Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Elektromagneten aus geblechten Magnetteilen
für den Einsatz in einem elektrischen Schaltgerät oder als AC-Magnetantrieb.
Wechselstrommagnete mit U-förmigem magnetischen Kreis haben zwei Polflächenpaare
und zwei Arbeitsluftspalte. Bei Wechselstrommagneten mit E-förmigen
Magnetteilen sind an den Seitenschenkeln zwei Polflächenpaare und zwei
Arbeitsluftspalte ausgebildet und am Mittelschenkel ein Arbeitsluftspalt, der
gleichzeitig als Remanenzluftspalt wirkt (EP 5734 A1), um ein Kleben des Ankers
am Schaltmagneten zu verhindern.
Der Kraftfluss zwischen den Polflächenpaaren ist durch die Fläche der die Luftspalte
bildenden Schenkelköpfe bestimmt. Eine Veränderung, insbesondere Vergrößerung
der Flächen ist nur möglich mit Vergrößerung der Schenkelquerschnitte,
was wiederum Einfluss auf das Einbauvolumen der Antriebsspule hat. Die
Gegenläufigkeit der genannten Merkmale behindert eine optimale Gestaltung und
die energetische Auslegung eines solchen Wechselstrommagnets.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung an einer
Wechselstrommagnet-Anordnung anzugeben, die entweder bei gleichem Materialeinsatz
eine Reduzierung der Anzugsleistung bringt oder bei Beibehaltung der
Anzugsleistung eine Verringerung des Materialeinsatzes erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches
gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung zu entnehmen sind.
Die Erfindung wird wie folgt angegeben.
Wechselstrom-Elektromagnetanordnung aus geblechten Magnetteilen für den
Einsatz in einem elektrischen Schaltgerät, insbesondere Schütz oder als AC-Magnetantrieb
über eine Antriebspule, mit Erregerwicklung in einem Spulenkörper,
- mit einem feststehenden, symmetrisch zu einer Mittelebene angeordneten, U-förmigen,
einstückig ausgebildeten Magnetkern,
- mit einem symmetrisch zum Magnetkern angeordneten, bewegbaren, T-förmigen
Anker, der bei seinem Verschiebungshub durch Führungseinrichtungen
geleitet wird, gebildet aus einem Querschenkel und einem Mittelschenkel, wobei
dieser auf die Mitte des Mittelstegs des Magnetkerns gerichtet ist,
- mit einem zwischen dem freien Ende des Mittelschenkels und der Mitte des Mittelstegs,
im wesentlichen quer zur Längsachse des Mittelschenkels ausgebildeten
Luftspalt, wobei dieser mit ebenen Luftspaltflächen ausgebildet ist, die senkrecht
zur Längsachse des Mittelschenkels verlaufen, und
- mit an den Seitenschenkeln des Magnetkerns gegenüber dem Querschnitt der
Seitenschenkel vergrößerten Schenkelköpfen, in welche mindestens ein Kurzschlussring
einlegbar ist,
wobei das vom Magnetkern und den vergrößert ausgeformten Schenkelköpfen
gebildete Innen- oder Jochprofil quadratisch oder rechteckig ausgebildet ist, in
das die Antriebsspule einschließlich Spulenkörper in Richtung zur Mittelebene,
bzw. senkrecht zur Hauptebene des Magnetkerns einschiebbar ist und die Antriebsspule
nahezu vollständig ausfüllt.
Für das Einschieben und die Montage der Antriebsspule wird ein möglichst großer
Freiraum geschaffen. Die Ausbildung des Arbeitsluftspalts des Mittelschenkels
ist auf diese Forderung derart abgestellt, dass die dem Magnetanker zugewandte
gesamte Oberfläche des Mittelstegs in einer Ebene liegt, die keine körperliche
Ausformungen oder Erhebungen hinein in das Innenprofil besitzt, wodurch
das Einführen der Antriebsspule behindert werden würde. Das Innen- oder
Jochprofil wird von den Innenflächen der Seitenschenkel des Magnetkerns, den
Innenflächen der Schenkelköpfe und der Innenfläche des Mittelstegs des Magnetkerns
gebildet.
Der Luftspalt des Mittelschenkels wirkt in Stellung EIN des Schaltgeräts als Remanenzluftspalt.
Zu diesem Gegenstand werden Ausführungsformen vorgeschlagen, die sich in
der Ausbildung und Lage der Flächen des Luftspalts des Mittelschenkels unterscheiden.
Die Flächen des Luftspalts am Mittelschenkel können parallel zur Achse des Mittelstegs
des Magnetankers oder schräg zur Achse des Mittelstegs ausgebildet
sein. Vorzugsweise wird eine symmetrische Keilform vorgeschlagen. Die Keilform
des Luftspalts ist derart ausgebildet, dass der Keil senkrecht zur Längsachse des
Mittelschenkels liegt und auf den Mittelsteg gerichtet ist. Die korrespondierende
Form der Flächen des Luftspalts am Mittelsteg ist eine keilförmige Vertiefung.
Weitere vorzugsweise Ausführungsformen liegen in folgenden Einzelheiten:
Das Jochprofil ist vorzugsweise rechteckig oder quadratisch ausgebildet.
Die dem Jochprofil zugewandte Oberfläche des Mittelstegs ist ohne Erhebungen
in das Jochprofil hinein ausgebildet.
In der dem Jochprofil zugewandten Fläche des Mittelstegs ist eine keilförmige
Vertiefung als magnetjochseitige Fläche des Arbeitsluftspaltes ausgebildet.
Die Polflächen (des Arbeitsluftraums) zwischen Magnetkern und Anker sind plan
geschliffen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt im wesentlichen darin, dass
die Fläche der Polflächenpaare durch die besondere Ausbildung der Schenkelköpfe
vergrößert ist, auch bei relativ kleinem oder vergleichsweise unverändertem
Seitenschenkelquerschnitt. Damit tritt eine Verringerung des magnetischen
Widerstandes bei offenem Magnetkreis (bzw. bei Schaltschütz-Stellung AUS) ein.
Die in dieser Stellung elektrisch vom Transformator aufzubringende Anzugleistung
wird verringert. Die Masse des den Magnetkreis schließenden Querschenkels
und damit das Trägheitsmoment des beweglichen Magnetankers lässt sich
verringern, bzw. kinetisch mit dem Kontaktapparat anpassen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden,
anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
- Figur 1:
- eine erste Ausführungsform mit ebenen Flächen des Remanenzluftspalts;
- Figur 2:
- eine zweite Ausführungsform mit keilförmigem Remanenzluftspalt;
- Figur 3:
- eine schematische Frontalansicht nach Fig. 2 und
- Figur 4:
- eine weitere Ausführungsform.
In den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 4 bestehen die Magnetteile
(Joch 10 und Anker 60) der Magnetanordnung aus Stanzblech-Paketen und haben
rechteckigen Querschnitt. Die Pakete sind vernietet (Niete 80), evtl. aber
auch verschweißt, woraus sich der mechanische Zusammenhalt ergibt.
In einem nicht dargestellten Gehäuse ist der feststehende Magnetkern 10 angeordnet,
das zwei Seitenschenkel 11 besitzt, die parallel zueinander ausgerichtet
und durch einen Mittelsteg 12 miteinander verbunden sind. An den Enden der
Seitenschenkel 11 sind Schenkelköpfe 14 mit vergrößerten Polflächen 18 zur
Bildung des Arbeitsluftspalts ausgebildet, die je einen Kurzschlussring 42 tragen.
Die Schenkelköpfe 14 haben gegenüber dem Querschnitt der Seitenschenkel 11
deutlich vergrößerte Polflächen 18. Die Schenkelköpfe sind definiert bis an den
Mittelschenkel 66 des Magnetankers herangeführt, wobei der Abstand zum Mittelschenkel
etwas größer gehalten wird als der Abstand zwischen den Polflächen
im abgehobenem Zustand. Beide Polflächen 18 liegen in einer Raumebene, die
durch Planschliff erzeugt wird. Die den Polflächen 18 der Seitenschenkel zugeordneten
Polflächen 18' am Magnetanker 60 sind ebenfalls plan geschliffen.
Der Magnetanker 60 ist T-förmig gestaltet, mit dessen Querschenkel 62 der
Magnetkreis der Magnetanordnung schließbar ist und dessen Mittelschenkel 66
auf die Mitte des Mittelstegs 12 des Magnetkerns gerichtet ist.
Am Magnetanker 60, der linear beweglich ist, wird eine Rückstellkraft durch mindestens
eine (nicht dargestellte) Feder erzeugt. Der Mittelschenkel 66 wird von
einer Antriebsspule mit Spulenkörper und Erregerwicklung umfasst (siehe Fig. 4).
Die Magnetanordnung wird durch eine Antriebsspule 330 vervollständigt, die den
Raum zwischen Mittelsteg 12, Seitenschenkeln 11 und Schenkelköpfen 14 nahezu
vollständig einnimmt, und in deren Inneren der Anker 60 in Richtung auf den
Mittelsteg 12 des Magnetkerns bewegt wird. Der Magnetanker hat einen entsprechenden
Hub im Arbeitsluftspalt. Eine Wirkverbindung des Magnetankers mit einem
Kontaktapparat des Schalters oder Schützes ist nicht dargestellt.
Die Magnetanordnung ist symmetrisch zu einer senkrechten Symmetrieebene M
ausgebildet.
Das von Mittelsteg 12, Seitenstegen 11 und Schenkelköpfen 14 des Magnetkerns
10 umspannte Jochprofil (Leerraum) 300 ist quadratisch oder rechteckig ausgebildet.
Der vom Jochprofil gebildete Querschnitt erlaubt das ungehinderte Einschieben
und Befestigen der Antriebsspule 30 einschließlich Spulenkörper senkrecht
zur Symmetrieebene des Magnetkerns.
Um den großen erwünschten Freiraum für die Antriebsspule zu gewährleisten, ist
der Luftspalt am Innenschenkel derart ausgebildet, dass die dem Magnetanker
zugewandte gesamte Oberfläche des Mittelstegs 12 in einer Ebene liegt, die keine
Erhebungen (körperliche Ausformungen) hinein in das Jochprofil 300 besitzt.
Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich in der Form des Luftspaltes
22, 22'. In der zweiten Ausführungsform besitzt das Jochprofil denselben Freiraum
wie der der ersten Ausführungsform. Der wirksame Querschnitt des Luftspaltes
am Innenschenkel ist jedoch durch seine gewinkelte Form vergrößert.
Gemäß den Figuren 2, 3 und 4 kann die Form des Luftspaltes 22' keilförmig oder
dreieckförmig gestaltet sein.
Die Toleranz der Führungselemente im Gehäuse und/oder innerhalb des Spulenkörpers
der Ausführung gemäß Fig. 1 kann gröber als die bei der Variante nach
Figur 2 ausgeführt sein. In der Ausführungsform nach Fig. 2 müssen zusätzliche
Maßnahmen, z.B. zusätzliche Kunststoff-Führungen, zur Einhaltung der notwendigen
engen Toleranz der Bewegungsführung getroffen werden.
Die Fig. 3 zeigt schematisch die Frontalansicht nach Fig. 2 zur Darstellung des
Innenprofils 300 und andeutungsweise den Spulenkörper 330. Zur Ausbildung
eines besonders großen Fläche des Arbeitsluftspalts ist der Querschnitt der
Schenkelköpfe 14 größer als der Querschnitt der Seitenschenkel. In den Schenkelköpfen
14 sind Nuten ausgeformt, in die ein Kurzschlussring einlegbar ist.
Die Figur 4 zeigt eine Magnetanordnung mit im wesentlichen E-förmigen Magnetteilen
60' und 10'. Der untere Körper 10' kann als feststehender Magnetkern und
der obere Körper 60' kann als beweglicher Anker verstanden werden. Der Luftspalt
(gleichzeitig Remanenzluftspalt für Stellung EIN des Schalters) am Mittelteil
des E-förmigen Körpers ist keilförmig ausgebildet, wie er auch aus den Figuren 2
und 3 zu entnehmen ist. Am Mittelsteg des Magnetankers ist eine Ausformung
112 in das Jochprofil 300 hinein angeordnet, in der die korrespondiere Vertiefung
zur Keilform des Polflächen ausgebildet ist.