Überwindung der Kraftwirkung der Rückstellfeder 28 (siehe Figur 2) gegen die Polfläche 20 zu ziehen. In diesem Augenblick ist der magnetische Widerstand des Ankers 24 geringer als der des ersten radialen Luftspalts 34 des Läufers 18. Der Hauptteil des magnetischen Flusses wird daher auf den Anker 24 umgelenkt und bewirkt den Stillstand des Läufers 18. Die Anzugsstellung des Ankers 24 (siehe Figur 2) ist solange stabil, wie die Erregung der Spule 36 aufrechterhalten bleibt. Die zweite Steuerverbindung 60 bewirkt die Überführung der Rastvorrichtung 62 in die aktive Stellung, so daß die Kraftspeicherfeder 56 in der gespannten Stellung verriegelt wird, sobald der Läufer 18 zum Stillstand gekommen ist. Um den Anker 24 dann in der angezogenen Stellung zu halten, ist nur eine geringe Energie erforderlich.
• Um durch die Wirkung des Betätigungshebels 52 des Fernbetätigungsblocks 40 die Ausschaltung der Kontakte des Leistungsschalterblocks 42 zu steuern, muß lediglich die Spannungsversorgung der Spule 36 unterbrochen werden. Dadurch wird der die Anziehung des Ankers 24 gegen die Polfläche 20 bewirkende magnetische Fluß zu null, und die Rückstellfeder 28 gewährleistet ein Verschwenken des Ankers 24 in die abgehobene Stellung. Die Übertragung der Abhebebewegung des Ankers 24 auf die zweite Steuerverbindung 60 bewirkt die Überführung der Rastvorrichtung 62 in eine aktive Stellung, die eine Entspannung der Kraftspeicherfeder 56 ermöglicht. Die durch diese Feder 56 freigegebene Energie wird auf den Steuermechanismus 48 sowie auf den Betätigungshebel 52 übertragen, um die Abschaltung des Leistungsschalterblocks 42 zu gewährleisten.
• In der Ausschaltstellung des Leistungsschalterblocks 42 ist die Kraftspeicherfeder 56 entspannt, und der Riegel 30 hält den Anker 24 in der abgehobenen Stellung. Das Wiederspannen der Feder 56 erfolgt beim erneuten Einschalten des Leistungsschalterblocks 42 durch Erregung der Spule 36 des Fernbetätigungsblocks 40.
• Es sei darauf hingewiesen, daß der Motorbetrieb des Stellantriebs 10 unmittelbar nach dem Einschalten des Leistungsschalterblocks 42 beendet ist. Ab dem Ende des Spannhubs der Kraftspeicherfeder 56 wirkt der Stellantrieb 10 unter Verwendung der gleichen Spule 36 wie während des Motorbetriebs als Schalt-Elektromagnet.

Claims (9)

1. Elektromagnetischer Stellantrieb (10), der insbesondere in einen Fernbetätigungsblock eingebaut ist und eine, einem Magnetkreis (12) zugeordnete Erregerspule (36) umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Magnetkreis (12) eine, einen ersten Luftspalt (34) begrenzende erste Gruppe von Polstücken (14, 16) zur Erzeugung einer Drehbewegung eines mit einer Antriebswelle (32) ausgerüsteten Läufers (18) sowie eine zweite Gruppe von Polstücken (20, 22) umfaßt, die mit einem aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden beweglichen Anker (24) zusammenwirken, welcher dazu dient, eine abgehobene Stellung mit Bildung eines zweiten Luftspalts (38) sowie eine angezogene Stellung einzunehmen,

- eine Rückstellfeder (28) bei Unterbrechung der Erregung der Spule (36) die Überführung des Ankers (24) von der angezogenen in die abgehobene Stellung bewirkt,

- und ein Riegel (30) dazu dient, während der Stromversorgung der Spule (36) und der Drehung des Läufers (18) die Verriegelung des Ankers (24) in der abgehobenen Stellung zu gewährleisten, wobei die Freigabe des Ankers (24) durch Lösen des Riegels (30) anschließend die elektromagnetische Anziehung des Ankers (24) gegen die Polflächen (20, 22) der zweiten Polstückgruppe und den automatischen Stillstand des Läufers (18) bewirkt.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (24) schwenkbar auf einer Achse (26) des Magnetkreises (12) gelagert ist und die Welle (32) des Läufers (18) parallel zur Schwenkachse (26) des Ankers (24) verläuft.

3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (32) des Läufers (18) mechanisch mit einem Untersetzungsgetriebe (46) gekuppelt ist, das einem Steuermechanismus (48) zum Spannen einer Kraftspeicherfeder (56) sowie zum Antrieb eines Betätigungshebels (52) zugeordnet ist.

4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (30) des Ankers (24) über eine erste mechanische Steuerverbindung (58) mit dem Steuermechanismus (48) verbunden ist, um am Ende des Spannhubs der Kraftspeicherfeder (56) das Lösen des Riegels (30) zu bewirken.

5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus (48) eine Rastvorrichtung (62) aufweist, die über eine zweite, mit dem Anker (24) verbundene Steuerverbindung (60) angesteuert wird, wobei sich die Rastvorrichtung (62) entweder bei angezogener Stellung des Ankers (24) in einem aktiven Zustand befindet und dabei unmittelbar nach dem Stillstand des Läufers (18) das Halten der Kraftspeicherfeder (56) in der gespannten Stellung ermöglicht, oder beim Übergang des Ankers (24) in die abgehobene Stellung einen inaktiven Zustand einnimmt und dabei eine Entspannung der Feder (56) ermöglicht.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (52) des Fernbetätigungsblocks (40) mechanisch mit dem händischen Betätigungsorgan für die Ein- und Ausschaltsteuerung eines angebauten Leistungsschalterblocks (42) gekuppelt ist, um das Schließen der Kontakte des Leistungsschalterblocks (42) im Verlauf des durch die Drehbewegung des Läufers (18) bei abgehobenem Anker (24) bewirkten Spannvorgangs der Kraftspeicherfeder (56) sowie das Öffnen der Kontakte durch die Entspannungswirkung der Feder (56) aufgrund der Unterbrechung der Erregung der Spule (36) zu gewährleisten.

7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus (48) eine mit dem Betätigungshebel (52) gekuppelte mechanische Übertragungsverbindung (50) und eine mit der Rastvorrichtung (62) sowie einem Schenkel der Kraftspeicherfeder (56) zusammenwirkende mechanische Spannverbindung (54) umfaßt.

8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Luftspalt (38) gegenüberliegende Polfläche (20) einen Phasenverschiebungsring (64) aufweist, um beim Anziehen des Ankers (24) das Auftreten von Schwingungen zu verhindern.

9. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (36) des Magnetkreises (12) über eine Wechselspannung versorgt wird.