EP1876623A1

EP1876623A1 - Sicherheit Positionsschalter

Info

Publication number: EP1876623A1
Application number: EP06013744A
Authority: EP
Inventors: Silvio Förtsch; Bernhard Hiltl; Werner Dr. Puri; Joachim Seidl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2026-07-03
Also published as: US20080012671A1; EP1876623B1; US7893802B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Positionsschalter mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft mit mindestens einer ersten Spule (1, 25) und mit mindestens einem Anker (4, 24), wobei der Anker (4, 24) mittels der ersten Spule (1, 25) magnetisierbar und bewegbar ist. Es soll gelehrt werden, wie die Magnetkraft insbesondere zur Bewegungsbeginn der beweglichen Bauteile der Vorrichtung erhöht werden kann, um die notwendige Leistungsaufnahme der ersten Spule zu reduzieren. Hierfür weist die Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft mindestens ein Mittel zur Vormagnetisierung des Ankers (4, 24) auf. Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, wie beispielsweise eine kleinere Bauform, geringerer Stromverbrauch und eine mögliche Verwendung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Schalteinheiten (28, 32) mit unterschiedlichen Gegenkräften (G1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsschalter mit mindestens einer ersten Spule und mit mindestens einem Anker, wobei der Anker mittels der ersten Spule magnetisierbar und bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Positionsschalter, der als Sicherheitsschalter ausgeführt ist.
Vorrichtungen zur Erzeugung einer Magnetkraft, wie sie in Magnetkraftantrieben von Schaltern vorkommen, werden beispielsweise in Verbindung mit Positionsschaltern im industriellen sowie im privaten Bereich eingesetzt. Sie dienen zur Absicherung eines Gefahrenbereiches einer gefahrenbehaftete Maschine oder Produktionsanlage.
Positionsschalter kommen weiter in der Sicherheitstechnik, Anlagentechnik, Automatisierungstechnik oder auch der Gebäudetechnik zum Einsatz. In diesem Umfeld müssen beispielsweise Türen, Klappen oder sonstige bewegliche Objekte, die den Zugriff oder den Zugang zu Teilen der Maschine oder der Produktionsanlage dienen, gesichert werden, das heißt im Einzelnen, dass das jeweilige Objekt in der gesicherten Position detektiert wird und gegebenenfalls mit einer Zuhaltung in der gesicherten Position arretiert wird.
Positionsschalter, insbesondere Sicherheitsschalter, werden zur sicheren Verriegelung von Schutztüren eingesetzt, bei denen aus anlagetechnischen oder physikalischen Gründen ein Öffnen der Schutztüre nicht zum sofortigen Abschalten des Gefahrenpotentials führt, sondern zum Beispiel aufgrund von Nachlauf großer Antriebe das Gefahrenpotential bis zum vollständigen Stillstand weiter besteht. Solche Schutztüren müssen zuverlässig gegen Öffnen geschützt werden.
Zur Ver- und Entriegelung des Positionsschalters ist eine Zuhaltung vorgesehen. Die Zuhaltung enthält dabei eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft. Je nach Ausführung kann die Magnetkraft oder eine Federkraft dafür vorgesehen sein, die Verriegelungsbewegung auszuführen. Ein Positions- oder Sicherheitsschalter mit Zuhaltung enthält demnach meist Magnetkraft und Federkraft erzeugende Elemente. Die Federkraft oder die Federkräfte wirken der Magnetkraft entgegen, wobei je nach Verriegelungsart entweder das Aufbauen oder die Reduzierung der Magnetkraft zur Verriegelung der Zuhaltung führt.
Solche Vorrichtungen zur Erzeugung einer Magnetkraft, die auch Magnetsysteme oder Magnetantriebe genannt werden, müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllen. Um die Gegenkraft des Schaltelementes zu überwinden, sollte ein möglichst hoher Krafthaushalt bei möglichst großem Schaltweg zur Verfügung stehen. Hierbei muss eine hohe Kraft, insbesondere in den Endlagen des Ankers zur Verfügung stehen. Da der Anker meist zwei Endlagen aufweist und die Spulenkraft beim Einschalten der Zuhaltung exponentiell in Abhängigkeit der Bewegung des Ankers ansteigt, weist mindestens eine Endlage des Ankers eine kleine Magnetkraft auf. Dies führt zu vergleichsweise kleinen Kräften am Anfang der Bewegung, die sich nachteilig auf das Schaltverhalten der Zuhaltung auswirken. Des Weiteren ist eine möglichst kleine Bauform des Positions- bzw. Sicherheitsschalters erwünscht, genauso wie ein geringer Stromverbrauch.
In FIG 1 sind die Graphen G1 und G2 gezeigt, wobei G1 die Kraft einer Schalteinheit in Abhängigkeit von dem Schaltweg S aufzeigt. G1 steigt mit der Auslenkung S des Ankers an, wobei sich der Anker aus der Ruhestellung in die Verriegelungsstellung bewegt. In der Regel sind beim Betätigungsvorgang eines Schaltelements eine Reihe von Federn bzw. Federkräften involviert, so dass während des Gegenkraftanstieges sprunghafte Änderungen auftreten. Problematisch ist, dass die Spulenkraft gerade in der Nähe der Ruhestellung des Ankers relativ gering, meist null, ist. G2 zeigt deutlich, dass die Spulenkraft im Ursprung des Graphen beginnt und erst nach einem gewissen Anlaufweg des Ankers die Gegenkraft der Schalteinheit überwinden könnte. In der Praxis käme es hierbei zu keinem Schaltvorgang, da das Kräftegleichgewicht im Ursprung zugunsten der Gegenkraft ausfiele. Bisher hat man sich mit einer kurzzeitigen Überstromung der im Magnetantrieb enthaltenen Spulen beholfen, womit ein kurzzeitiger Magnetkraftanstieg erzeugt wird um die Gegenkraft zu überwinden. Dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Magnetantriebes aus.
Aus EP 0 977 228 B1 ist ein Magnetkraftantrieb mit hohem Krafthaushalt basierend auf einer kurzzeitigen Überstromung bekannt, der zum Einsatz in einem Positionsschalter vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein hoher Krafthaushalt für den Magnetantrieb mittels Spulen höherer Leistung (typischerweise 5 bis 8 Watt) realisierbar ist, wobei allerdings nicht nur der Platzbedarf, sondern auch die Eigenerwärmung des Magnetantriebes unnötig vergrößert wird. Zudem ist ein solcher Positionsschalter für eine direkte Ansteuerung durch ASI nicht geeignet, da die zur Verfügung stehende Stromstärke begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine weitere Alternative Magnetantriebe mit geringem Platzbedarf sind, falls die Schaltleistung bzw. Gegenkraft der Schalteinheit gering ist. Allerdings führt dies zu kleineren Schaltwegen, die bei derartigen Verriegelungen ein Sicherheitsproblem wegen ihrer hohen Toleranzanfälligkeit aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft anzugeben, die mit niedrigen Leistungen und geringem Platzbedarf auskommt, wobei ein hoher Krafthaushalt, insbesondere in einer Endlage des Ankers, zur Verfügung steht.
Die Aufgabe wird bei einem Positionsschalter der eingangs genannten Art durch mindestens ein Mittel zur Vormagnetisierung des Ankers gelöst.
Die Funktionsweise der Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft des beanspruchten Positionsschalters basiert auf Mitteln zur Vormagnetisierung des Ankers. Der Anker ist mittels einer ersten Spule magnetisierbar, die auch zur Bewegung des Ankers vorgesehen ist. Diese Magnetisierung baut sich im Wechselspiel mit der permanent entgegenwirkenden Federkraft, beispielsweise einer Schalteinheit, auf. Erfindungsgemäß wird bevor es zur Magnetisierung des Ankers durch die erste Spule kommt im Anker eine Vormagnetisierung erzeugt, die die Magnetkraft, insbesondere an den ersten Bewegungspunkten des Ankers, größer, gegebenenfalls deutlich größer, als die Gegenkraft macht. Diese Vormagnetisierung ist möglicherweise permanent vorhanden oder wird kurz vor der Magnetisierung durch die erste Spule etabliert. Aufgrund der Präsenz der Vormagnetisierung ist also bereits eine Magnetkraft vorhanden, bevor der Schaltprozess im Gang gesetzt wird. Es steht folglich eine zusätzliche Magnetkraft für den Krafthaushalt zur Verfügung.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft ein erstes Mittel zur Vormagnetisierung auf, welches ein magnetisierendes Element ist. Vorteilhafterweise kann dieses magnetisierende Element oder auch mehrere magnetisierende Elemente beispielsweise in der Nähe des Ankers oder in vorteilhafter Weise in der Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft verteilt sein. Durch die Platzierung ist eine gewünschte Magnetkraft erzeugbar, wobei insbesondere ein Kontakt zwischen dem magnetisierenden Element und dem Anker oder einem Element des Ankers für einen optimalen magnetischen Fluss vorteilhaft ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das magnetisierende Element ein Permanentmagnet und/oder eine zweite Spule. Eine Permanentmagnetunterstützung zur Erzeugung einer Magnetkraft ist vorteilhaft, da der Permanentmagnet keinen Stromverbrauch aufweist und folglich bei geringerem Platzbedarf einen höheren Magnetkrafthaushalt ohne kurzzeitige Überstromung möglich macht. Eine zweite Spule als magnetisierendes Element ist dann sinnvoll, wenn die Höhe der Magnetkraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers einstellbar sein soll. Denkbar ist auch, dass die Vormagnetisierung, die durch eine zweite Spule verursacht wird, zur Zurückhaltung des Ankers verwendbar ist und der durch die erste Spule erzeugten Magnetkraft entgegenwirkt. Bei Beginn des Verriegelungsvorgangs kann die Bestromung der zweiten Spule unterbrochen, so dass ein notwendiges Kräfteungleichgewicht erzeugt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein erstes Joch als ein weiteres Mittel zur Vormagnetisierung auf, wobei der Anker über das erste Joch vormagnetisierbar ist. Als Vorteil erweist sich hier, dass das erste Joch eine flexible Positionierung des magnetisierenden Elementes innerhalb der Vorrichtung ermöglicht. Hierbei leitet das erste Joch den magnetischen Fluss vom magnetisierenden Element zum Anker. In diesem Zusammenhang ist weiter vorteilhaft, dass es unter Umständen zu einer Kontaktierung der drei Elemente und damit zu einer Aufrechterhaltung eines vergleichsweise hohen magnetischen Flusses kommt, wodurch die Magnetkraft hoch gehalten werden kann. Weiterhin kann durch die Formgebung des ersten Joches eine optimale Kontaktierung des Ankers oder eines seiner Elemente mit dem ersten Joch unterstützt werden. Insbesondere ist eine flächige Kontaktierung wegen eines optimalen magnetischen Flusses vorteilhaft.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ändert sich die magnetische Haltekraft, die durch die Vormagnetisierung hervorgerufen wird, sprunghaft bei Loslösung eines Halteelements des Ankers oder bei Loslösung des Ankers selbst vom ersten Joch. Die sprunghafte Änderung wird durch eine Dekontaktierung des Halteelements bzw. des Ankers vom ersten Joch erreicht, wodurch der magnetische Fluss aufgrund des entstandenen Luftspaltes substantiell reduziert wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Halteelement zur Leitung magnetischer Flüsse aus dem ersten Joch und einem zweiten Joch in den Anker vorgesehen. Dadurch entsteht ein Schalteffekt, wenn das zweite Joch von der ersten Spule magnetisierbar ist. Dabei schlägt die Vormagnetisierung des Ankers, die mittels des ersten Joches verursacht wurde, in eine Magnetisierung durch die antreibende erste Spule in Verbindung mit dem zweiten Joch in eine entgegen gerichtete Magnetisierung um. Hierbei wechselt der Anker bzw. das Halteelement des Ankers die Kontaktierung mit dem ersten bzw. zweiten Joch. Eine Position des Halteelements bzw. des Ankers zwischen dem ersten und dem zweiten Joch stellt sich als energetisch unvorteilhaft heraus, weshalb eine Position dieser Art automatisch durch einen entsprechenden Kraftdifferenzaufbau unterdrückt wird. Das Halteelement bzw. der Anker verbleibt bevorzugt in Kontakt mit entweder dem ersten oder dem zweiten Joch. Dies gewährleistet eine sehr sichere Schaltung.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:

FIG 1: beispielhafte Magnetkräfte und eine beispielhafte Gegenkraft einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft in Abhängigkeit von verschiedenen Ankerpositionen,
FIG 2: schematische Darstellung wichtiger Bestandteile eines ersten Ausführungsbeispiels,
FIG 3: Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Positionsschalters ohne Deckel,
FIG 4: geschnittene Frontansicht des zweiten Ausführungsbeispiels aus FIG 3 und
FIG 5: perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels aus FIG 3.

FIG 1 zeigt beispielhafte Magnetkräfte G2, G3, G4 und eine beispielhafte Gegenkraft G1 einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft in Abhängigkeit von verschiedenen Ankerpositionen S. Wie bereits in der Einleitung beschrieben, stellt G1 den schematischen Verlauf der Gegenkraft, wie sie beispielsweise durch eine Schalteinheit eines Positionsschalters, Sicherheitsschalters oder Schützes verursacht wird, dar. Diese wirkt dem Magnetantrieb entgegen und weist zwei sprunghafte Anstiege der Gegenkraft G1 auf. Diese beruhen auf einer Zuschaltung neuer Rückstellkräfte, wie sie beispielsweise durch eine Vielzahl von verwendeten Federn verursacht werden können. Da eine Federkraft als Gegenkraft verwendet wird, liegt in der Ruheposition (S = 0) bereits eine Gegenkraft G1 vor. Im Gegensatz dazu entwickelt sich eine der Gegenkraft G1 entgegen gesetzte Magnetkraft G2 normalerweise aus dem Ursprung und steigt mit der Auslenkung des Ankers exponentiell an. Der Magnetkraftverlauf der G2 ist in Verbindung mit der Gegenkraft G1 nicht verwendbar, da in der Ruheposition die Gegenkraft G1 die Magnetkraft G2 übertrifft. Ist dies der Fall, so findet keine Positionsänderung des Ankers, das heißt beispielsweise eine Verriegelung oder Schaltung, nicht statt.
Mittels einer erfindungsgemäßen Vormagnetisierung allerdings ist es möglich, wie bei den Magnetkräften G3, G4, an der Stelle S = 0 und an nahe gelegenen Positionen die Magnetkraft substantiell im Vergleich zur Gegenkraft zu erhöhen und damit eine nachteilige Überstromung zu umgehen. Die Vormagnetisierung kann dabei der Magnetisierung durch die Antriebsspulen entgegengesetzt oder gleichgerichtet sein. Ist die Vormagnetisierung gleichgerichtet, so muss nicht die insgesamt notwendige Magnetisierung durch die Antriebsspulen erzeugt werden, so dass ein geringerer Stromverbrauch bzw. leistungsärmere Spulen einsetzbar sind. Ist die Vormagnetisierung entgegengerichtet, so entsteht eine Art Rückhalteeffekt, der den Anker so lange in seiner Position belässt, bis die Vormagnetisierung durch die Magnetisierung des Ankers durch die Antriebsspulen aufgehoben ist. Hierbei übernimmt die Vormagnetisierung und die damit verbundene magnetische Anziehung des Ankers eine Rückhaltefunktion.
Die Magnetkraftverläufe G3, G4 können hierbei durch eine geeignete Wahl des magnetisierenden Elements, das heißt beispielsweise Permanentmagneten oder auch einer zweiten Spule reguliert werden. Bei der Verwendung eines Permanentmagneten ist das Verhalten von G3 oder G4 nicht änderbar. Bei einer kontinuierlichen Regulierung der Magnetkraft mittels einer zweiten Spule sind auch Magnetkraftverläufe zwischen G3 und G4 kontinuierlich einstellbar.
FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung wichtiger Bestandteile eines ersten Ausführungsbeispiels. Die erste Spule 1, auch Antriebsspule genannt, ist zur Magnetisierung und Bewegung des Ankers 4 vorgesehen. Der Anker 4 befindet sich in Ruhestellung, wobei dieser einen Luftspalt 10 zum ersten Joch 3 hin aufweist. Das erste Joch 3 ist zur Leitung des magnetischen Flusses vorgesehen, der von den magnetischen Elementen 2 in Anker 4 geleitet werden soll. Der Luftspalt 10, der beispielsweise durch einen entsprechenden Anschlag für den Anker 4 realisierbar ist, dient zur Regulierung des magnetischen Flusses vom ersten Joch 3 auf den Anker 4. Die Übertragung des magnetischen Flusses erhöht sich nahezu sprunghaft mit der Annäherung des Ankers 4 an eine Kontaktfläche des ersten Jochs 3. Ist die Vormagnetisierung durch die magnetisierenden Elemente 2 der Magnetisierung der ersten Spule 1 entgegengerichtet, so ist die Vormagnetisierung in der Lage, den Anker 4 in der Ruhestellung zu fixieren. Erst durch eine Aktivierung der ersten Spule 1 wird der Anker 4 in Richtung des Zentrums der ersten Spule 1 bewegt. Dort erreicht der Anker 4 eine Schaltstellung, die durch eine entsprechende mechanische, gegebenenfalls formschlüssige Verbindung, zum Schieber einer Schalteinheit realisiert sein kann.
Vorteilhafterweise sind beim ersten Ausführungsbeispiel rückhaltende Federn, die auf den Anker 4 wirken, teilweise oder ganz eliminierbar. Deren Funktion wird durch eine Gegenkraft übernommen, die durch die Vormagnetisierung entsteht. Vorteilhafterweise ändert sich die Magnetkraft der Vormagnetisierung sprunghaft mit der Entfernung des Ankers 4 vom ersten Joch 3. Dadurch entsteht der gewünschte Rückhalteeffekt.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein zweites Joch 5 vorgesehen, welches den Magnetfluss der ersten Spule 1 vom Magnetfluss der magnetisierenden Elemente 2 trennt.
Vorteilhafterweise liegen bei der Verwendung der magnetisierenden Elemente 2, beispielsweise Permanentmagneten, bei Bewegungsanfang höhere Kräfte an. Zudem wird beim Ausschalten der Spule die Rückbewegung des Ankers 4 in die Ruheposition durch die magnetisierenden Elemente 2 unterstützt. Bei dieser Permanentmagnetunterstützung ist darauf zu achten, dass eine mechanische Beanspruchung der magnetisierenden Elemente 2 bei den Schaltvorgängen gering bleibt. Bei der Bewegung des Ankers 4 aus der Ruhelage heraus kann der Luftspalt 10 zur mechanischen Abkopplung vom ersten Joch 3 verwendet werden, so dass die magnetisierenden Elemente 2 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Umgekehrt kann bei der Rückkehr in die Ruheposition eine mechanische Beanspruchung dadurch vermieden werden, indem das erste Joch 3 zumindest teilweise halbkreisförmig oder bogenförmig ausgebildet ist, so dass der mechanische Kraftfluss nicht auf die magnetisierenden Elemente 2 geleitet wird.
Auch bei diesem ersten Ausführungsbeispiel kann eine Rückdruckfeder für den Anker 4 schwach ausgelegt werden oder ganz entfallen. Spulen mit einer geringeren Leistungsaufnahme, also auch räumlich kleinere Spulen, können zum Einsatz kommen. Dies impliziert eine Bauraumreduzierung, die eine kleine, schmale Bauform des Positionsschalters ermöglicht. Die Verwendung der kleineren Spulen zieht eine geringere Erwärmung des Positionsschalters nach sich. Alternativ oder optional ist es möglich, eine größere Polanzahl wegen der erhöhten Magnetkraft am Anfang der Bewegung des Ankers 4 umzusetzen. Hierbei wirkt es sich besonders positiv aus, dass keine elektronische Ansteuerung für die kurzzeitige Überlast, wie sie bisher notwendig war, benötigt wird und somit ein einfacher Spulenaufbau, der zudem kostengünstiger ist, verwendbar ist.
FIG 3 zeigt eine Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Positionsschalters ohne Deckel. Der Positionsschalter ist zur Verwendung mit einem getrennten Betätiger (nicht gezeigt) vorgesehen. Ein Bauteil der Zuhaltung des Positionsschalters ist das zweite Sperrelement 20, welches rotierbar im Positionsschalter befestigt ist. Das zweite Sperrelement 20 ist durch den Stößel 21 in Kombination mit dem ersten Sperrelement 22, welches als Schaltrad ausgeführt ist, blockierbar und durch den Magnetantrieb 34 mittels eines Betätigungsbleches 23 bewegbar.
Weiter weist der Positionsschalter zwei Schalteinheiten 28, 32 auf, wobei die linke Schalteinheit 28 mittels eines weiteren Betätigungsbleches 30, welches einerseits mit dem Stößel 21 und der linken Schalteinheit 28 mittels des Fußes 31 verbunden ist, wobei der Fuß 31 an das Betätigungsblech 30 angeformt ist. Das Betätigungsblech 30 ist ein flächiges, gewinkeltes Bauteil, welches zur räumlichen Umgehung, insbesondere des Magnetantriebes 34, vorgesehen ist.
Die rechte Schalteinheit 32 ist mit dem Anker 24 des Magnetantriebs 34 formschlüssig verbunden. Somit ist die linke Schalteinheit 28 zur Erkennung des Betriebszustandes des Positionsschalters vorgesehen, da diese durch den Stößel 21 bzw. durch den getrennten Betätiger formschlüssig auslösbar ist, wobei formschlüssig bedeutet, dass aufgrund der Formen der Bauteile ein Kraftweg sichergestellt ist. Zudem ist die rechte Schalteinheit 32 in direkter Wirkverbindung mit dem Magnetantrieb 34, so dass ebenfalls festgestellt werden kann, ob eine Zuhaltung bzw. eine Verriegelung mittels der Zuhaltung umgesetzt ist oder nicht. Die zuvor genannten Zustände sind folglich mittels der entsprechenden Stromkreise abfragbar.
FIG 4 zeigt eine geschnittene Frontansicht des zweiten Ausführungsbeispiels aus FIG 3. Die geschnittene Ansicht erlaubt eine Ansicht der Bestandteile des Magnetantriebs 34, wie er in FIG 3 genannt ist.
Der Magnetantrieb 34 weist eine erste Spule, in Form der Spule 25 auf, und einen dazu gehörigen Anker 24 mit einem Haltelement 29 auf. Das Halteelement 29 ist flächig ausgeführt und zum mechanischen Kontaktieren des Außenjochs 26 und des Innenjochs 33 vorgesehen. Der Anker 24 ist in Ruhestellung, wenn das Halteelement 29 am Außenjoch 26 anliegt bzw. in Verriegelungsstellung, wenn das Halteelement 29 am Innenjoch 33 anliegt. Die Verwendung von Rückhaltefedern ist hier nicht notwendigerweise erforderlich, diese können allerdings zur Unterstützung eingesetzt werden. Durch die Vormagnetisierung durch die Permanentmagnete 27 wird das Halteelement 29 zusammen mit dem Anker 24 in Ruhestellung gehalten. Hierbei findet ein optimaler magnetischer Fluss von den Permanentmagneten 27 über das Außenjoch 26 über das Halteelement 29 in den Anker 4 statt. Vorteilhafterweise wird das Magnetfeld der Permanentmagnete 27 zusätzlich durch das Innenjoch 33 dahingehend abgeschirmt, dass das Außenjoch 26 von einer Magnetisierung durch die Spule 25 geschützt ist.
Durch die flächige Konstruktion des Halteelementes 29 kann der magnetische Fluss zwischen dem Halteelement 29 und dem Außenjoch 26 reguliert, das heißt, die Haltekraft in der Ruheposition eingestellt werden.
Bei einer Aktivierung der Zuhaltung wird die Spule 25 bestromt, so dass eine Magnetisierung im Anker 24 aufgebaut wird, die der Vormagnetisierung der Permanentmagnete 27 entgegengerichtet ist, wobei eine Loslösung des Halteelementes 29 vom Außenjoch 26 zu einem abrupten Abbruch der magnetischen Haltekraft führt und damit zu einer substantiellen Magnetkraftdifferenz unmittelbar nach der Loslösung. Die Folge ist das kraftvolle Überwechseln des Ankers 24 zusammen mit dem Halteelement 29 in die Verriegelungsstellung, wobei der magnetische Fluss der Spule 25 über das Innenjoch 33 durch das Halteelement 29 in den Anker 24 geführt wird. Die erhöhte Magnetkraftdifferenz kommt dem Schaltvorgang zugute, bei dem die rechte Schalteinheit 32 sicher betätigt wird.
Vorteilhafterweise ist ein Positionsschalter, der unterstützend eine Rückdruckfeder 40, 44 für den Magnetantrieb vorsieht, bei einem möglichen Bruch der Rückdruckfeder 40, 44 dazu in der Lage, die Verriegelung durch die Kraft der Permanentmagneten bis zur ersten Entriegelung aufrechtzuerhalten, sofern es sich dabei um ein Federkraft verriegelndes System handelt.
Die Betätigungsfläche 23, 30 werden vorteilhafterweise winkeleisenähnlich ausgelegt, das heißt flächig mit Biegekanten, wodurch ein Umgehen des mechanischen Bauteils um wichtige Bestandteile des Positionsschalters möglich wird. So umgeht insbesondere das Betätigungsblech 30 den zentral angebrachten Magnetantrieb 34, um mit dessen Fuß 31 die linke Schalteinheit 28 zu bedienen.
FIG 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels aus FIG 3, wobei insbesondere die linke 28 und rechte Schalteinheit 32 sowie der Magnetantrieb 34 deutlicher hervortreten.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Positionsschalter mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft für Magnetantriebe mit mindestens einer ersten Spule und mit mindestens einem Anker, wobei der Anker mittels der ersten Spule magnetisierbar und bewegbar ist. Es wird gelehrt, wie die Magnetkraft insbesondere zum Bewegungsbeginn der beweglichen Bauteile der Vorrichtung erhöht werden kann, um die hierfür notwendige Leistungsaufnahme der ersten Spule zu reduzieren. Dazu weist die Vorrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft mindestens ein Mittel zur Vormagnetisierung des Ankers auf. Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, wie beispielsweise eine kleinere Bauform, geringerer Stromverbrauch und eine mögliche Verwendung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Schalteinheiten mit unterschiedlichen Gegenkräften.

Claims

Positionsschalter mit mindestens einer Spule (1, 25) und mit mindestens einem Anker (4, 24), wobei der Anker (4, 24) mittels der ersten Spule (1, 25) magnetisierbar und bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Vormagnetisierung des Ankers (4, 24) aufweist.
Positionsschalter nach Anspruch 1, wobei ein erstes Mittel zur Vormagnetisierung ein magnetisierendes Element (2) ist.
Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das magnetisierende Element (2, 27) ein Permanentmagnet und/oder eine zweite Spule ist.
Positionsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vormagnetisierung des Ankers (4, 24) einer Magnetisierung des Ankers (4, 24) durch die erste Spule (1, 25) entgegengesetzt ist.
Positionsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (4, 24) über ein erstes Joch (3, 26) als ein weiteres Mittel zur Vormagnetisierung vormagnetisierbar ist.
Positionsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das erste Joch (3, 26) ein magnetischer Fluss vom magnetisierenden Element (2, 27) in den Anker (4, 24) leitbar ist.
Positionsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine magnetische Haltekraft bei Loslösung eines Halteelementes (29) des Ankers (4, 28) oder bei Loslösung des Ankers (4, 24) selbst vom ersten Joch (3, 26) sprunghaft änderbar ist.
Positionsschalter nach Anspruch 7, wobei das Halteelement (29) zur Leitung magnetischer Flüsse aus dem ersten Joch (3, 26) und einem zweiten Joch (5, 33) in den Anker (4, 29) vorgesehen ist.
Sicherheitsschalter, der als Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist.