WO2013041324A1 - Elektromagnetischer antrieb - Google Patents

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WO2013041324A1
WO2013041324A1 PCT/EP2012/066505 EP2012066505W WO2013041324A1 WO 2013041324 A1 WO2013041324 A1 WO 2013041324A1 EP 2012066505 W EP2012066505 W EP 2012066505W WO 2013041324 A1 WO2013041324 A1 WO 2013041324A1
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WO
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armature
yoke
open position
coil
closed position
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Application number
PCT/EP2012/066505
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Inventor
Marcus Kampf
Martin Böttcher
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
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    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature

Definitions

  • Electromagnetic drive The invention relates to an electromagnetic drive for an electrical switch.
  • Such a drive is known for example from Offenle ⁇ tion EP 0 321 664.
  • This drive has a movable armature, which can perform a lifting movement along a predetermined sliding direction and can be connected to a movable switching contact of a switch.
  • Au ⁇ ßerdem includes the drive comprises a permanent magnet which generates a magnetic field as well as a holding force for holding the armature in a predetermined position.
  • a coil is arranged such that the drive can be actuated by a current flow and the armature can be moved.
  • the invention has for its object to provide a drive in which for moving the armature little Spu ⁇ lenstrom is required.
  • an electromagnetic drive for an electrical switch in particular an electrical circuit breaker, provided with at least one movable armature, which can perform a lifting movement along a predetermined sliding direction, is indirectly or directly ver ⁇ bindable with a movable switching contact of the switch and in a closed position on an anchor-side abutment surface with at least one yoke-side abutment surface a magnetic circuit of the drive
  • a significant advantage of the drive according to the invention is that due to the anchor stroke-dependent width of the lateral gap, the lateral gap can exert different functions depending on the position of the armature.
  • Example ⁇ in the open position of the armature a magnetic short circuit across the lateral gap can be prepared ⁇ the, so that the field lines of the magnetic field of the coil when moving the armature only a single gap (air gap or gas gap), namely between the anchor-side abutment surface and the yoke-side abutment surface, passie ⁇ ren must; This leads to a particularly effective use of the magnetic field and the current and thus to a particularly low power consumption when switching the armature.
  • the lateral gap can be kept field-free (magnetically inactive) by making the magnetic resistance of the lateral gap so large by a correspondingly large gap width that no or only negligible magnetic field passes through the gap; in this case, the magnetic circuit will be closed at ande ⁇ rer point, for example between another armature-side abutment surface and another yoke-side stop surface, which can be increased to hold the armature in the closed position the retaining force.
  • the side surface of the armature and / or the yoke-side side surface is so in the direction of the side Splits projecting above that the width of the lateral gap in the closed position of the armature is greater than in the open position.
  • the width of the lateral gap preferably becomes smaller.
  • the side surface of the armature has a extending transversely to the sliding direction of the lifting movement ⁇ protrusion which in the open position of the armature the magnetic
  • the anchor-side projection may be stepped ⁇ shaped, ramped or shaped differently.
  • the anchor-side projection may be attached externally as a separate part or may be formed by the shape of the anchor side surface itself.
  • the joch worne side surface having an extending transversely to the sliding direction of the lifting movement projection which closes the magnetic circuit of the magnetic field of the coil in the open position of the armature.
  • the jochsei ⁇ term projection may be stepped, ramp-shaped or differently shaped.
  • the yoke-side projection may be attached as a separate part on the outside of the yoke or be formed by the Formgestal ⁇ tion of the yoke side surface itself.
  • the armature is preferably connected to a spring device which exerts a spring force in the direction of the open position of the armature in which the magnetic circuit is open.
  • the yoke parts and the permanent magnet (s) preferably form a magnetically conductive hollow body with an opening slot through which the armature can dive into the interior region of the hollow body.
  • a first armature-side abutment surface are preferably on the outside of the Au nizseite on the hollow body and a second armature-side on ⁇ striking surface inside on the inside of the hollow body.
  • the hollow body is tubular or channel-shaped and extends along a longitudinal axis which is aligned perpendicular to the predetermined sliding direction of the armature and the opening slot extends parallel to the longitudinal axis and the armature closes the opening slot.
  • the hollow body is at least partially closed at its front and rear ⁇ rear end of the tube or gutter with a sheet, preferably made of magnetically non-conductive material.
  • the invention also relates to an arrangement with a drive, as described, and a switch which is drivable by the drive.
  • the invention further relates to a method for operating an electromagnetic drive for an electrical switch, in particular an electric power switch, in which a movable armature for opening and closing the switch is displaced along a predetermined sliding direction, the armature being moved from its open position Position is brought into its closed position by a current is fed into a coil of the drive and a magnetic flux is generated having a gap between an armature-side abutment surface and a yoke-side abutment surface and a lateral gap between a along the stroke direction extending side surface of the armature and a yoke-side side surface extends along the stroke direction, and the armature-side abutment surface is pulled in the direction of the yoke-side abutment surface by the magnetic force of the magnetic field, and wherein the
  • Gap width of the lateral gap is increased when moving the armature from the open position to the closed position.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an arrangement with an electromagnetic drive and an electrical switch which is connected to the electromagnetic drive
  • FIG. 2 shows a plunger armature of the electromagnetic drive according to FIG. 1 in an open position in greater detail
  • FIG. 3 shows the plunger anchor according to Figure 2 in another
  • Figure 4 shows the plunger armature according to Figures 2 and 3 in its closed position
  • Figure 5 shows a second embodiment of a
  • Figure 6 shows a third embodiment of a
  • FIG. 7 is a detail of a plunger armature of the drive according to FIG. 6 in its opened position
  • Figures 8-9 a fourth embodiment of a
  • Figure 11 shows an embodiment of a fiction, modern ⁇ electromagnetic drive in a three-dimensional exploded drawing
  • FIG. 12 shows the electromagnetic drive according to FIG.
  • Figure 13 shows an embodiment of a elektromag ⁇ genetic drive with ramp-shaped projections on the armature
  • Figure 14 shows an embodiment of a elektromag ⁇ genetic drive with a ramp-shaped projection on a yoke part.
  • FIG. 1 shows an electromagnetic drive 10 for an electrical switch 20, which may, for example, be a circuit breaker.
  • the electrical switch 20 comprises a movable switching contact 21 and a stationary switching contact 22.
  • the movable switching contact 21 is connected to a Antriebsstan ⁇ GE 30 of the electromagnetic drive 10 in conjunction, which cooperates with a spring means 40 of the electromagnetic drive 10.
  • a further drive rod 50 which is connected to a plunger armature 60 of the electromagnetic drive 10, is additionally coupled to the spring device 40.
  • the plunger armature 60 can execute a stroke movement along a predetermined sliding direction P and thereby immerse in a magnetic hollow body 70 of the drive 10.
  • FIG. 1 shows the plunger armature 60 with solid lines in an open position, in which it emerges from the hollow body 70 protrudes. With dashed lines and with the principlesszei ⁇ chen 61, the closed position of the plunger is Darge ⁇ provides, in which it is fully inserted into the magnetic hollow body 70.
  • the function of the spring device 40 is to push the further drive rod 50 in the figure 1 upwards, so that the plunger armature 60 is acted upon by a spring force, which is to bring him to the open position.
  • the switch contact 21 be ⁇ wegliche is in an open position, shown in Figure 1 with solid lines.
  • the magnetic hollow body 70 comprises, in the embodiment 1, five yoke members, namely a first yoke member 100, a second yoke 105, a drit ⁇ tes yoke member 110, a fourth yoke member 115 and a fifth yoke member 120.
  • the Arrangement of the five yoke parts 100, 105, 110, 115 and 120 is selected such that the magnetic Hohlkör ⁇ per 70 forms an opening slot 130 through which the cross-section substantially T-shaped plunger armature 60 can dip into the hollow body.
  • the five yoke parts 100, 105, 110, 115 and 120 are made of a magnetizable material, such as a ferrous material.
  • the plunger has so ⁇ as a second armature-side abutment surface 63, a first armature-side abutment surface 62 60th
  • the first armature-side abutment surface 62 rests on the outside 71 of the magnetic hollow body 70 or on the outside of the first yoke part 100 and the third yoke part 110.
  • the outside of the first yoke part 100 forms a first yoke-side abutment surface 100a.
  • the second armature-side ⁇ An impact surface 63 is in the closed position of the plunger 60 on the inside 72 of the hollow body 70, on the inner side of the second yoke member 105 on.
  • Inner side of the second yoke part 105 forms a second yoke-side abutment surface 105a.
  • two magnetic circuits are closed whose magnetic flux is caused by the two permanent magnets 90 and 95.
  • the magnetic flux of the first magnetic circuit flows back from the permanent magnet 90 via the fourth yoke part 115, the first yoke part 100, the plunger armature 60 and the second yoke part 105 to the permanent magnet 90.
  • the magnetic flux of the two ⁇ th permanent magnet 95 flows through the fifth yoke member 120, the third yoke member 110, the diver armature 60 and the second yoke 105. Due to the magnetic force of the two magnetic circuits of the solenoid plunger is held in its closed position 60, although the Spring force of the spring device 40 wants to bring the plunger armature 60 in the open position.
  • the force of the spring means 40 is smaller than the magnetic force of the magnetic circuits of the two permanent magnets 90 and 95. If the electrical switch 20 are opened with the electromagnetic drive 10, a current is fed through the coil 80, the two magnetic circuits of both permanent magnets 90 and 95 is opposite. As a result, the magnetic holding force of the two magnetic circuits of the two permanent magnets 90 and 95 is reduced, so that the spring force of the spring device 40 is sufficient to push the plunger armature 60 into its open position.
  • the distance between the first armature-side abutment surface 62 and the first yoke-side abutment surface 100a and the distance between the second armature-side abutment surface 63 and the second yoke-side abutment surface 105a is so large that the magnetic ⁇ force of the permanent magnets 90 and 95th is no longer sufficient to close the plunger armature 60 against the spring force of the spring device 40.
  • FIG. 2 again shows the plunger armature 60 again in its open position in a larger view for a better overview. It can be seen that the distance A2 between the first armature-side abutment surface 62 and the second armature-side abutment surface 63 corresponds to the distance AI between the outer side of the first yoke part 100 and the inner side of the second yoke part 105. For this
  • Fixing screws for holding the two yoke parts 100 and 110 are designated by the reference numerals 210 and 215 in FIG.
  • the opened state is again shown in FIG. 3, but with the magnetic field lines of the magnetic circuits M1 and M2 of the two permanent magnets 90 and 95. It can be seen that the two projections 610 and 611 of the plunger armature located on the side surface 600 are located in the region of öff ⁇ voltage slot 130 are and this completely or almost completely ⁇ ever, except for a possibly existing negligibly small residual gap closing. Between the side surface 600 of the armature 60 extending along the stroke direction P and the yoke-side side surface 100b of the first yoke part 100 extending along the stroke direction, there is thus no or virtually no gap (air gap). Ent ⁇ same applies for the other side of the plunger 60 even among the side surface 600 and extending along the stroke direction extending yoke-side side surface 110b of the third yoke member 110 is no or virtually no gap before ⁇ hands.
  • the function of the projections 610 and 611 is to magnetically short the opening slot 130, so that in the two magnetic circuits Ml and M2 in the region of the opening slot 130 no or very little magnetic field strength drops or is lost.
  • there remains le ⁇ diglich a single relevant air gap, namely the lower air gap 620, the field lines of the two magnetic
  • Circles M1 and M2 have to overcome in order to transfer the plunger armature 60 in the closed position. So it becomes the
  • the function of the two projections 610 and 611 is thus to facilitate the closing of the plunger armature or the movement of the plunger armature 60 in the closed position or to allow less power than would be possible without the projections.
  • FIG. 4 shows the closed position of the plunger armature 60. It can be seen that the first anchor-side abutment surface 62 rests on the outside of the two Jochtei ⁇ le 100 and 110, and the two magnetic circuits Ml and M2 are closed at this point. In a corresponding manner, the two magnetic circuits M1 and M2 are also closed on the second armature-side abutment surface 63, because it rests completely on the inside of the second yoke part 105.
  • the size and position of the two projections 610 and 611 are selected such that, in the closed position of the plunger armature 60, they are the opening slot 130 between the side surface (side wall) 600 of the plunger armature 60 and the two Yoke parts 100 and 110 release, so that side gaps 140 and 150 between see the side surface 600 and the yoke side side surfaces 100b and 110b remain and the opening slot is not magnetically shorted.
  • the magnetic field lines of the two magnetic circuits Ml and M2 bypass the lateral column 140 and 150 and in the area in which the abutment surface 62 rests on the two yoke 100 and 110, the interface between the yoke 100 and 110 and the plunger 60 happen.
  • the holding force is increased, the permanent magnets 90 and 95 for
  • Holding the plunger anchor 60 can apply in the closed position.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an electromagnetic drive 10 for an electrical switch 20.
  • the second embodiment corresponds to the first embodiment according to the figures 1 to 4 with the lower ⁇ difference, that the two permanent magnets 90 and 95 are positioned elsewhere, namely between the first yoke part 100 and the fourth yoke part 115 and between the third yoke part 110 and the fifth yoke part 120.
  • Figures 6 and 7 show a third embodiment of an electromagnetic drive 10 see for a electrical switch 20.
  • the third embodiment corresponds to the second exemplary embodiment according to Figure 5 with the lower ⁇ difference that other yoke members 701, 702 and 703 are present, the cover the hollow body 70 towards the top or complete.
  • FIGS. 8 and 9 show a fourth exemplary embodiment of an electromagnetic drive 10 for a generator made of green the overview of the electrical switch not shown.
  • an armature 800 can be seen, which is acted upon by a spring force Ff of a non-illustrated Darge ⁇ spring.
  • the spring may be a tension spring that pulls the armature 800 upward, or a compression spring that pushes the armature 800 upward.
  • a first yoke part 810, a second yoke part 811, a third yoke part 812 and a fourth yoke part 813 and a permanent magnet 820 act together with the armature 800.
  • the permanent magnet 820 generates a magnetic field which forms a magnetic circuit M1 in the closed position of the armature 800 shown in FIG. In this closed position of the armature 800, the lower armature surface 801 lies on the first
  • the yoke-side side surface 813a of the fourth yoke part 813 is shaped such that in the closed position of the armature 800, as shown in FIG. 8, a lateral gap or air gap D between the yoke-side side surface 813a of the fourth yoke part 813 and the side surface (side anchor surface) 803 of the armature 800 is present.
  • the fourth yoke part 813 is therefore not penetrated by the field lines of the magnetic field Ml in the closed position of the armature 800.
  • Coil 80 is fed with a current whose magnetic field is opposite to the magnetic ⁇ field of the permanent magnet 820.
  • the resultie ⁇ -saving magnetic force acting on the armature 800 is thus reduced so that the spring force Ff can anchor up drü ⁇ CKEN.
  • the joch solvede soflä ⁇ surface 813a may 813b have for example a extending transversely to the pushing direction P of the reciprocating motion protrusion which in the open position of the armature the magnetic circuit of the magnetic field of the coil 80 and / or the permanent magnet 820 closes. If now the armature 800 from its open position (see.
  • the field lines of the sum of the magnetic field form a magneti ⁇ rule circuit M2, which must be overcome in the still opened position of the armature 800 to the distance or air gap D2 between the lower armature surface 801 and the first yoke 810 to be converted into the closed position the armature 800 ,
  • the lower armature surface 801 forms an armature-side An ⁇ impact surface of the armature 800.
  • FIG. 10 shows the drive without the fourth yoke ⁇ part 813.
  • the fourth yoke member 813 two air gaps are present, and to overcome magnetic, namely the air gap D2 between the lower armature surface 801 and the first yoke 810, and the air gap D3 between In order to close both air gaps D2 and D3, approximately four times as much current has to be fed into the coil 80 as in the drive with the fourth yoke part according to FIG. 9.
  • the mechanical structure of an electromagnetic drive as it corresponds to the embodiment according to Figures 1 to 3, shown in a dreidimensio ⁇ nal exploded view.
  • the projections 610 and 611 are omitted in FIG. 11 for reasons of clarity.
  • the first yoke part 100 which is screwed with the fourth yoke member 115 by means of screws which are ge ⁇ through holes 200th
  • the fourth yoke member 115 and the second yoke 105 is located in the Treasuremag ⁇ net 90, which is fixed by means of two mounting plates 300 and 305 to the yoke parts.
  • the two Befest Trentauersplat ⁇ th 300 and 305 also fix the other permanent magnet 95, which is positioned between the second yoke member 105 and the fifth yoke member 120.
  • the third yoke part 110 is fixed by means of fastening screws, which are guided by oversized bores 205.
  • the plunger 60 is te by an upper tie plate 64 and a mecanicsplat- ⁇ gur formed in the embodiment according Fi 11 65, which are set ⁇ screwed onto an anchor middle part 66th In the figure 11 can be seen beyond the further drive rod 50, which is passed through a bore 105b in the second yoke ⁇ part 105.
  • the yoke parts 100, 105, 110, 115 and 120 as well as the two permanent magnets 90 and 95 form a hollow body which is tubular or channel-shaped and extends along a longitudinal axis L.
  • the longitudinal axis L is perpendicular to the predetermined sliding direction P, with which the plunger armature 60 carries out its lifting movement.
  • the front and rear tube ⁇ or gutter end of the tubular or channel-shaped hollow body is each closed with a metal sheet, of which one example shown in Figure 11 and designated by reference numeral 310.
  • FIG. 12 shows the electromagnetic drive according to FIG. 11 in the mounted state. It can be seen two sheets 310 and 320, which complete the tubular or channel-shaped hollow body 70 at the two pipe or gutter ends. Additionally, one recognizes the further drive rod 50, which is led out of the Hohlkör ⁇ by 70 and can be connected to the spring means 40 ge ⁇ Gurss FIG. 1 Also, the fourth yoke member 115 and the second yoke ⁇ part 105, the two mounting plates 300 and 305 and the coil 80 can be seen, which can protrude through recesses in the two sheets 310 and 320 from the hollow body 70. Likewise, the fastening screws 210 can be seen, with which the first yoke part on the fourth yoke part 115 ver ⁇ screwed.
  • FIG 13 shows a further embodiment for a drive 10.
  • This embodiment corresponds to the first embodiment shown in Figures 1 to 3 with the lower ⁇ difference that the configuration of the projections 610 and 611 at ⁇ is the. These are in the embodiment of FIG 13 namely ramped and not stepped.
  • the side surface 600 of the plunger armature 60 and the projections 610 and 611 are possible, as shown in the figures.
  • the side surface 600 of the plunger armature 60 is manufacturedstal ⁇ tet, that the gap width of the lateral gap in the ge ⁇ closed position of the plunger armature is greater than in the open position.
  • Figure 14 shows another embodiment of a drive 10.
  • This embodiment corresponds to the fourth embodiment shown in Figures 8 and 9 with the lower ⁇ difference that the design of the projection 813b is different. This is in the embodiment according to the figure 14 namely ramp-shaped and not stepped.
  • the side surface 813a of the fourth yoke member 813 and the pre ⁇ jump 813b possible, as shown in the figures.
  • the side surface 813a of the fourth Jochtei ⁇ les 813 is configured such that the gap width D of the gap has ⁇ union is in the closed position of the armature is greater than in the open position.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf einen elektromagnetischen Antrieb (10) für einen elektrischen Schalter (20), insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter, mit zumindest einem beweglichen Anker (60, 800), der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung (P) eine Hubbewegung ausführen kann, mittelbar oder unmittelbar mit einem beweglichen Schaltkontakt (21) des Schalters (20) verbindbar ist und in einer geschlossenen Position an einer ankerseitigen Anschlagsfläche (63) mit zumindest einer jochseitigen Anschlagsfläche (105a) einen magnetischen Kreis (M1, M2) des Antriebs (10) schließt, undmindestens einer Spule (80), wobei in der geöffneten Position des Ankers (60, 800) die ankerseitige Anschlagsfläche (63, 801) und die jochseitige Anschlagsfläche (105a) voneinander beabstandet sind und - bei einem Stromfluss durch die Spule - der magnetische Fluss der Spule den Spalt (620, D2) zwischen der ankerseitigen Anschlagsfläche (63, 801) und der jochseitigen Anschlagsfläche (105a) durchsetzt, und wobei die Breite eines seitlichen Spalts (140, 150, D) zwischen einer sich längs der Schieberichtung (P) erstreckenden Seitenfläche (600, 803) des Ankers (60, 800) und einer sich längs der Hubrichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche (100b, 110b, 813a) des mindestens einen Jochteiles oder eines anderen Jochteiles (100, 110, 813)) in der geschlossenen Position des Ankers größer als in der geöffneten Position ist.

Description

Beschreibung
Elektromagnetischer Antrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Antrieb für einen elektrischen Schalter.
Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise aus der Offenle¬ gungsschrift EP 0 321 664 bekannt. Dieser Antrieb weist einen beweglichen Anker auf, der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung eine Hubbewegung ausführen kann und mit einem beweglichen Schaltkontakt eines Schalters verbindbar ist. Au¬ ßerdem umfasst der Antrieb einen Dauermagneten, der ein magnetisches Feld sowie eine Haltekraft zum Halten des Ankers in einer vorgegebenen Position erzeugt. Eine Spule ist derart angeordnet, dass durch einen Stromfluss der Antrieb betätigt und der Anker bewegt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb an- zugeben, bei dem zum Bewegen des Ankers besonders wenig Spu¬ lenstrom erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß ein elektromagnetischer Antrieb für einen elektrischen Schalter, insbesondere einen elektri- sehen Leistungsschalter, vorgesehen mit zumindest einem beweglichen Anker, der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung eine Hubbewegung ausführen kann, mittelbar oder unmittelbar mit einem beweglichen Schaltkontakt des Schalters ver¬ bindbar ist und in einer geschlossenen Position an einer an- kerseitigen Anschlagsfläche mit zumindest einer jochseitigen Anschlagsfläche einen magnetischen Kreis des Antriebs
schließt, und mindestens einer Spule, wobei in der geöffneten Position des Ankers die ankerseitige Anschlagsfläche und die jochseitige Anschlagsfläche voneinander beabstandet sind und - bei einem Stromfluss durch die Spule - der magnetische Fluss der Spule den Spalt zwischen der ankerseitigen Anschlagsfläche und der jochseitigen Anschlagsfläche durch- setzt, und wobei die Breite eines seitlichen Spalts zwischen einer sich längs der Hubrichtung erstreckenden Seitenfläche des Ankers und einer sich längs der Hubrichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche des mindestens einen Jochteiles oder eines anderen Jochteiles in der geschlossenen Position des Ankers größer als in der geöffneten Position ist.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs besteht darin, dass aufgrund der ankerhubabhängigen Breite des seitlichen Spaltes der seitliche Spalt je nach Stellung des Ankers unterschiedliche Funktionen ausüben kann. Beispiels¬ weise kann in der geöffneten Position des Ankers ein magnetischer Kurzschluss über den seitlichen Spalt hergestellt wer¬ den, so dass die Feldlinien des Magnetfeldes der Spule beim Umstellen des Ankers lediglich einen einzigen Spalt (Luft- spalt oder Gasspalt) , nämlich den zwischen der ankerseitigen Anschlagsfläche und der jochseitigen Anschlagsfläche, passie¬ ren müssen; dies führt zu einer besonders effektiven Nutzung des Magnetfeldes und des Stromes und damit zu einem besonders niedrigen Strombedarf beim Umstellen des Ankers. In der ge- schlossenen Position des Ankers kann der seitliche Spalt hingegen feldfrei (magnetisch inaktiv) gehalten werden, indem der magnetische Widerstand des seitlichen Spalts durch eine entsprechend hohe Spaltbreite so groß gemacht wird, dass kein oder nur vernachlässigbar wenig magnetisches Feld den Spalt passiert; in diesem Falle wird der magnetische Kreis an ande¬ rer Stelle geschlossen werden, beispielsweise zwischen einer anderen ankerseitigen Anschlagsfläche und einer anderen jochseitigen Anschlagsfläche, wodurch sich die Haltekraft zum Halten des Ankers in der geschlossenen Position erhöhen lässt.
Vorzugsweise ist die Seitenfläche des Ankers und/oder die jochseitige Seitenfläche derart in Richtung des seitlichen Spalts vorstehend geformt, dass die Breite des seitlichen Spalts in der geschlossenen Position des Ankers größer als in der geöffneten Position ist. Beim Überführen des Ankers in die geöffnete Position wird die Breite des seitlichen Spaltes vorzugsweise kleiner.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die Seitenfläche des Ankers einen sich quer zur Schiebe¬ richtung der Hubbewegung erstreckenden Vorsprung aufweist, der in der geöffneten Position des Ankers den magnetischen
Kreis des durch die Spule bei Stromfluss hervorgerufenen Mag¬ netfeldes schließt. Der ankerseitige Vorsprung kann stufen¬ förmig, rampenförmig oder anders geformt sein. Der ankerseitige Vorsprung kann als separates Teil außen angebracht sein oder durch die Formgestaltung der Ankerseitenfläche selbst gebildet sein.
Gemäß einer anderen besonders bevorzugten Variante ist vorge¬ sehen, dass die jochseitige Seitenfläche einen sich quer zur Schieberichtung der Hubbewegung erstreckenden Vorsprung aufweist, der in der geöffneten Position des Ankers den magnetischen Kreis des Magnetfeldes der Spule schließt. Der jochsei¬ tige Vorsprung kann stufenförmig, rampenförmig oder anders geformt sein. Der jochseitige Vorsprung kann als separates Teil außen am Joch angebracht sein oder durch die Formgestal¬ tung der Jochseitenfläche selbst gebildet sein.
Die ankerseitige Anschlagsfläche sowie die jochseitige An¬ schlagsfläche sind bevorzugt quer zur vorgegebenen Schiebe- richtung der Hubbewegung ausgerichtet. Besonders bevorzugt liegt der Winkel zwischen der ankerseitigen Anschlagsfläche und der Schieberichtung der Hubbewegung und/oder der Winkel zwischen der jochseitigen Anschlagsfläche und der Schiebe¬ richtung der Hubbewegung zwischen 45° und 135° und beträgt beispielsweise 90°.
Vorzugsweise weist der Antrieb mindestens einen Dauermagneten auf, der an mindestens eines der Jochteile des Antriebs an- grenzt und ein magnetisches Feld für den magnetischen Kreis sowie eine Haltekraft zum Halten des Ankers in der geschlos¬ senen Position erzeugt. Die mindestens eine Spule ist bevor¬ zugt derart angeordnet, dass durch einen Stromfluss durch die Spule ein magnetischer Fluss hervorgerufen werden kann, dessen Flussrichtung der Flussrichtung des magnetischen Flusses des Dauermagneten im magnetischen Kreis entspricht oder dieser entgegengesetzt ist. Bei dem Anker handelt es sich bevorzugt um einen Tauchanker mit einem T-förmigen Querschnitt.
Der Anker steht vorzugsweise mit einer Federeinrichtung in Verbindung, die eine Federkraft in Richtung geöffnete Positi- on des Ankers ausübt, in der der magnetische Kreis geöffnet ist .
Die Jochteile und der oder die Dauermagnete bilden bevorzugt einen magnetisch leitfähigen Hohlkörper mit Öffnungsschlitz, durch den der Anker in den Innenbereich des Hohlkörpers eintauchen kann.
In der geschlossenen Position des Ankers liegen eine erste ankerseitige Anschlagsfläche vorzugsweise außen auf der Au- ßenseite des Hohlkörpers und eine zweite ankerseitige An¬ schlagsfläche innen auf der Innenseite des Hohlkörpers auf.
Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Hohlkörper rohr- oder rinnenförmig ist und sich entlang einer Längsachse erstreckt, die senkrecht zur vorgegebenen Schieberichtung des Ankers ausgerichtet ist und sich der Öffnungsschlitz parallel zur Längsachse erstreckt und der Anker den Öffnungsschlitz verschließt. Vorzugsweise ist der Hohlkörper an seinem vorde¬ ren und hinteren Rohr- oder Rinnenende jeweils mit einem Blech, vorzugsweise aus magnetisch nicht leitfähigem Material, zumindest abschnittsweise verschlossen. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung mit einem Antrieb, wie beschrieben, und einem Schalter, der von dem Antrieb antreibbar ist. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Antriebs für einen elektrischen Schalter, insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter, bei dem ein beweglicher Anker zum Öffnen und Schließen des Schalters entlang einer vorgegebenen Schiebe- richtung verschoben wird, wobei der Anker von seiner geöffneten Position in seine geschlossene Position gebracht wird, indem ein Strom in eine Spule des Antriebs eingespeist und ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der einen Spalt zwischen einer ankerseitigen Anschlagsfläche und einer jochseitigen Anschlagsfläche und einen seitlichen Spalt zwischen einer sich längs der Hubrichtung erstreckenden Seitenfläche des Ankers und einer sich längs der Hubrichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche durchsetzt, und durch die Magnetkraft des Magnetfeldes die ankerseitige Anschlagsfläche in Richtung jochseitiger Anschlagsfläche gezogen wird, und wobei die
Spaltbreite des seitlichen Spalts beim Verschieben des Ankers von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung vergrößert wird. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antrieb verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen des Antriebs im Wesentlichen entsprechen .
Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Anker von seiner geschlossenen Stellung in seine geöffnete Stellung gebracht wird, indem ein entgegengesetzter Strom in die Spule eingespeist wird, und die Spaltbreite des seitlichen Spalts beim Verschieben des Ankers von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung verkleinert wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einem elektromagnetischen Antrieb sowie einem elektrischen Schalter, der mit dem elektromagnetischen Antrieb in Verbindung steht, Figur 2 einen Tauchanker des elektromagnetischen Antriebs gemäß Figur 1 in einer geöffneten Position näher im Detail,
Figur 3 den Tauchanker gemäß Figur 2 in einer anderen
Darstellung,
Figur 4 den Tauchanker gemäß den Figuren 2 und 3 in seiner geschlossenen Position, Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen
elektromagnetischen Antrieb mit einer anderen Anordnung von Dauermagneten,
Figur 6 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen
elektromagnetischen Antrieb mit zusätzlichen
Jochteilen,
Figur 7 einen Tauchanker des Antriebs gemäß Figur 6 in seiner geöffneten Position näher im De- tail,
Figuren 8-9 ein viertes Ausführungsbeispiel für einen
elektromagnetischen Antrieb mit anders ange¬ ordneten Jochteilen,
Figur 10 eine Variante des vierten Ausführungsbei¬ spiels zur Erläuterung der erforderlichen Antriebskräfte, Figur 11 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungs¬ gemäßen elektromagnetischen Antrieb in einer dreidimensionalen Explosions Zeichnung,
Figur 12 den elektromagnetischen Antrieb gemäß Figur
11 im montierten Zustand,
Figur 13 ein Ausführungsbeispiel für einen elektromag¬ netischen Antrieb mit rampenförmigen Vorsprüngen am Anker, und
Figur 14 ein Ausführungsbeispiel für einen elektromag¬ netischen Antrieb mit einem rampenförmigen Vorsprung an einem Jochteil.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
In der Figur 1 erkennt man einen elektromagnetischen Antrieb 10 für einen elektrischen Schalter 20, bei dem es sich beispielsweise um einen Leistungsschalter handeln kann. Der elektrische Schalter 20 umfasst einen beweglichen Schaltkontakt 21 sowie einen feststehenden Schaltkontakt 22.
Der bewegliche Schaltkontakt 21 steht mit einer Antriebsstan¬ ge 30 des elektromagnetischen Antriebs 10 in Verbindung, die mit einer Federeinrichtung 40 des elektromagnetischen Antriebs 10 zusammenwirkt. An die Federeinrichtung 40 ist au- ßerdem eine weitere Antriebsstange 50 angekoppelt, die mit einem Tauchanker 60 des elektromagnetischen Antriebs 10 verbunden ist.
Der Tauchanker 60 kann entlang einer vorgegebenen Schiebe- richtung P eine Hubbewegung ausführen und dabei in einen magnetischen Hohlkörper 70 des Antriebs 10 eintauchen. Die Figur 1 zeigt den Tauchanker 60 mit durchgezogenen Linien in einer geöffneten Position, in der er aus dem Hohlkörper 70 herausragt. Mit gestrichelten Linien sowie mit dem Bezugszei¬ chen 61 ist die geschlossene Position des Tauchankers darge¬ stellt, in der er in den magnetischen Hohlkörper 70 vollständig eingeführt ist.
Die Funktion der Federeinrichtung 40 besteht darin, die weitere Antriebsstange 50 in der Figur 1 nach oben zu drücken, so dass der Tauchanker 60 mit einer Federkraft beaufschlagt wird, die ihn in die geöffnete Position bringen soll. In der geöffneten Position des Tauchankers 60 befindet sich der be¬ wegliche Schaltkontakt 21 in einer geöffneten Position, die in der Figur 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist.
Wie weiter unten noch näher im Detail erläutert werden wird, kann durch Einspeisen eines Stromes durch eine Spule 80 des elektromagnetischen Antriebs 10 eine Magnetkraft erzeugt wer¬ den, mit der der Tauchanker 60 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 40 in seine geschlossene Position gebracht wird. In dieser geschlossenen Position wird der Tauchanker durch den magnetischen Hohlkörper 70 auch dann gehalten, wenn kein Strom durch die Spule 80 geleitet wird. Die Magnetkraft, die der magnetische Hohlkörper 70 zum Halten des Tauchankers 60 in der geschlossenen Position benötigt, wird durch zwei Dauermagnete 90 und 95 erzeugt, die Bestandteile des magnetischen Hohlkörpers 70 bilden. Neben den beiden Dauermagneten 90 und 95 umfasst der magnetische Hohlkörper 70 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 fünf Jochteile, nämlich ein erstes Jochteil 100, ein zweites Jochteil 105, ein drit¬ tes Jochteil 110, ein viertes Jochteil 115 sowie ein fünftes Jochteil 120. Die Anordnung der fünf Jochteile 100, 105, 110, 115 und 120 ist derart gewählt, dass der magnetische Hohlkör¬ per 70 einen Öffnungsschlitz 130 bildet, durch den der im Querschnitt im Wesentlichen T-förmige Tauchanker 60 in den Hohlkörper eintauchen kann. Die fünf Jochteile 100, 105, 110, 115 und 120 bestehen aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise einem eisenhaltigen Material. Sobald der Tauchanker 60 seine geschlossene Position erreicht hat, drücken die beiden Antriebsstangen 30 und 50 den beweglichen Schaltkontakt 21 in der Figur 1 nach unten, so dass dieser ebenfalls seine geschlossene Position erreicht und den elektrischen Schalter 20 schließt. Die bewegliche Position des Schaltkontakts 21 ist in der Figur 1 mit gestrichelten Linien sowie dem Bezugszeichen 21a gekennzeichnet.
In der Figur 1 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass der Tauchanker 60 eine erste ankerseitige Anschlagsfläche 62 so¬ wie eine zweite ankerseitige Anschlagsfläche 63 aufweist. In der geschlossenen Position des Tauchankers 60 liegt die erste ankerseitige Anschlagsfläche 62 auf der Außenseite 71 des magnetischen Hohlkörpers 70 bzw. auf der Außenseite des ers- ten Jochteils 100 sowie des dritten Jochteils 110 auf. Die Außenseite des ersten Jochteils 100 bildet eine erste joch- seitige Anschlagsfläche 100a. Die zweite ankerseitige An¬ schlagsfläche 63 liegt in der geschlossenen Position des Tauchankers 60 auf der Innenseite 72 des Hohlkörpers 70, und zwar auf der Innenseite des zweiten Jochteils 105, auf. Die
Innenseite des zweiten Jochteils 105 bildet eine zweite joch- seitige Anschlagsfläche 105a.
Bei der geschlossenen Position des Tauchankers 60 werden zwei magnetische Kreise geschlossen, deren magnetischer Fluss durch die beiden Dauermagnete 90 und 95 hervorgerufen wird. Der magnetische Fluss des ersten magnetischen Kreises fließt vom Dauermagneten 90 über das vierte Jochteil 115, das erste Jochteil 100, den Tauchanker 60 und das zweite Jochteil 105 zum Dauermagneten 90 zurück. Der magnetische Fluss des zwei¬ ten Dauermagneten 95 fließt über das fünfte Jochteil 120, das dritte Jochteil 110, den Taucheranker 60 sowie das zweite Jochteil 105. Durch die magnetische Kraft der beiden magnetischen Kreise wird der Tauchanker 60 in seiner geschlossenen Position gehalten, obwohl die Federkraft der Federeinrichtung 40 den Tauchanker 60 in die geöffnete Position bringen will. Die Fe- derkraft der Federeinrichtung 40 ist also kleiner bemessen als die Magnetkraft der magnetischen Kreise der beiden Dauermagnete 90 und 95. Soll der elektrische Schalter 20 mit dem elektromagnetischen Antrieb 10 geöffnet werden, so wird durch die Spule 80 ein Strom eingespeist, der den beiden magnetischen Kreisen der beiden Dauermagnete 90 und 95 entgegengesetzt ist. Dadurch wird die magnetische Haltekraft der beiden magnetischen Krei- se der beiden Dauermagnete 90 und 95 herabgesetzt, so dass die Federkraft der Federeinrichtung 40 ausreicht, den Tauchanker 60 in seine geöffnete Position zu drücken. In der geöffneten Position des Tauchankers 60 ist der Abstand zwischen der ersten ankerseitigen Anschlagsfläche 62 und der ersten jochseitigen Anschlagsfläche 100a sowie der Abstand zwischen der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 und der zweiten jochseitigen Anschlagsfläche 105a so groß, dass die Magnet¬ kraft der Dauermagnete 90 und 95 nicht mehr ausreicht, um den Tauchanker 60 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 40 zu schließen.
An der Seitenfläche 600 des Tauchankers 60/61 sind zwei sich quer zur Schieberichtung P der Hubbewegung erstreckende bzw. aus der Ebene der Seitenfläche 600 herausragende Vorsprünge 610 und 611 ausgebildet bzw. angeordnet. Die Funktion der
Vorsprünge 610 und 611 wird weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher im Detail erläutert.
Die Figur 2 zeigt zur besseren Übersicht den Tauchanker 60 nochmals in seiner geöffneten Position in einer größeren Darstellung. Es lässt sich erkennen, dass der Abstand A2 zwischen der ersten ankerseitigen Anschlagsfläche 62 und der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 dem Abstand AI zwischen der Außenseite des ersten Jochteils 100 sowie der In- nenseite des zweiten Jochteils 105 entspricht. Aus diesem
Grunde können die beiden magnetischen Kreise der beiden Dauermagnete 90 und 95 entlang der Schieberichtung spaltfrei, zumindest näherungsweise spaltfrei, geschlossen werden, wenn der Tauchanker 60 in den Hohlkörper 70 vollständig eingeführt ist. Befestigungsschrauben zum Halten der beiden Jochteile 100 und 110 sind in der Figur 2 mit den Bezugszeichen 210 und 215 bezeichnet.
In der Figur 3 ist nochmals der geöffnete Zustand gezeigt, jedoch mit den magnetischen Feldlinien der magnetischen Kreise Ml und M2 der beiden Dauermagnete 90 und 95. Man sieht, dass sich die beiden an der Seitenfläche 600 befindlichen Vorsprünge 610 und 611 des Tauchankers im Bereich des Öff¬ nungsschlitzes 130 befinden und diesen ganz oder nahezu voll¬ ständig, abgesehen von einem womöglich vorhandenen vernachlässigbar kleinen Restspalt, verschließen. Zwischen der sich längs der Hubrichtung P erstreckenden Seitenfläche 600 des Ankers 60 und der sich längs der Hubrichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche 100b des ersten Jochteiles 100 ist also kein oder nahezu kein Spalt (Luftspalt) vorhanden. Ent¬ sprechendes gilt für die andere Seite des Tauchankers 60: Auch zwischen der Seitenfläche 600 und der sich längs der Hubrichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche 110b des dritten Jochteiles 110 ist kein oder nahezu kein Spalt vor¬ handen .
Die Funktion der Vorsprünge 610 und 611 besteht darin, den Öffnungsschlitz 130 magnetisch kurzzuschließen, so dass bei den beiden magnetischen Kreisen Ml und M2 im Bereich des Öffnungsschlitzes 130 keine oder nur sehr wenig magnetische Feldstärke abfällt bzw. verloren geht. Es verbleibt somit le¬ diglich ein einziger relevanter Luftspalt, nämlich der untere Luftspalt 620, den die Feldlinien der beiden magnetischen
Kreise Ml und M2 überwinden müssen, um den Tauchanker 60 in die geschlossene Position zu überführen. Wird also zum
Schließen des Antriebs 10 bzw. zum Schließen des Schalters 20 Strom in die Spule 80 eingespeist, so ist zum Bewegen des Tauchankers 60 - entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 40 - weniger Strom nötig als ohne die beiden Vorsprünge 610 und 611, weil die gesamte durch den Stromfluss bereitge¬ stellte magnetische Feldstärke zum Überwinden und Schließen des unteren Luft- bzw. Gasspaltes 620 zwischen der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 und der zweiten jochseitigen Anschlagsfläche 105a zur Verfügung steht. Die Funktion der beiden Vorsprünge 610 und 611 besteht also darin, das Schließen des Tauchankers bzw. das Bewegen des Tauchankers 60 in die geschlossene Position zu vereinfachen bzw. mit weniger Strom zu ermöglichen, als dies ohne die Vorsprünge möglich wäre.
In der Figur 4 ist die geschlossene Position des Tauchankers 60 dargestellt. Man sieht, dass die erste ankerseitige Anschlagsfläche 62 auf der Außenseite der beiden Jochtei¬ le 100 und 110 aufliegt, und die beiden magnetischen Kreise Ml und M2 an dieser Stelle geschlossen werden. In entsprechender Weise werden die beiden magnetischen Kreise Ml und M2 auch an der zweiten ankerseitigen Anschlagsfläche 63 geschlossen, weil diese vollständig auf der Innenseite des zweiten Jochteils 105 aufliegt.
Das in der Figur 4 dargestellte vollständige Schließen der beiden magnetischen Kreise Ml und M2 ist bei dem elektromag¬ netischen Antrieb 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 möglich, weil der Abstand zwischen den beiden ankerseitigen Anschlagsflä- chen 62 und 63 mit dem Abstand zwischen der Außenseite der beiden Jochteile 100 und 110 sowie der Innenseite des zweiten Jochteils 105 identisch ist.
In der Figur 4 erkennt man außerdem, dass die Größe und Posi- tion der beiden Vorsprünge 610 und 611 derart gewählt ist, dass diese in der geschlossenen Position des Tauchankers 60 den Öffnungsschlitz 130 zwischen der Seitenfläche (Seitenwand) 600 des Tauchankers 60 und den beiden Jochteilen 100 und 110 freigeben, so dass seitliche Spalte 140 und 150 zwi- sehen der Seitenfläche 600 und den jochseitigen Seitenflächen 100b und 110b verbleiben und der Öffnungsschlitz nicht magnetisch kurzgeschlossen wird. Aus diesem Grunde werden die magnetischen Feldlinien der beiden magnetischen Kreise Ml und M2 die seitliche Spalte 140 und 150 umgehen und in dem Bereich, in dem die Anschlagsfläche 62 auf den beiden Jochteilen 100 und 110 aufliegt, die Schnittstelle zwischen den Jochteilen 100 bzw. 110 und dem Tauchanker 60 passieren. Dadurch wird die Haltekraft erhöht, den die Dauermagnete 90 und 95 zum
Halten des Tauchankers 60 in der geschlossenen Position aufbringen können.
Die Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen elektromagnetischen Antrieb 10 für einen elektrischen Schalter 20. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 4 mit dem Unter¬ schied, dass die beiden Dauermagnete 90 und 95 an anderer Stelle positioniert sind, nämlich zwischen dem ersten Joch- teil 100 und dem vierten Jochteil 115 sowie zwischen dem dritten Jochteil 110 und dem fünften Jochteil 120.
Die Figuren 6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel für einen elektromagnetischen Antrieb 10 für einen elektri- sehen Schalter 20. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 mit dem Unter¬ schied, dass weitere Jochteile 701, 702 und 703 vorhanden sind, die den Hohlkörper 70 nach oben hin abdecken oder abschließen .
In der geöffneten Position des Tauchankers 60 stößt dessen Oberseite 630 (vgl. Figur 7) an das obere Jochteil 702 an, so dass zwei magnetische Kreise Ml und M2 geschlossen werden, deren Magnetfelder durch die beiden Dauermagnete 90 und 95 erzeugt werden. Zum Überführen des Tauchankers 60 in die ge¬ schlossene untere Stellung muss die Spule 80 ein Magnetfeld erzeugen, das die Haltekraft der Dauermagnete 90 und 95 sowie die Federkraft der Federeinrichtung überwindet. Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen zum ersten und zweiten Ausfüh- rungsbeispiel hier entsprechend.
Die Figuren 8 und 9 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel für einen elektromagnetischen Antrieb 10 für einen aus Grün- den der Übersicht nicht weiter dargestellten elektrischen Schalter. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Anker 800 erkennbar, der mit einer Federkraft Ff einer nicht darge¬ stellten Feder beaufschlagt ist. Bei der Feder kann es sich um eine Zugfeder handeln, die den Anker 800 nach oben zieht, oder um eine Druckfeder, die den Anker 800 nach oben drückt.
Mit dem Anker 800 wirken ein erstes Jochteil 810, ein zweites Jochteil 811, ein drittes Jochteil 812 und ein viertes Joch- teil 813 sowie ein Dauermagnet 820 zusammen.
Der Dauermagnet 820 erzeugt ein Magnetfeld, das in der in der Figur 8 gezeigten geschlossenen Position des Ankers 800 einen Magnetkreis Ml bildet. In dieser geschlossenen Position des Ankers 800 liegt die untere Ankerfläche 801 auf dem ersten
Jochteil 810 und dem dritten Jochteil 812 auf. Es lässt sich erkennen, dass die Feldlinien des Magnetfeldes in der ge¬ schlossenen Position des Ankers 800 durch die drei Jochteile 810, 811 und 812 sowie durch den Anker 800 laufen und eine Magnetkraft erzeugen, durch die der Anker 800 entgegen der Federkraft auf den beiden Jochteilen 810 und 812 gehalten wird .
Die Figur 8 zeigt außerdem, dass die jochseitige Seitenfläche 813a des vierten Jochteiles 813 derart geformt ist, dass in der geschlossenen Position des Ankers 800, wie in der Figur 8 dargestellt, ein seitlicher Abstand bzw. Luftspalt D zwischen der jochseitigen Seitenfläche 813a des vierten Jochteiles 813 und der Seitenfläche (seitlichen Ankerfläche) 803 des Ankers 800 vorhanden ist. Das vierte Jochteil 813 wird daher von den Feldlinien des Magnetfeldes Ml in der geschlossenen Position des Ankers 800 nicht durchsetzt.
Soll nun der Anker 800 in seine geöffnete Position gebracht werden, wie sie in der Figur 9 gezeigt ist, so wird in die
Spule 80 ein Strom eingespeist, dessen Magnetfeld dem Magnet¬ feld des Dauermagneten 820 entgegengesetzt ist. Die resultie¬ rende Magnetkraft, die auf den Anker 800 wirkt, wird somit reduziert, so dass die Federkraft Ff den Anker nach oben drü¬ cken kann.
Wie in der Figur 9 erkennbar ist, wird der in der Figur 8 vorhandene Luftspalt D zwischen der jochseitigen Seitenflä¬ che 813a des vierten Jochteiles 813 und dem Anker 800 durch die Form der Seitenfläche 813a des vierten Jochteiles 813 na¬ hezu oder vollständig geschlossen, so dass der magnetische Widerstand an der Schnittstelle zwischen der jochseitigen Seitenfläche 813a des vierten Jochteiles 813 und dem Anker
800 in der geöffneten Position des Ankers 800 sehr klein ist.
Man sieht in der Figur 9, dass die jochseitige Seitenflä¬ che 813a beispielsweise einen quer zur Schieberichtung P der Hubbewegung erstreckenden Vorsprung 813b aufweisen kann, der in der geöffneten Position des Ankers den magnetischen Kreis des Magnetfeldes der Spule 80 und/oder den des Dauermagneten 820 schließt. Soll nun der Anker 800 von seiner geöffneten Position (vgl.
Figur 9) wieder in seine geschlossene Position (vgl. Figur 8) gebracht werden, so wird die Spule 80 mit einem Strom beauf¬ schlagt, der derart gerichtet ist, dass das resultierende Magnetfeld dem Magnetfeld des Dauermagneten 820 gleichgerich- tet ist.
Die Feldlinien des Summenmagnetfelds bilden einen magneti¬ schen Kreis M2, der in der noch geöffneten Position des Ankers 800 den Abstand bzw. Luftspalt D2 zwischen der unteren Ankerfläche 801 und dem ersten Jochteil 810 überwinden muss, um den Anker 800 in die geschlossene Position zu überführen. Die untere Ankerfläche 801 bildet eine ankerseitige An¬ schlagsfläche des Ankers 800. Wird also ein Strom durch die Spule 80 eingespeist, so müssen die Magnetkraft der Spule 80 und die des Dauermagneten 820 lediglich ausreichen, diesen einzigen Luftspalt D2 zu schließen. Es ist somit sehr viel weniger Strom nötig, als dies der Fall wäre, wenn das vierte Jochteil 813 oder der Vorsprung 813b fehlen würde und zusätz- lieh auch der Spalt zwischen dem Anker 800 und dem dritten Jochteil 812 überwunden werden müsste.
Dieser Sachverhalt soll anhand der Figur 10 näher erläutert werden. Die Figur 10 zeigt den Antrieb ohne das vierte Joch¬ teil 813. Im Falle ohne das vierte Jochteil 813 sind zwei Luftspalte vorhanden und magnetisch zu überwinden, nämlich der Luftspalt D2 zwischen der unteren Ankerfläche 801 und dem ersten Jochteil 810, sowie der Luftspalt D3 zwischen der un- teren Ankerfläche 801 und dem dritten Jochteil 812. Um beide Luftspalte D2 und D3 zu schließen, muss ca. viermal so viel Strom in die Spule 80 eingespeist werden wie bei dem Antrieb mit viertem Jochteil gemäß Figur 9. In der Figur 11 ist beispielhaft der mechanische Aufbau eines elektromagnetischen Antriebs, wie er dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 entspricht, in einer dreidimensio¬ nalen Explosionsdarstellung gezeigt. Die Vorsprünge 610 und 611 sind aus Gründen der Übersicht in der Figur 11 weggelas- sen. Man erkennt das erste Jochteil 100, das mit dem vierten Jochteil 115 mittels Schrauben, die durch Bohrungen 200 ge¬ führt sind, verschraubt wird. Zwischen dem vierten Jochteil 115 und dem zweiten Jochteil 105 befindet sich der Dauermag¬ net 90, der mit Hilfe zweier Befestigungsplatten 300 und 305 an den Jochteilen fixiert wird. Die beiden Befestigungsplat¬ ten 300 und 305 fixieren außerdem den anderen Dauermagneten 95, der zwischen dem zweiten Jochteil 105 und dem fünften Jochteil 120 positioniert ist. An dem fünften Jochteil 120 wird das dritte Jochteil 110 mittels Befestigungsschrauben fixiert, die durch überdimensionierte Bohrungen 205 geführt sind .
Der Tauchanker 60 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi¬ gur 11 durch eine obere Ankerplatte 64 und eine Führungsplat- te 65 gebildet, die auf einem Ankermittelteil 66 aufge¬ schraubt sind. In der Figur 11 erkennt man darüber hinaus die weitere Antriebsstange 50, die durch eine Bohrung 105b im zweiten Joch¬ teil 105 hindurchgeführt ist. Bei der Darstellung gemäß Figur 11 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass die Jochteile 100, 105, 110, 115 und 120 sowie die beiden Dauermagnete 90 und 95 einen Hohlkörper bilden, der rohr- oder rinnenförmig ist und sich entlang einer Längsachse L erstreckt. Die Längsachse L steht senkrecht zu der vorgegebenen Schieberichtung P, mit der der Tauchanker 60 seine Hubbewegung ausführt. Das vordere und hintere Rohr¬ oder Rinnenende des rohr- oder rinnenförmigen Hohlkörpers ist jeweils mit einem Blech verschlossen, von denen beispielhaft eins in der Figur 11 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 310 gekennzeichnet ist.
Die Figur 12 zeigt den elektromagnetischen Antrieb gemäß Figur 11 im montierten Zustand. Man erkennt zwei Bleche 310 und 320, die den rohr- oder rinnenförmigen Hohlkörper 70 an den beiden Rohr- oder Rinnenenden abschließen. Darüber hinaus erkennt man die weitere Antriebsstange 50, die aus dem Hohlkör¬ per 70 herausgeführt ist und mit der Federeinrichtung 40 ge¬ mäß Figur 1 verbunden werden kann. Auch sind das vierte Jochteil 115 sowie das zweite Joch¬ teil 105, die beiden Befestigungsplatten 300 und 305 sowie die Spule 80 erkennbar, die durch Aussparungen in den beiden Blechen 310 und 320 aus dem Hohlkörper 70 herausragen kann. Ebenso sind die Befestigungsschrauben 210 zu erkennen, mit denen das erste Jochteil an dem vierten Jochteil 115 ver¬ schraubt ist.
Die Figur 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Antrieb 10. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 mit dem Unter¬ schied, dass die Ausgestaltung der Vorsprünge 610 und 611 an¬ ders ist. Diese sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 13 nämlich rampenförmig und nicht stufenförmig. Selbstverständlich sind auch andere Formgestaltungen der Seitenfläche 600 des Tauchankers 60 bzw. der Vorsprünge 610 und 611 möglich, als in den Figuren gezeigt sind. Vorzugsweise ist die Seitenfläche 600 des Tauchankers 60 derart ausgestal¬ tet, dass die Spaltbreite des seitlichen Spalts in der ge¬ schlossenen Position des Tauchankers größer als in der geöffneten Position ist. Die Figur 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Antrieb 10. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 8 und 9 mit dem Unter¬ schied, dass die Ausgestaltung des Vorsprungs 813b anders ist. Dieser ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fi- gur 14 nämlich rampenförmig und nicht stufenförmig.
Selbstverständlich sind andere Formgestaltungen der Seitenfläche 813a des vierten Jochteiles 813 bzw. des Vor¬ sprungs 813b möglich, als in den Figuren gezeigt ist. Vor- zugsweise ist die Seitenfläche 813a des vierten Jochtei¬ les 813 derart ausgestaltet, dass die Spaltbreite D des seit¬ lichen Spalts in der geschlossenen Position des Ankers größer als in der geöffneten Position ist. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugs zeichenliste
10 elektromagnetischer Antrieb
20 elektrischer Schalter
21 beweglicher Schaltkontakt
21a bewegliche Position
22 feststehender Schaltkontakt
30 Antriebsstange
40 Federeinrichtung
50 Antriebsstange
60 Tauchanker
61 geschlossene Position des Tauchankers
62 erste ankerseitige Anschlagsfläche
63 zweite ankerseitige Anschlagsfläche 64 Ankerplatte
65 Führungsplatte
66 Ankermittelteil
70 Hohlkörper
71 Außenseite
72 Innenseite
80 Spule
90 Dauermagnet
95 Dauermagnet
100 erstes Jochteil
100a jochseitige Anschlagsfläche
100b jochseitige Seitenfläche
105 zweites Jochteil
105a jochseitige Anschlagsfläche
105b Bohrung
110 drittes Jochteil
110b jochseitige Seitenfläche
115 viertes Jochteil
120 fünftes Jochteil
130 Öffnungsschlitz
140 seitlicher Spalt
150 seitlicher Spalt
200 Bohrung
205 Bohrung 210 Befestigungsschraube
215 Befestigungsschraube
300 Befestigungsplatte
305 Befestigungsplatte
310 Blech
320 Blech
600 ankerseitige Seitenfläche
610 Vorsprung
611 Vorsprung
620 Luftspalt
630 Oberseite des Tauchankers
701 Jochteil
702 Jochteil
703 Jochteil
800 Anker
801 untere Ankerfläche
803 Seitenfläche
810 erstes Jochteil
811 zweites Jochteil
812 drittes Jochteil
813 viertes Jochteil
813a jochseitige Seitenfläche
813b Vorsprung
820 Dauermagnet
AI Abstand
A2 Abstand
D seitlicher Luftspalt
D2 Luftspalt
D3 Luftspalt
Ff Federkraft
L Längsachse
Ml magnetischer Kreis
M2 magnetischer Kreis
P Schieberichtung

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetischer Antrieb (10) für einen elektrischen Schalter (20), insbesondere einen elektrischen Leistungs- Schalter, mit
zumindest einem beweglichen Anker (60, 800), der entlang einer vorgegebenen Schieberichtung (P) eine Hubbewegung ausführen kann, mittelbar oder unmittelbar mit einem beweglichen Schaltkontakt (21) des Schalters (20) verbindbar ist und in einer geschlossenen Position an einer ankersei- tigen Anschlagsfläche (63) mit zumindest einer jochseiti- gen Anschlagsfläche (105a) einen magnetischen Kreis (Ml, M2) des Antriebs (10) schließt, und
- mindestens einer Spule (80),
- wobei in der geöffneten Position des Ankers (60, 800) die ankerseitige Anschlagsfläche (63, 801) und die jochseitige Anschlagsfläche (105a) voneinander beabstandet sind und - bei einem Stromfluss durch die Spule - der magnetische Fluss der Spule den Spalt (620, D2) zwischen der ankersei- tigen Anschlagsfläche (63, 801) und der jochseitigen An¬ schlagsfläche (105a) durchsetzt, und
- wobei die Breite eines seitlichen Spalts (140, 150, D) zwischen einer sich längs der Schieberichtung (P) erstreckenden Seitenfläche (600, 803) des Ankers (60, 800) und einer sich längs der Hubrichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche (100b, 110b, 813a) des mindestens einen Jochteiles oder eines anderen Jochteiles (100, 110, 813)) in der geschlossenen Position des Ankers größer als in der geöffneten Position ist.
2. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Seitenfläche (600) des Ankers (60) und/oder die jochsei¬ tige Seitenfläche (813a) derart in Richtung des seitlichen Spalts (140, 150, D) vorstehend geformt ist, dass die Breite des seitlichen Spalts (140, 150, D) in der geschlossenen Position des Ankers größer als in der geöffneten Position ist und beim Überführen des Ankers in die geöffnete Position kleiner wird.
3. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranste- henden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Seitenfläche (600) des Ankers (60) einen sich quer zur Schieberichtung (P) der Hubbewegung erstreckenden Vorsprung (610, 611) aufweist, der in der geöffneten Position des An- kers den magnetischen Kreis des durch die Spule bei Strom- fluss hervorgerufenen Magnetfeldes schließt.
4. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die jochseitige Seitenfläche (813a) einen sich quer zur
Schieberichtung (P) der Hubbewegung erstreckenden Vorsprung (813b) aufweist, der in der geöffneten Position des Ankers den magnetischen Kreis des Magnetfeldes der Spule schließt.
5. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die ankerseitige Anschlagsfläche (63, 801) sowie die jochsei- tige Anschlagsfläche (105a) quer zur vorgegebenen Schiebe¬ richtung der Hubbewegung ausgerichtet sind.
6. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Antrieb mindestens einen Dauermagneten (90, 95) auf¬ weist, der an mindestens eines der Jochteile des Antriebs angrenzt und ein magnetisches Feld für den magnetischen Kreis (Ml, M2) sowie eine Haltekraft zum Halten des Ankers (60, 800) in der geschlossenen Position erzeugt, und
- die mindestens eine Spule (80) derart angeordnet ist, dass durch einen Stromfluss durch die Spule (80) ein magneti¬ scher Fluss hervorgerufen werden kann, dessen Flussrich- tung der Flussrichtung des magnetischen Flusses des Dauermagneten im magnetischen Kreis entspricht oder dieser entgegengesetzt ist.
7. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Anker (60) ein Tauchanker mit einem T-förmigen Querschnitt ist.
8. Elektromagnetischer Antrieb (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Anker (60, 800) mit einer Federeinrichtung (40) in Ver- bindung steht, die eine Federkraft (Ff) in Richtung geöffnete Position des Ankers (60) ausübt, in der der magnetische Kreis (Ml, M2) geöffnet ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Antriebs (10) für einen elektrischen Schalter (20), insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter, bei dem
- ein beweglicher Anker (60, 800) zum Öffnen und Schließen des Schalters (20) entlang einer vorgegebenen Schieberichtung (P) verschoben wird,
- wobei der Anker (80, 600) von seiner geöffneten Position in seine geschlossene Position gebracht wird, indem ein Strom in eine Spule (80) des Antriebs (10) eingespeist und ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der einen Spalt (620, D2) zwischen einer ankerseitigen Anschlagsfläche (63, 801) und einer jochseitigen Anschlagsfläche (105a) und einen seitlichen Spalt (140, 150, D) zwischen einer sich längs der Schieberichtung (P) erstreckenden Seitenfläche (600, 803) des Ankers (60, 800) und einer sich längs der Schie¬ berichtung erstreckenden jochseitigen Seitenfläche (100b, 110b, 813a) durchsetzt, und durch die Magnetkraft des Mag¬ netfeldes die ankerseitige Anschlagsfläche (63, 801) in Richtung jochseitiger Anschlagsfläche (105a) gezogen wird, und - wobei die Spaltbreite des seitlichen Spalts (140, 150, D) beim Verschieben des Ankers (60, 800) von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung vergrößert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Anker (60, 800) von seiner geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung gebracht wird, indem ein entgegen¬ gesetzter Strom in die Spule (80) eingespeist wird, und - die Spaltbreite des seitlichen Spalts (140, 150, D) beim Verschieben des Ankers (60, 800) von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung verkleinert wird.
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