EP2867913A1 - Elektrisches schaltschütz mit schwungantrieb sowie verfahren zum ein- und/oder ausschalten eines elektrischen schaltschützes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltschütz 1, insbesondere für die Verwendung in Eisenbahnen, mit dem Stator 2 sowie einem Anker 3, welcher Anker 3 mit einem Kontaktbereich 4a, 4b verbunden ist und bei einem Einschaltvorgang und/oder einem Ausschaltvorgang des Schaltschützes von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei der Kontaktbereich 4a, 4b in zumindest einer dieser Stellungen mit einem Gegenkontaktbereich 5a, 5b zum Schließen eines Stromkreises verbunden ist, wobei mit dem Anker eine Schubeinrichtung 6 verbunden ist, die relativ zu dem Anker 3 verdrehbar ist, wobei die Schubeinrichtung 6 den Anker 3 bei der Bewegung von der ersten in die zweite Stellung des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs zumindest zeitweise unterstützend anschiebt, sowie ein Verfahren zum Ein- und/oder Ausschalten eines elektrischen Schaltschützes 1 umfassend folgende Schritte: Bewegen eines Ankers 3 durch das Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Stators 2; Beschleunigen einer Rotation einer Schubeinrichtung 6, welche Schubeinrichtung 6 mit dem Anker 3 verbunden ist; sowie Übertragen zumindest eines Teils der kinetischen Bewegungsenergie der Schubeinrichtung 3 an den Anker 3, in einer Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs, in der ein mit dem Anker 3 verbundener Kontaktbereich 4a, 4b einen Gegenkontaktbereich 5a, 5b kontaktiert oder dekontaktiert, zum Unterstützen der Ankerbewegung.

Description

Elektrisches Schaltschütz mit Schwungantrieb sowie Verfahren zum Ein- und/oder Ausschalten eines elektrischen Schaltschützes

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltschütz, insbesondere für die Verwendung in Eisenbahnen, mit einem Stator sowie einem Anker, welcher Anker mit einem Kontaktbe- reich verbunden ist und bei einem Einschaltvorgang und/oder einem Ausschaltvorgang des Schaltschützes von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei der Kontaktbereich in zumindest einer dieser Stellungen mit einem Gegenkontaktbereich, zum Schließen eines Stromkreises, verbunden ist, sowie ein Verfahren zum Ein- und/oder Ausschalten eines elektrischen Schaltschützes. Elektrische Schaltschütze, an deren Konstruktion höchste Anforderungen hinsichtlich Verschleißfestigkeit gestellt werden, sind insbesondere aus dem Bereich des Eisenbahnbaus bekannt. Insbesondere die Kontaktbereiche von hierin verwendeten Hochleistungs- Schaltschützen sind enormen Beanspruchungen ausgesetzt. In der Einschaltphase, beim Kontaktieren der Kontaktbereiche der Schaltschütze mit Gegenkontaktbereichen, sowie in der Ausschaltphase, beim Dekontaktieren der Kontaktbereiche von den Gegenkontaktbereichen, kommt es aufgrund der hohen, zu schaltenden Ströme, insbesondere Ströme im zweistelligen Kiloamperebereich, zu hohen Belastungen. Dabei kommt es bereits vor dem Aufliegen der Kontaktbereiche auf den Gegenkontaktbereichen, wie in der Einschaltphase, sowie auch noch nach Beabstanden der Kontaktbereiche von den Gegenkontaktbe- reichen, wie in der Ausschaltphase, zur Übertragung von Ladungen zwischen den Kontakten, was sich durch die Ausbildung von Lichtbögen äußert. Somit wirken in diesen Schaltphasen sehr hohe thermische Belastungen auf die entsprechenden Kontaktbereiche. Je länger und häufiger die Kontaktbereiche solchen starken Lichtbögen ausgesetzt werden, desto höher das Risiko, dass es gar zu einer Verschweißung der Kontaktbereiche mit den jeweiligen Gegenkontaktbereichen kommt. Ein Ausfall des Schaltschützes ist die Folge.

Die Beanspruchungen auf diese Bauteile werden tendenziell besonders hoch bei relativ kleinen Geräteausführungen, die mit sehr hohen Einschaltströmen (beispielsweise > 20 kA) beaufschlagt werden sollen oder auch bei mehrpoligen Gerätekonzepten. Ausfälle in der Bahntechnik durch Verschweißungen aufgrund von Kurzschlussströmen in vorge- nannten Größenordnungen führen zu Betriebsausfällen und hohen Folgekosten. Verstärkt wird die Lichtbogenbildung bei diesen Systemen weiterhin dadurch, dass es bei dem Kontaktieren sowie dem Dekontaktieren, aufgrund von Rückprallerscheinungen zwischen den bewegten Kontaktbereichen und den Gegenkontaktbereichen, zu Schwingungen in der Kontaktmechanik kommt. In der Kontaktphase des Einschaltvorgangs kommt es, nach einem erstmaligen Auftreffen der Kontaktbereiche auf die Gegenkontaktbereiche zu einem Rückprallimpuls aufgrund der räumlich feststehenden Gegenkontaktbereiche. Ein erneutes Beabstanden der Kontaktbereiche von den Gegenkontaktbereichen ist die Folge, wodurch es zu einer erneuten Lichtbogenbildung im Einschaltvorgang (Einschaltlichtbogen) kommt. Diese Rückbewegung hält an bis die Kraft des durch den Stator auf- gebauten Magnetfeldes, die Kontaktbereiche wieder gegen die Gegenkontaktbereiche bewegt. Diese dynamische Abstandsänderung kann sich gar mehrmals wiederholen, was die zerstörerische Lichtbogenbelastung der Kontaktbereiche weiter erhöht. Auch in einer Dekontaktierungsphase, während des Ausschaltvorgangs, kann es, aufgrund der entgegen der Bewegungsrichtung des Ankers wirkenden Kräfte, wie Restanzugskräfte durch Spulenrestströme des Antriebs, zu solchen Rückprallentwicklungen kommen. Durch die, durch die Prellung immer wieder hervorgerufene Beabstandung, kommt es bei jedem Schaltvorgang zu mehrmaliger, unterschiedlich langen Lichtbogenbildungen in den Kontaktzonen zwischen den Kontaktbereichen und den Gegenkontaktbereichen.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, die Lichtbogenbelastung auf die Kontaktberei- che von Schaltschützen und deren Auswirkungen wie Lichtbogenabbrand und Schweißrisiko zu reduzieren.

Diese Ausgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem Anker eine Schubeinrichtung verbunden ist, die relativ zu dem Anker verdrehbar ist, wobei die Schubeinrichtung den Anker, bei der Bewegung von der ersten in die zweite Stellung des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs, zumindest zeitweise unterstützend anschiebt.

Somit werden die Kontaktier- und Dekontaktiervorgänge wesentlich optimiert. Beim Kontaktieren, während des Einschaltvorganges, führt das Anschieben zu einem zügigen, verzögerungsfreien Durchfahren der kritischen Kontaktierungsphase mit raschestmöglichem Aufbau der endgültigen Kontaktkraft. Durch das Anschieben mittels der Schubeinrichtung wird ein zusätzliches Andrücken der Kontaktbereiche an die Gegenkontaktbereiche bewirkt. Die Rückprallneigung der Kontaktbereiche sowie die Zeit bis zur vollständigen Anlage der Kontaktbereiche an den Gegenkontaktbereichen werden somit wesentlich redu- ziert. Andererseits wird auch beim Ausschalten die Bewegung des Ankers unterstützt, wodurch die Kontaktbereiche durch den Schubantrieb von den Gegenkontaktbereichen weggezogen werden. Beim Dekontaktieren, während des Ausschaltvorganges, führt das Anschieben zu dem Einbringen eines hohen dynamischen Öffnungsimpulses auf die noch ruhenden, zu öffnenden Kontaktbereiche mit anschließender Öffnung bei größtmöglicher Öffnungsgeschwindigkeit. Somit ist es möglich, die kritischen Kontaktierungsphasen sowie Dekontaktierungsphasen wesentlich zu verkürzen und somit auch die Lichtbogeneinwirkung zu verkürzen. Somit wird die Lebensdauer solcher Schaltschütze wesentlich verlängert. Aber auch höhere Ströme, insbesondere die bei Kurzschlüssen auftretenden Ströme von über 20 kA, können aufgrund der Verkürzung der Lichtbogenbeeinflussung und des dynamischen Öffnungsimpulses mit beträchtlich verbesserter Zuverlässigkeit beherrscht werden.

Im Weiteren hat diese Schubeinrichtung den Vorteil, dass sie an bestehende Schaltschützkonstruktionen angebunden werden kann, ohne aufwändige Konstruktionsände- rungen der Schaltschützgeometrie vornehmen zu müssen.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend erläutert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn die Schubeinrichtung in einer ersten Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs durch den Anker angetrieben ist und in einer zweiten Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs, beim Kontaktieren und/oder Dekontaktieren zwischen dem Kontaktbereich und dem Gegenkontaktbereich, die Bewegung des Ankers unterstützt. So ist es möglich, die Schubeinrichtung mit derselben Energiequelle anzutreiben, beispielsweise über den Stator. Durch das Einleiten von Energie in die Schubeinrichtung durch den Anker in der ersten Phase wird weiterhin eine Bremswirkung auf die Bewegung des Ankers ausgeübt, was bei dem Einschaltvorgang, also dem In-Kontakt-Bringen der Kontaktbereiche mit den Gegenkontaktbereichen, den Vorteil mit sich bringt, dass die Aufprallgeschwindigkeit der Kontaktbereiche reduziert wird. Eine weitere Reduzierung der Rückprallneigung ist die Folge, wodurch die Gefahr von Verschweißungen verringert wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Schubeinrichtung eine Schwungscheibe umfasst, da somit eine Rotierbarkeit der Schubeinrichtung besonders einfach, auf platzsparende Weise möglich ist. Auch die Effizienz und Wirkung der Schubeinrichtung hängt dann nicht allein von der Masse der Schubeinrichtung sondern vor allem von der Rotationsträgheit der Schwungmasse ab. Eine Optimierung des verwendeten Schwunggewichtes ist somit möglich. Weiter besteht keine Abhängigkeit von der Einbau- läge.

Würde der Anker und die Schubeinrichtung in einer weiteren Ausführung über eine Wandlereinheit verbunden seien, welche Wandlereinheit die Bewegung des Ankers in eine Rotationsbewegung der Schubeinrichtung umwandelt, so ist die Bewegung zwischen der Schubeinrichtung und des Ankers unabhängig und die Bewegungen können durch eine Übersetzung beliebig angepasst werden.

Würde in diesem Fall, gemäß einer weiteren Ausführungsform, zusätzlich die Wandlereinheit ein, ein männliches und ein weibliches Gewindeteil aufweisendes Schraubgetriebe umfassen, wobei eines der männlichen und weiblichen Gewindeteile mit dem Anker und das andere der weiblichen und männlichen Gewindeteile an der Schubeinrichtung befes- tigt ist, so kann eine einfache und kostengünstige Bewegungswandlung umgesetzt werden.

Es wäre in einer zusätzlichen Ausgestaltung denkbar, das an der Schubeinrichtung befestigte Gewindeteil der Wandlereinheit axial zu einem Gehäuse des Schaltschützes zu lagern. So ist die Lage der Schubeinrichtung, sowohl während des Ein- als auch während des Ausschaltvorgangs, relativ zum Schaltschützgehäuse gesichert, wodurch wiederum der Platzbedarf dieser Schubeinrichtung reduziert wird.

Auch wäre es gemäß einer Ausführung denkbar, wenn das Schraubgetriebe nicht selbsthemmend ist. Dadurch kann die Schubeinrichtung derart angeordnet werden, dass die in dem Schraubgetriebe auftretenden Reibkräfte und der Wirkungsgrad der Wandlereinheit optimiert werden.

Vorteilhafterweise wäre es auch denkbar, wenn der Anker mittels eines Federelementes elastisch mit dem Kontaktbereich verbunden ist. Durch diese Elastizität des Federelementes wird einerseits der Rückprall der Kontaktbereiche bei der Kontaktgabe weiter reduziert sowie eine elastische Vorspannung der Kontaktbereiche zu den Gegenkontaktbereichen in der ersten oder zweiten Stellung ermöglicht. Wäre dieses Federelement, alternativ, zumindest in der Stellung, in der der Kontaktbereich mit dem Gegenkontaktbereich verbunden ist komprimiert, so kann beim Umschalten/ Ausschalten des Schaltschützes die in der komprimierten Feder gespeicherte Kraft zunächst wieder die Schubeinrichtung auf einfache Weise antreiben. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wäre es auch möglich, den Anker mittels einer Schaltstange mit der Schubeinrichtung zu verbinden, wobei die Schubeinrichtung relativ zu der Schaltstange verdrehbar ist. Dadurch kann eine Entkopplung des magnetisier- baren Ankers von den umgebenden Bauteilen, insbesondere der Schubeinrichtung und/oder des Federelementes, umgesetzt werden. Wenn die Schaltstange aus einem nicht magnetischen Material ausgestaltet wird, werden magnetische Verluste durch ein zum Nutzfeld paralleles Streufeld vermieden.

Vorteilhaft wäre es auch, wenn die Bewegungsrichtung des Ankers, alternativ, zwischen der ersten und der zweiten Stellung der axialen Richtung der Schaltstange entspricht. So wäre eine definierte Führung des Ankers von der ersten Stellung in die zweite Stellung, sowie zurück, möglich.

Weiterhin ist auch ein Verfahren zum Ein- und/oder Ausschalten eines elektrischen Schaltschützes enthalten, das folgende Schritte umfasst: a) Bewegen eines Ankers durch das Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Stators, b) Beschleunigen einer Rotation einer Schubeinrichtung, welche Schubeinrichtung mit dem Anker verbunden ist, sowie c) Übertragen zumindest eines Teils der kinetischen Bewegungsenergie der Schubeinrichtung an den Anker, in einer Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs, in der ein mit dem Anker verbundener Kontaktbereich einen Gegenkontakt kontaktiert oder de- kontaktiert, zum Unterstützen der Ankerbewegung. Dadurch ist eine besonders effiziente Wirkung von Schaltschützen möglich.

Diese Effizienz kann weiter gesteigert werden, wenn in einer zweiten Phase der Anker eine kinetische Bewegungsenergie an die Schubeinrichtung überträgt, zum Antrieb der Rotation der Schubeinrichtung. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisches Schaltschütz in einer Schnittdarstellung längs der Bewegungsrichtung des Ankers in einer ersten, geöffneten Stellung, bei ausgeschaltetem Stator.

Die Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 gezeigten elektrischen Schaltschütz in einer zweiten, geschlossenen Stellung, bei eingeschaltetem Stator.

Die Fig. 3 zeigt, in einer Detailansicht, eine weitere Ausführungsform der in der Figur 1 gekennzeichneten Anbindung des Flansches an das Gehäuse, in geschnittener Darstel- lung.

Die Fig. 4 zeigt weiterhin das Vorgehen beim Einschalten eines erfindungsgemäßen Schaltschützes, nämlich das Umschalten von der in Figur 1 gezeigten, geöffneten Stellungen in die, in Figur 2 gezeigte geschlossene Stellung.

Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem der Energiestatus der Schwungscheibe beim Um- schalten von der geöffneten Stellung in die geschlossenen Stellung dargestellt ist.

Für gleiche oder gleichwirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Fig. 1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße elektrische Schaltschütz 1 , welches einen Stator 2 sowie einen relativ dazu beweglichen Anker 3 aufweist, welcher Anker 3 mit zumindest einem Kontaktbereich 4a oder 4b, vorzugsweise zwei Kontaktbereichen 4a und 4b verbunden ist. Diese Kontaktbereiche 4a und 4b sind jeweils mit einem, vorzugsweise feststehendem Gegenkontaktbereich 5a und 5b, verbindbar. Mit dem Anker 3 ist zudem eine Schubeinrichtung 6 verbunden, die als Schwungscheibe 7 ausgebildet ist.

Der seitlich des Ankers 3 positionierte Stator 2 ist fest mit einem Gehäuse 8 des elektrischen Schaltschützes 1 verbunden. Hier nicht dargestellt ist weiterhin die Aktivierung sowie die Versorgung des Stators 2, die beispielsweise, wie ausführlicher weiter unten beschrieben, eine Sparschaltung umfassen kann. Der Stator 2 wirkt über ein, nach dem Ein- schalten des Stators 2 gebildetes Magnetfeld mit dem beweglichen Anker 3 zusammen. Bei ausgeschaltetem Stator 2 befindet sich der Anker 3 sowie die damit verbundenen Kontaktbereiche 4a und 4b zunächst in der, in Fig. 1 dargestellten, offenen Stellung des Schaltschützes 1. In dieser offenen Stellung wird der Anker 3 nicht durch das Magnetfeld des Stators 2 beeinflusst, sodass die Kontaktbereiche 4a und 4b von den Gegenkontakt- bereichen 5a und 5b beabstandet und elektrisch voneinander getrennt sind. Nach dem Einschalten des Stators 2 werden der Anker 3 und die damit verbundenen Kontaktbereiche 4a und 4b, aufgrund der Magnetfeldkraft des Stators 2, in die, in Fig. 2 dargestellte, geschlossene Stellung des Schaltschützes 1 geschoben. In dieser geschlossenen Stel- lung liegen die Kontaktbereiche 4a und 4b an den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b an und sind somit mit den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b elektrisch leitend verbunden sind.

In der, in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführung ist der Anker 3 an einer Schaltstange 9 befestigt. Diese Schaltstange 9 ist vorzugsweise aus einem nicht magnetischen, sowie nicht magnetisierbaren Material hergestellt. Zudem ist die Schaltstange 9 derart im Gehäuse 8 gelagert, dass der Anker 3, nach Einschalten des Stators 2, die Verschiebebewegung 25 von der ersten in die zweite Stellung entlang der axialen Richtung der Schaltstange 9 ausführt. Alternativ zu der hier dargestellten, axialen Bewegung des Ankers 3, kann der Anker 3 auch rotatorisch von einer ersten in eine zweite Stellung bewegt werden.

An einem ersten Ende 28 der Schaltstange 9, zwischen dem Anker 3 und den Kontaktbereichen 4a und 4b, ist weiterhin ein Führungsabschnitt 12 vorgesehen, der die Bewegung der Schaltstange 9 relativ zum Gehäuse 8 führt. Zu diesem Zwecke liegt der Führungsabschnitt 12 am Gehäuse 8 über Seitenflanken an, mittels welcher Seitenflanken der Füh- rungsabschnitt bei Bewegung von der ersten in die zweite Stellung entlang dem Gehäuse geführt ist. An diesem Führungsabschnitt 12 ist weiterhin ein Federelement 10 angeordnet, das eine elastische Verbindung zwischen der Schaltstange 9 sowie den Kontaktbereichen 4a und 4b herstellt. Das Federelement 10 umfasst zum Einen eine Schraubenfeder 15, die mit einem Ende an einer Auflagefläche des Führungsabschnittes 12 und mit einem anderen Ende an einer Auflagefläche eines Kontaktträgers 11 anliegt, welcher Kontaktträger 11 die Kontaktbereiche 4a und 4b aufnimmt. Zur Stabilisierung der Schraubenfeder 15 umfasst das Federelement 10 zum Anderen einen Führungsstößel 13. Dieser Führungsstößel 13 ist in Richtung der Längsachse der Schraubenfeder 15 angeordnet und mit der Kontaktbrücke 11 und dem Führungsabschnitt 12 verbunden. Seitens des Führungsabschnittes 12 ist der Führungsstößel 13 axial verschiebbar an diesem gelagert. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, ist die Längsachse der Schraubenfeder 15 vorzugsweise koaxial zu der Längsachse des Führungsstößels 13 ausgeführt. Auch die axiale Bewegungsrichtung des Führungsabschnittes 12, relativ zum Gehäuse 8, stimmt mit der axialen Bewegungsrichtung 25 und 26 des Ankers 3 sowie der Schaltstange 9 überein.

Der als starres Element ausgeführte Führungsstößel 13 weist an einem ersten Ende eine Anlageflanke 14 auf, die in der geöffneten Stellung des Schaltschützes 1 an einer Gegenfläche des Führungsabschnittes 12 anliegt. An einem diesem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Führungsstößels 13 ist der Führungsstößel 13 mit dem Kontaktträger 11, beispielsweise über eine Schraubverbindung, fest verbunden.

Die Länge des Führungsstößels 13 sowie die Geometrie der Schraubenfeder 15 sind da- bei derart gewählt, dass die Schraubenfeder 15 auch in der geöffneten Stellung um einen gewissen Betrag gespannt ist und den Abstand zwischen dem Kontaktträger 11 und dem Führungsabschnitt 12 in der offenen Stellung hält.

Ebenfalls mit dem Anker 3 verbunden ist die Schubeinrichtung 6. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist dabei eine Wandlereinheit 16 mit der Schaltstange 9 verbunden, welche Wandlereinheit 16 die Schubeinrichtung 6 wiederum mit dem Anker 3 verbindet sowie die Schubeinrichtung 6 zum Anker 3 verdrehbar lagert.

Diese Wandlereinheit 16 umfasst ein Schraubgetriebe 27, das einen, ein männliches Gewindeteil, nachfolgend als Außengewinde 18 bezeichnet, aufweisenden Zapfen 17 sowie ein, ein weibliches Gewindeteil, nachfolgend als Innengewinde 21 bezeichnet, aufweisen- des Aufnahmeteil 20 umfasst. Der Zapfen 17, dessen Außengewinde 18 spindelartig ausgestaltet ist, ist vorzugsweise durch eine, mit der Schaltstange 9 verbundenen Sechskantschraube 19, zur Schaltstange 9 verdrehgesichert. Das Innengewinde 21 greift in das Außengewinde 18 ein. Der Zapfen 17 wird, wie es aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, bei Bewegung des Ankers 3 von der offenen Stellung in die geschlossene Stellung, ent- sprechend der Bewegungsrichtung des Ankers 3 mitbewegt. Das Aufnahmeteil 20 weist einen rotationssymmetrischen Abschnitt auf, der in einem Flansch 29 verdrehbar gelagert ist. Zur axialen Positionierung des Aufnahmeteils 20 ist das Aufnahmeteil 20 axial im Flansch 29 und somit zum Gehäuse 8 gelagert und wird bei den Schaltvorgängen somit nicht axial verschoben. Zu Zwecken dieser Lagerung, ist eine Gleitfläche 22 des Flansches 8 mit einem Vorsprung 23 versehen, der in eine Aussparung 24 des Aufnahmeteils 20 eingreift.

Der Flansch 29 ist über Befestigungsschrauben fest mit dem Gehäuse 8, hier mit der Unterseite des Gehäuses 8, verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Flansch 29 direkt über mehrere Befestigungsschrauben an dem Gehäuse befestigt. Alternativ dazu kann, wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dargestellt ist, zwischen dem Gehäuse 8 sowie dem Flansch 29 zusätzlich auch ein Dämpfungselement 30 angeordnet sein. Dieses Dämpfungselement 30 ist zumindest teilweise zwischen dem Flansch 29 und dem Gehäuse 8 angeordnet und vermeidet somit ein direktes Aufliegen des Flansches 29 auf dem Gehäuse 8 im Bereich der Befestigungspunkte. In dieser Ausführung ist das Dämpfungselement 30 im Wesentlichen zylindrisch ausgeformt, wobei in einer kreisförmigen Aussparung, an der Außenseite dieses Dämpfungselementes 30, der Flansch 29 eingreift. Das Dämpfungselement 30 weist weiterhin im Inneren eine zentrische Bohrung auf, in der eine Passschraube 31 abschnittsweise angeordnet ist und mit ihrem Schraubenkopf an dem Dämpfungselement 30 aufliegt. Die Passschraube 31 greift mit einem Gewindestiftabschnitt in ein Innengewinde des Gehäuses 8 ein. Durch einen Schaftabschnitt der Passschraube 31 , der sich von dem Schraubenkopf bis zum Gewindeabschnitt erstreckt, ist die Länge des Dämpfungselementes 30 vorgegeben. Die Stirnfläche des Schaftabschnittes liegt an dem Gehäuse 8 an und spannt das Dämpfungselement 30, welches vorzugsweise aus Gummi besteht, zwischen dem Schraubenkopf der Passschraube 31 und dem Gehäuse 8 ein. Dieses Dämpfungselement 30 wirkt insbesondere bei den An- schlagen in den Endlagen des Ankers 3, beim Ein- und Ausschaltvorgang, dämpfend und reduziert somit die Belastung auf die Lagerung zwischen dem Aufnahmeteil 20 und dem Flansch 29, sowie die Belastung in dem Schraubgetriebe 27, zwischen dem Zapfen 17 und dem Aufnahmeteil 20. Kraftspitzen werden somit stark gedämpft.

Wie in den Figuren 1 und 2 weiter zu erkennen ist, ist das Aufnahmeteil 20 vorzugsweise über Schrauben, an der Schwungscheibe 7 der Schubeinrichtung 6 befestigt.

Das Schraubgetriebe 27, zwischen dem Zapfen 17 und dem Aufnahmeteil 20, ist, insbesondere hinsichtlich der Gewindesteigung, derart ausgestaltet, dass, bei einem Bewegen des Ankers 3, die Ankerbewegung - in der gegenständlichen Ausführung die axiale Bewegung des Ankers 3 - in eine Rotationsbewegung der Schwungscheibe 7 umgewandelt wird. Dabei ist dieses Schraubgetriebe 27 nicht selbsthemmend und/oder weist eine Gewindesteigung von vorzugsweise zwischen 25 und 35°, insbesondere 30°, auf. Vorzugs- weise ist das Gewinde eingängig ausgeführt.

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist weiterhin eine Rückstellfeder 32 als zusätzliche Öffnungsunterstützung vorgesehen. Diese Rückstellfeder 32 drückt mit einem ersten Federende gegen einen Abschnitt des Gehäuses 8 und mit einem, diesem gegenüberliegenden zweiten Ende gegen einen Abschnitt des Ankers 3. In der in Fig. 1 darge- stellten offenen Stellung des Schaltschützes 1 drückt diese Rückstellfeder 32 den Anker 3 und somit den Führungsabschnitt 12 sowie die damit verbundenen Kontaktbereiche 4a und 4b in die geöffnete Lage. Ist der Schaltschütz 1 eingeschalten und der Anker 3 nach oben, in eine kontaktierende Position, verschoben, ist die Rückstellfeder 32 stärker gespannt. Durch diese Kontraktion der Rückstellfeder 32 in dem eingeschalteten Zustand, steht somit beim erneuten Ausschalten des Schaltschützes 1 eine unterstützende Federkraft zur Verfügung, die den Anker 3 und somit den Führungsabschnitt 12 in die offene Stellung zurückdrückt und den Öffnungsvorgang beim Ausschalten durch die zusätzliche Federkraft unterstützt.

Von Vorteil ist es, wenn die Mittelachse des Schraubgetriebes 27, und somit des Außen- gewindes 20 und des Innengewindes 21 , wie in Figuren 1 und 2 ausgeführt, entlang der axialen Bewegungsrichtung 25 und 26 des Ankers 3 ausgestaltet ist. Auch die Rotationsachse der Schwungscheibe 7 ist vorzugsweise koaxial zu der Mittelachse der Schraubverbindung 27 sowie der axialen Bewegungsrichtung 25, 26 der Schaltstange 9 ausgebildet, da somit Seitenkräfte vermindert werden können. Auch der Führungsstößel 13 und/oder die Schraubenfeder 15 sind mit Ihren Längsachsen und Mittelachsen entlang der Bewegungsrichtungen 25 und 26 ausgerichtet, um Seitenkräfte auf die Schraubenfeder 15 zu reduzieren.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 4 und 5 die Funktionsweise der gegenständlichen Ausführungsform beschrieben: Wird der Stator 2, in einem Einschaltvorgang des Schaltschützes 1 , mit Strom versorgt, so wird der Anker 3, aufgrund der Magnetkraft des Stators 2, in eine durch den Pfeil 25 dar- gestellte erste Bewegungsrichtung 25, entlang der axialen Richtung der Schaltstange 9 verschoben. Bei dieser Verschiebung wird gleichzeitig, durch die Kopplung der Schaltstange 9 sowie des Ankers 3 an die Wandlereinrichtung 16 und an die Schubeinrichtung 6, die Schwungscheibe 7 der Schubeinrichtung 6 rotatorisch angetrieben. Die Rotations- richtung der Schwungscheibe 7 hängt hierbei von der Spindelausgestaltung des Zapfens 17 ab, nämlich ob die Spindel ein Rechts- oder ein Linksgewinde aufweist. Durch die Verschiebung des Ankers 3 werden ebenfalls die Kontaktbereiche 4a und 4b in die Bewegungsrichtung 25 verschoben. Kommt es schließlich in der Kontaktierungsphase zum Berühren der Kontaktbereiche 4a und 4b mit den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b, so wird die Schraubenfeder 15 des Federelementes 10 gestaucht und deren Spannung erhöht. Der Führungsstößel 13 verschiebt sich dabei relativ zum Führungsabschnitt 12 und dessen Anlageflanke 14 entfernt sich von der Gegenfläche des Führungsabschnittes 12. Der Abstand zwischen dem Führungsabschnitt 12 und dem Kontaktträger 11 verringert sich. Wie in Figur 4 ersichtlich ist, wird, im Einschaltvorgang, in der Phase der Kontaktierung die Bewegung des Ankers 3 durch das Auftreffen auf die feststehenden Gegenkontaktbe- reiche 5a und 5b abgebremst. Die Schwungscheibe 7 rotiert dabei in einem kurzen Übergangsbereich mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiter, bis die das Außengewinde 18 berührende Gewindeflanke des Innengewindes 21 auf die gegenüberliegende Gewinde- flanke gewechselt hat. Durch die, zuvor der Schwungscheibe 7 zugeführte Energie, wird in dieser Phase die dort gespeicherte Energie ausgenutzt, indem, aufgrund der Trägheitskraft der Rotationsmasse, die Schwungscheibe 7 zu einem Antrieb der Bewegung des Ankers 3 wird. Somit wird die Ankerbewegung in Richtung der ersten Bewegungsrichtung 25 verstärkt. Die Kontaktbereiche 4a und 4b werden durch diese zusätzliche Antriebskraft verstärkend gegen die Gegenkontaktbereiche 5a und 5b gedrückt, bis die Schwungscheibe 7 durch die, mit der Kompression des Federelementes 10 zunehmenden Federkraft abgebremst wird. Schließlich sind die Kontaktbereiche 4a und 4b in einer Endlage fest mit den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b verbunden, wobei die Schraubenfeder 15 durch die in dieser eingeschalteten Stellung wirkende Magnetkraft des Stators 2 komprimiert ist und der Anker 3 in einer Zwangslage gehalten, welche Zwangslage sich von der Lage im ausgeschaltetem Zustand unterscheidet. Wird der Schaltschütz 1 nun ausgeschaltet, so wird in diesem Ausschaltvorgang zunächst, durch Trennung des Spulenstroms des Stators 2, das Magnetfeld des Stators 2 abgebaut. Anschließend, bei nicht mehr ausreichender Kraftwirkung des Magnetfeldes auf die Zwangslage des Ankers 3, entspannt sich einerseits die Schraubenfeder 15 des Fe- derelementes 10 und drückt dadurch den Führungsabschnitt 12 von dem Kontaktträger 11 ab, bis die Anlageflanke 14 des Führungsstößels 13 erneut an der Gegenfläche des Führungsabschnittes 12 zur Anlage kommt. Bei dieser Entspannung des Federelementes 10 werden die Schaltstange 9 und der Anker 3 in eine, der ersten Bewegungsrichtung 25 des Einschaltvorgangs entgegengesetzte, zweite Bewegungsrichtung 26 bewegt. Andererseits wirkt in die Bewegungsrichtung 26 auch die Federkraft der Rückstellfeder 32 zur Verstärkung der Ankerbewegung. Durch diese Entspannung der Schraubenfeder 15 und der Rückstellefeder 32 wird wiederum die Schwungscheibe 7 der Schubeinrichtung 6 rotatorisch angetrieben. In diesem Fall ist die Drehung der Schwungscheibe 7 entgegengesetzt der Umdrehung des Einschaltvorgangs. Ist die Schraubenfeder 15 maximal entspannt und somit die gespeicherte Federenergie, zumindest zu einem Teil, in die Rotationsbewegung der Schwungscheibe 7 umgewandelt worden, so wirkt in der folgenden Phase der Dekon- taktierung erneut die Trägheit der Schwungscheibenmasse als Antrieb für die Bewegung des Ankers 3. Die Kontaktbereiche 4a, 4b werden von den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b durch die in Richtung der zweiten Bewegungsrichtung 26 des Ankers 3 wirkende Schubkraft der Schwungsscheibe 7 getrennt. Somit wird auch beim Ausschaltvorgang die Schwungscheibe 7 als Unterstützung für die Dekontaktierung verwendet.

Wie in Figur 5 weiter ersichtlich ist, wird, während des Umschaltvorganges von der offenen Stellung in die geschlossene Stellung, die Energie der Schwungscheibe 7 in die Bewegung des Ankers 3 umgesetzt, um ein Andrücken der Kontaktbereiche 4a und 4b zu bewirken. Die Schwungscheibe 7 nimmt gemäß Figur 5 zunächst stetig, durch die Beschleunigung der Schwungscheibenmasse, an Energie zu, wobei ein Energiemaximum unmittelbar vor dem ersten Kontakt der Kontaktbereiche 4a und 4b mit den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b erreicht ist. Nach diesem ersten Kontakt der Kontaktbereiche 4a und 4b und den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b wirkt die Schwungscheibe 7 unterstüt- zend auf die Kontaktbereiche 4a und 4b, indem sie die Bewegungsenergie, die in ihrer Rotation gespeichert ist, wieder, mittels des Schraubgetriebes 27, an die axiale Bewegung des Ankers 3 abgibt. Dabei wird der Schwungscheibe 7 Energie entzogen und der Anker 3 sowie die Kontaktbereiche 4a und 4b gegen die Gegenkontaktbereichen 5a und 5b gedrückt. Nachdem das Federelement 10 sowie die Rückstellfeder 32 maximal komprimiert sind und die Bewegung des Ankers 3 in Richtung der Gegenkontaktbereiche 5a und 5b stoppt, kommt es, aufgrund der Elastizität dieser Federsysteme und der, mit den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b verbundenen Aufnahmebauteilen, kurz zu einem Rückfedern entgegen der Bewegungsrichtung des Ankers 3, was kurzzeitig wieder eine Energierückführung an die Schwungscheibe 7 bewirkt, bis schließlich der Anker 3 die stabile Endlage erreicht.

Wie oben erwähnt, kann der Stator 2 an eine Sparschaltung angeschlossen werden. Eine solche Sparschaltung stellt unmittelbar nach dem Einschalten eine hohe Anfangsleistung von etwa 200 W zur Verfügung, die deutlich größer als die spätere Halteleistung ist, um das Magnetfeld rasch aufzubauen und eine ausreichend große Beschleunigungskraft an die Massen des Ankers 3 sowie der damit verbundenen Schwungscheibe 7 der Schubeinrichtung 6 zu übertragen. Nach dem Inkontaktbringen der Kontaktbereiche 4a und 4b mit den Gegenkontaktbereichen 5a und 5b wird dann auf die niedrigere Halteleistung zurück- geschaltet, da dann lediglich ein Halten des Ankers 3 und des Federelementes 10 notwendig ist. Die Energieeffizienz kann somit zusätzlich gesteigert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Elektrisches Schaltschütz (1), insbesondere für die Verwendung in Eisenbahnen, mit dem Stator (2) sowie einem Anker (3), welcher Anker (3) mit einem Kontaktbereich (4a, 4b) verbunden ist und bei einem Einschaltvorgang und/oder einem Ausschalt- Vorgang des Schaltschützes (1) von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei der Kontaktbereich (4a, 4b) in zumindest einer dieser Stellungen mit einem Gegenkontaktbereich (5a, 5b), zum Schließen eines Stromkreises verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anker (3) eine Schubeinrichtung (6) verbunden ist, die relativ zu dem Anker (3) verdrehbar ist, wobei die Schubeinrich- tung (6) den Anker (3) bei der Bewegung von der ersten in die zweite Stellung des

Ein- und/oder Ausschaltvorgangs zumindest zeitweise unterstützend anschiebt.

2. Elektrisches Schaltschütz (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubeinrichtung (6) in einer ersten Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs durch den Anker (3) angetrieben ist und in einer zwei- ten Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs, beim Kontaktieren und/oder De- kontaktieren zwischen dem Kontaktbereich (4a, 4b) und dem Gegenkontaktbereich (5a, 5b), die Bewegung des Ankers (3) unterstützt.

3. Elektrisches Schaltschütz (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubeinrichtung (6) eine Schwungscheibe (7) umfasst.

4. Elektrisches Schaltschütz (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) und die Schubeinrichtung (6) über eine Wandlereinheit (16) verbunden sind, welche Wandlereinheit (16) die Bewegung des Ankers (3) in eine Rotationsbewegung der Schubeinrichtung (6) wandelt.

5. Elektrisches Schaltschütz (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (16) ein, ein männliches und ein weibliches Gewindeteil (17, 20) aufweisendes Schraubgetriebe (27) umfasst, wobei eines der männlichen und weiblichen Gewindeteile (17, 20) mit dem Anker (3) und das andere der weiblichen und männlichen Gewindeteile (17, 20) an der Schubeinrichtung (6) befestigt ist.

6. Elektrisches Schaltschütz (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Schubeinrichtung (6) befestigte Gewindeteil (17, 20) der Wandlereinheit (16) axial zu einem Gehäuse (8) des Schaltschützes (1) gelagert ist.

7. Elektrisches Schaltschütz (1) nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Schraubgetriebe (27) der Wandlereinheit (16) nicht selbsthemmend ist.

8. Elektrisches Schaltschütz (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) mittels eines Federelementes (10) elastisch mit dem Kontaktbereich (4a, 4b) verbunden ist.

9. Elektrisches Schaltschütz (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10) in zumindest einer der ersten und zweiten Stellungen komprimiert ist.

10. Elektrisches Schaltschütz (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) mittels einer Schaltstange (9) mit der Schubein- richtung (6) verbunden ist, wobei die Schubeinrichtung (6) relativ zu der Schaltstange (9) verdrehbar ist.

1 1. Elektrisches Schaltschütz (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (25, 26) des Ankers (3) zwischen der ersten und der zweiten Stellung der axialen Richtung der Schaltstange (9) entspricht.

12. Verfahren zum Ein- und/oder Ausschalten eines elektrischen Schaltschützes (1) umfassend folgende Schritte: a) Bewegen eines Ankers (3) durch das Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Stators (2), b) Beschleunigen einer Rotation einer Schubeinrichtung (6), welche Schubeinrich- tung (6) mit dem Anker (3) verbunden ist, sowie c) Übertragen zumindest eines Teils der kinetischen Bewegungsenergie der Schubeinrichtung (6) an den Anker (3), in einer Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs, in der ein mit dem Anker (3) verbundener Kontaktbereich (4a, 4b) einen Gegenkontaktbereich (5a, 5b) kontaktiert oder dekontaktiert, zum Unterstützen der Ankerbewegung.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs zum Unterstützen der Ankerbewegung, in der ein mit dem Anker (3) verbundener Kontaktbereich (4a, 4b) einen Gegenkontaktbereich (5a, 5b) kontaktiert oder dekontaktiert, einer ersten Phase entspricht und weiterhin eine zweite Phase vorhanden ist, in der der Anker eine kinetische Bewegungsenergie an die Schubeinrichtung (6) überträgt, zum Antrieb der Rotation der Schubeinrichtung (6).