Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere einen elektromagnetischen Antrieb für ein Schaltgerät, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an electromagnetic actuator, in particular oneElectromagnetic drive for a switching device, according to the preamble of claim 1.
Derartige elektromagnetische Antriebe sind unter anderem aus der WO 95/07542 bekannt geworden. DieFig. 1 zeigt im Prinzip einen derartigen bekannten elektromagnetischen Antrieb10, der ein umlaufendes Joch11 aufweist, das zwei parallel verlaufende Längsstege12 und13 sowie jeweils einen Quersteg14 und15 aufweist. Etwa in der Mitte besitzen die Längsstege12 und13 sich gegenüberliegende Polschuhe16 und17, an denen Permanentmagnete18 und19 befestigt sind. Zwischen den Permanentmagneten18 und19 befindet sich ein Anker20, an dem eine Stange21 bzw.22 aus nicht magnetischem Material angebracht bzw. befestigt ist, die je eine Öffnung23 und24 in den Querstegen14 und15 durchgreift. Zwischen den Polschuhen16 und17 bzw. den Permanentmagneten18 und19 und dem Quersteg14 bzw. dem Quersteg15 befindet sich je eine Spule25,26. Je nach Erregung der Spule25 oder26 kann der Anker20 in die inFig. 1 gezeigte Stellung bewegt werden, wobei der Luftspalt27, der die Abmessung d aufweist, in dieser Stellung minimiert ist. Wenn die Spule25 erregt wird, dann wird der Anker in Pfeilrichtung P angetrieben, bis seine dem Quersteg14 zugewandte Stirnfläche an der Innenfläche des Querstegs14 anliegt.Such electromagnetic drives are known, inter alia, from WO 95/07542.Fig. 1 shows, in principle, such a prior art electromagnetic actuator10 having a rotating yoke11, the two parallel longitudinal bars12 and13 and each having a transverse web14 and15 has. Approximately in the middle, the longitudinal webs12 and13 have opposing pole shoes16 and17 , to which permanent magnets18 and19 are attached. Between the permanent magnets18 and19 there is an armature20 to which a rod21 or22 made of non-magnetic material is attached or fastened, each of which passes through an opening23 and24 in the transverse webs14 and15 . There is a coil25 ,26 between the pole pieces16 and17 or the permanent magnets18 and19 and the cross piece14 or the cross piece15 . Depending on the excitation of the coil25 or26 , the armature20 can be moved into the position shown inFIG. 1, the air gap27 , which has the dimension d, being minimized in this position. When the coil25 is energized, the armature is driven in the direction of arrow P, is applied to its the transverse web14 facing end surface to the inner surface of the transverse webfourteenth
Auf diese Weise wird ein gut funktionierender bistabiler elektromagnetischer Antrieb für ein Schaltgerät gebildet, insbesondere für Vakuum-Leistungsschalter. Die hierbei getroffenen Maßnahmen zur Vermeidung von Wirbelströmen sowohl im Joch11 als auch im Anker20 sind bereits in einer anderen Patentanmeldung berücksichtigt (Deutsche Patentanmeldung 197 09 089.3).In this way, a well-functioning bistable electromagnetic drive is formed for a switching device, in particular for vacuum circuit breakers. The measures taken to avoid eddy currents in both the yoke11 and the armature20 have already been taken into account in another patent application (German patent application 197 09 089.3).
Bei einer Ausgestaltung ist lediglich die Stange21 vorgesehen; die Stange22 ist für einen elektromagnetischen Antrieb für eine Vakuumkammer nicht erforderlich und könnte höchstens zur Führung des Ankers20 dienen.In one embodiment, only the rod21 is provided; the rod22 is not required for an electromagnetic drive for a vacuum chamber and could at most serve to guide the armature20 .
Die Kraft, mit der der Anker20 an den unteren oder oberen Quersteg angezogen wird, ist von der Wirkungsfläche abhängig.The force with which the armature20 is attracted to the lower or upper crosspiece depends on the effective area.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.The object of the invention is to provide an electromagnetic actuatormentioned type to improve further.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die Kraft, mit der der bzw. die Anker vom Joch angezogen werden, ist durch die Vergrößerung der wirksamen Fläche ebenfalls deutlich erhöht.The force with which the anchor (s) are pulled by the yoke is due to theEnlargement of the effective area also increased significantly.
Wie die Anordnung zur Erhöhung der Fläche getroffen sein kann, ist den Unteransprüchen zu entnehmen.How the arrangement for increasing the area can be made is theSee subclaims.
Die bisherigen Beschreibungen legen eine bistabile Ausgestaltung mit zwei Ankern, je einer auf den beiden Stirnseiten der Joche, zugrunde. In einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, einen monostabilen Aktuator mit nur einem Anker zu bauen. Dieselbe Spule wird dann sowohl für die Einschaltung als auch - bei umgekehrter Stromrichtung - für die Ausschaltung verwendet. Der Antrieb wird über eine Feder in der Aus-Position gehalten, wenn er nicht eingeschaltet ist.The previous descriptions set a bistable design with two anchors, eachone on the two faces of the yokes. In another embodimentit is possible to build a monostable actuator with only one armature. the sameThe coil is then used both for switching on and when the current is reversed- used for switching off. The drive is in the off position via a springheld when it is not turned on.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Using the drawing, in which some embodiments of the invention are shownare, the invention and other advantageous embodiments andImprovements of the invention are explained and described in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 2 und 3 unterschiedliche Ausgestaltungen eines elektromagnetischen Antriebs,Fig. 2 and 3 different embodiments of an electromagnetic drive,
Fig. 4 eine grafische Darstellung von Kraftverläufen für einen Antrieb nach dem Stand der Technik und einem Antrieb gemäß der Erfindung,Fig. 4 is a graph of force curves for a drive according to the prior art and a drive according to the invention,
Fig. 5 bis 9 weitere Ausführungsformen der Erfindung, mit zwei Ankern,Fig. 5 to 9 show further embodiments of the invention, with two anchors,
Fig. 10 bis 20 je einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Anker,Figs. 10 to 20 each an electromagnetic drive having an armature,
Fig. 21 einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei Ankern als rechteckförmige Ausgestaltung derFig. 9,Fig. 21 an electromagnetic actuator according to a first embodiment with two anchors as a rectangular configuration ofFIG. 9,
Fig. 22 eine perspektivischen Darstellung einer zylindrischen Ausgestaltung derFig. 9,Fig. 22 is a perspective view of a cylindrical embodiment ofFIG. 9,
Fig. 23 eine Ausführung eines elektromagnetischen Antriebes mit zwei Spulen und unterschiedlichen Ankern undFig. 23 is an embodiment of an electromagnetic actuator with two coils and different anchors and
Fig. 24 die Anwendung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebes mit einem Anker für den Antrieb einer Vakuumschaltkammer.Fig. 24, the application of an electromagnetic actuator according to the invention having an armature for driving a vacuum interrupter chamber.
Es sei nun Bezug genommen auf dieFig. 2.Reference is now made toFIG. 2.
Ein erfindungsgemäßer Antrieb30 besitzt zwei langgestreckte Jochteile31 und32, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Etwa in der Mitte besitzen beide Jochteile31 und32 Polschuhe33 und34, die als Vorsprünge aufeinander zuweisen; an der Innenfläche der Polschuhe33 und34 sind Permanentmagnete35 und36 befestigt. Zwischen den Permanentmagneten35 und36 befindet sich ein Rückschlußelement37 aus magnetischem Material, welches ortsfest den beiden Jochteilen31 und32 zugeordnet ist. Das Rückschlußelement37 besitzt eine zentrale Bohrung38, die parallel zum Verlauf der Jochteile31 und32 und parallel auch zum Verlauf des Rückschlußelementes ausgerichtet ist und dort mittig im Rückschlußelement37 sitzt. Die Bohrung38 ist durchgriffen von einer Stange39 aus nicht magnetischem Material, an der Anker40 und41 befestigt sind. Die Anker40 und41 überdecken die benachbarten Stirnflächen der Jochteile31 und32.A drive30 according to the invention has two elongated yoke parts31 and32 which are aligned parallel to one another. Approximately in the middle both yoke parts31 and32 have pole shoes33 and34 , which point towards one another as projections; permanent magnets35 and36 are attached to the inner surface of the pole shoes33 and34 . Between the permanent magnets35 and36 there is a yoke element37 made of magnetic material, which is fixedly assigned to the two yoke parts31 and32 . The yoke element37 has a central bore38 , which is aligned parallel to the course of the yoke parts31 and32 and parallel to the course of the yoke element and sits there centrally in the yoke element37 . The bore38 is penetrated by a rod39 made of non-magnetic material, to which the armature40 and41 are attached. The anchors40 and41 cover the adjacent end faces of the yoke parts31 and32 .
Von den Stirnflächen42 und43 gehen Rücksprünge44 und45 aus, die dann stufig in die Polschuhe33 und34 übergehen. Die zwischen dem Rückschlußelement37 und den Rücksprüngen44 bzw.45 gebildeten Räume46 und47 dienen zur Aufnahme je einer Spule48 und49.Recesses44 and45 emanate from the end faces42 and43 , which then step over into the pole shoes33 and34 . The spaces46 and47 formed between the yoke element37 and the recesses44 and45 serve to accommodate one coil48 and49, respectively.
DieFig. 2 zeigt den elektromagnetischen Antrieb, bei dem der Anker41 gegen die Stirnflächen43a und43b der Jochteile31 und32 anliegt.Fig. 2 shows the electromagnetic drive, in which the armature41 against the end faces43 a and43 b of the yoke members31 and32 is applied.
Während bei der Ausführungsform gemäßFig. 1 ein Luftspalt lediglich zwischen dem Anker20 und dem unteren bzw. oberen Quersteg15,14 gebildet ist, erhält man bei der vorliegenden Ausführungsform einen Luftspalt50 zwischen dem Rückschlußelement37 und dem Anker41 und je einen Luftspalt51 und52 zwischen der Stirnfläche43b bzw.43a und dem Anker41. Dadurch erhält man eine Vergrößerung der Anzugsfläche und eine Vergrößerung der Anzugskraft des Magnetankers in der inFig. 2 dargestellten Stellung. Wenn nun die Spule48 betätigt wird, dann wird der Anker40 gegen die Stirnflächen42a und42b des Joches angezogen und man erhält auch dort drei Luftspalte (ohne Bezugsziffern): die Luftspalte zwischen dem Anker40 und den Stirnflächen42a und42b und den Luftspalt zwischen dem Anker40 und dem Rückschlußelement37. Damit wird die Haltekraft um einen Faktor "(Fläche am Luftspalt50 + Fläche am Luftspalt51 + Fläche am Luftspalt52) geteilt durch - Fläche am Luftspalt50" vergrößert, bis maximal um 100%. Beide Anker40 und41 bewegen sich aufgrund ihrer Verbindung mit der Stange39 mit gleicher Geschwindigkeit und sind so aneinander angepaßt, daß der Abstand zwischen den Ankern40,41 und den zugehörigen Stirnflächen am Joch und an dem Rückschlußelement in beiden Stellungen jeweils abwechselnd gleich ist.While in the embodiment according toFIG. 1, an air gap is formed only between the armature20 and the lower and upper transverse web15,14, obtained in the present embodiment, an air gap50 between the ground element37 and the armature41 and the air gap51 and52 between the end face43 b and43 a and the armature41 . This results in an increase in the attraction area and an increase in the attraction force of the magnet armature in the position shown inFIG. 2. If the coil48 is now actuated, the armature40 is tightened against the end faces42 a and42 b of the yoke and there are also three air gaps (without reference numbers): the air gaps between the armature40 and the end faces42 a and42 b and the air gap between the armature40 and the yoke element37 . The holding force is thus increased by a factor "(area at air gap50 + area at air gap51 + area at air gap52 ) divided by - area at air gap50 ", up to a maximum of 100%. Both anchors40 and41 move due to their connection to the rod39 at the same speed and are adapted to one another so that the distance between the anchors40 ,41 and the associated end faces on the yoke and on the yoke element is alternately the same in both positions.
Selbstredend könnte der Abstand zwischen dem Anker41 und den Jochteilen31 und32 und dem Rückschlußelement37 unterschiedlich zu dem Abstand des Ankers40 von den Jochteilen31 und32 und dem Rückschlußelement37, entsprechend den Erfordernissen.Of course, the distance between the armature41 and the yoke parts31 and32 and the yoke element37 could be different from the distance of the armature40 from the yoke parts31 and32 and the yoke element37 , depending on the requirements.
Wenn die dem Anker41 zugeordneten Luftspalte51,50 und52 in der angezogenen Stellung kleiner sind als die dem Anker40 zugeordneten Luftspalte, dann ist die Haltekraft in dieser angezogenen Stellung größer als dann, wenn der Anker40 angezogen hat. Eine derartige Bemessung könnte z. B. dann notwendig sein, wenn die von der Anwendung erforderte Kraft in der Ein- und der Aus-Position unterschiedlich ist.If the air gaps51 ,50 and52 assigned to the armature41 are smaller in the tightened position than the air gaps assigned to the armature40 , then the holding force in this tightened position is greater than when the armature40 has tightened. Such a design could e.g. B. may be necessary if the force required by the application is different in the on and off position.
DieFig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Der Antrieb55 besitzt zwei Jochteile56 und57, die zusätzlich zu den Rücksprüngen44 und45 (die hier die gleiche Bezugsziffer haben sollen, um die Ähnlichkeit darzustellen) weitere Rücksprünge58 und59 aufweisen, in denen die Anker40 bzw.41 aufgenommen sind; man könnte auch sagen, daß an den Jochteilen56 und57 axial verlaufende Arme60,61 bzw.62,63 vorgesehen sind, die die Anker40 bzw.41 auf ihrem gesamten Bewegungsweg überdecken. Dadurch wird zusätzlich zu den Luftspalten51 und52 ein Luftspalt64 bzw.65 zwischen der Außenumfangsfläche des Ankers41 und den Armen62 und63 gebildet; entsprechende Luftspalte66 und67 befinden sich auch zwischen den Armen60 und61 und dem Anker40. Dadurch wird die Kraft bei größeren Abständen des Ankers40 von den Jochteilen56 und57 erhöht, wobei je nach Aufgabe und Erfordernis der Abstand d variiert werden kann.FIG. 3 shows a further embodiment of the invention. The drive55 has two yoke parts56 and57 which, in addition to the recesses44 and45 (which should have the same reference number here to show the similarity), have further recesses58 and59 in which the armatures40 and41 are accommodated; one could also say that axially extending arms60 ,61 and62 ,63 are provided on the yoke parts56 and57 , which cover the armatures40 and41 over their entire path of movement. As a result, in addition to the air gaps51 and52, an air gap64 and65 is formed between the outer peripheral surface of the armature41 and the arms62 and63 ; corresponding air gaps66 and67 are also between the arms60 and61 and the armature40 . As a result, the force is increased at greater distances between the armature40 and the yoke parts56 and57 , the distance d being able to be varied depending on the task and requirements.
DieFig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Anzugskraft F über den Bewegungsweg W des Ankers. Die durchgezogene Linie L 1 zeigt den Kraft-Wegverlauf der Ausgestaltung nachFig. 1. Die Anzugskraft beträgt F1 für den Anker in der inFig. 1 dargestellten Stellung und F2 für die andere Stellung.FIG. 4 shows a graphical representation of the tightening force F on the movement path W of the armature. The solid line L 1 shows the force-displacement curve of the embodiment according toFIG. 1. The tightening force is F1 for the armature in the position shown inFIG. 1 and F2 for the other position.
Die strichlierte Linie L 2 zeigt den Kraft-Wegverlauf für die Ausgestaltung gemäßFig. 2. Man erkennt, daß im jeweils angezogenen Zustand eine Kraft F2 gemessen wird, die etwa doppelt so groß ist wie die Kraft F1; sie kreuzt die Linie L 1 bzw. L 2, was darauf zurückzuführen ist, daß die Anzugskraft in einem bestimmten Abstand kleiner wird als die Anzugskraft bei der Ausführung gemäßFig. 1. Die dritte Linie L3 liegt oberhalb der Linie L2 im positiven bzw. im negativen Bereich; die Anzugskraft F3 entspricht etwa der Anzugskraft F2 und im Unterschied zum Verlauf der Linie L 2 fällt die Anzugskraft nicht so steil ab wie die Anzugskraft gemäß der Linie L2 was den Vorteil eines höheren Arbeitsvermögens mit sich bringt. Man erkennt, daß die beiden Spalte64 und65 bzw.66 und67 zu einer Verbesserung der Kraft-Weg-Linie beitragen.The dashed line L 2 shows the force-displacement curve for the embodiment according toFIG. 2. It can be seen that a force F2 is measured in the respective tightened state, which is approximately twice as large as the force F1 ; it crosses the line L 1 or L 2, which is due to the fact that the tightening force becomes smaller at a certain distance than the tightening force in the embodiment according toFIG. 1. The third line L3 lies above the line L2 in the positive or in the negative range; the tightening force F3 corresponds approximately to the tightening force F2 and, in contrast to the course of the line L 2, the tightening force does not drop as steeply as the tightening force according to the line L2, which has the advantage of a higher work capacity. It can be seen that the two gaps64 and65 or66 and67 contribute to an improvement in the force-displacement line.
Der Antrieb70 (Fig. 5) ist in seiner Konstruktion unterschiedlich zum Antrieb gemäß derFig. 3. Hier sind die beiden Jochteile31 und32 an beiden Stirnenden von je einem C-förmigen Körper71,72 umgriffen, wobei die aufeinander zuweisenden freien Enden der Anker71 und72 je einen Luftspalt77,78 und79 und80 mit der zugehörigen Außenfläche der beiden Jochteile31,32 bilden.The construction of the drive70 (FIG. 5) differs from the drive according toFIG. 3. Here, the two yoke parts31 and32 are encompassed by a C-shaped body71 ,72 on both ends, with the free ends facing one another the armature71 and72 each form an air gap77 ,78 and79 and80 with the associated outer surface of the two yoke parts31 ,32 .
Bei der Ausgestaltung des Antriebs81 gemäß derFig. 6 sind bei ansonsten gleicher Struktur lediglich U-förmige Anker82 und83 vorgesehen, wobei die Innenflächen der Schenkel84,85,86 und87 auf ihrer Gesamtheit mit den Jochteilen31 und32 zusammen wirken können, wodurch gegebenenfalls gegenüber der Anordnung gemäßFig. 5 eine weitere Beeinflussung der Anzugskräfte ermöglicht wird.In the embodiment of the drive81 according toFIG. 6, only U-shaped anchors82 and83 are provided with an otherwise identical structure, the inner surfaces of the legs84 ,85 ,86 and87 being able to interact with the yoke parts31 and32 in their entirety , which, if necessary, makes it possible to influence the tightening forces further than the arrangement according toFIG. 5.
DieFig. 7 zeigt eine Variante der Anordnung derFig. 3.FIG. 7 shows a variant of the arrangement ofFIG. 3.
Der Antrieb90 besitzt zwei U-förmige Anker91 und92, die hinter einen Rücksprung93 bzw.94 und95 bzw.96 mit Armen97,98 bzw.99 bzw.100 greifen.The drive90 has two U-shaped armatures91 and92 which engage behind a recess93 or94 and95 or96 with arms97 ,98 or99 or100 .
Eine Variante der Anordnung gemäßFig. 7 zeigt dieFig. 8. Die Jochteile besitzen Rücksprünge101,102 und103 und104. Die zugehörigen Anker105 und106 sind etwa U-förmig ausgebildet mit Schenkeln107,108 sowie109 und110, die in die Rücksprünge101,102 bzw.103,104 eingreifen. Darüber hinaus besitzen die Anker105,106 die Schenkel107,108 bzw.109,110 überragenden Fortsätze111,112,113 und114, die mit den zugehörigen Stirnflächen der Jochteile115 und116 zur Bildung je eines Luftspaltes117 und118 zwischen dem Anker113 und den Jochteilen115,116und dem Anker111 und den entsprechenden Stirnflächen der Jochteile115 und116 bilden.A variant of the arrangement according toFIG. 7 shows theFig. 8. The yoke parts have recesses101,102 and103 and104. The associated anchors105 and106 are approximately U-shaped with legs107 ,108 and109 and110 which engage in the recesses101 ,102 and103 ,104 , respectively. In addition, the anchors105 ,106 have the legs107 ,108 and109 ,110 protruding projections111 ,112 ,113 and114 , which with the associated end faces of the yoke parts115 and116 to form an air gap117 and118 between the armature113 and the yoke parts115 ,116 and the armature111 and the corresponding end faces of the yoke parts115 and116 .
DieFig. 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Ankern. Der Antrieb besitzt insgesamt die Bezugsziffer120 und umfaßt zwei Jochteile121 und122, die eine E-Form mit Schenkeln123 und124 bzw.125 und126 im Bereich ihrer freien Enden sowie mittig dazwischen je einen als Polschuh dienenden Steg127 und128 aufweisen. An den Innenflächen der Stege127 und128 befinden sich die Permanentmagnete129 und130. Beidseitig zu den Stegen zwischen den Schenkeln123 und den Stegen127 bzw.125 und127 bzw.124 und128 bzw.126 und128 sind Spulen131 und132 angeordnet. Zwischen den beiden Permanentmagneten befindet sich ein Rückschlußelement133 mit einer Zentralbohrung134, durch die eine Stange135 aus nicht magnetischem Material hindurchgreift. Die freien Enden der Stangen sind mit T-förmigen Ankern136 und137 fest verbunden; der Längssteg138 und139 greift zwischen die Spulen131 und132 wenigstens teilweise ein, wobei in derFig. 9 dargestellten Stellung das freie Ende des Längssteges139 gegen die benachbarte Stirnfläche des Rückschlußelementes133 anliegt und dort einen Luftspalt140 damit bildet. Die Querstege141 und142 bilden dann jeweils einen Luftspalt143 und144 mit den Außenflächen der Schenkel125 und126 bzw.145 und146; darüber hinaus sind zwischen den freien Enden der Schenkel125 bzw.126 und dem Längssteg139 bzw. zwischen den freien Enden der Schenkel123 und124 und dem Längssteg138 Luftspalte147 und148 bzw.149 und150 vorgesehen.TheFig. 9 shows a further embodiment of the invention having two armatures. The drive has the overall reference number120 and comprises two yoke parts121 and122 , which have an E-shape with legs123 and124 or125 and126 in the region of their free ends and in the middle in between each have a web127 and128 serving as a pole piece. The permanent magnets129 and130 are located on the inner surfaces of the webs127 and128 . Coils131 and132 are arranged on both sides of the webs between the legs123 and the webs127 or125 and127 or124 and128 or126 and128 . Between the two permanent magnets there is a yokeelement 133 with a centralbore 134 through which a rod135 made of non-magnetic material extends. The free ends of the rods are firmly connected to T-shaped anchors136 and137 ; the longitudinal web138 and139 engages at least partially between the coils131 and132 , the position of the free end of the longitudinal web139 lying against the adjacent end face of the yoke element133 inFIG. 9 and forming an air gap140 there. The transverse webs141 and142 then each form an air gap143 and144 with the outer surfaces of the legs125 and126 or145 and146 ; in addition, air gaps147 and148 or149 and150 are provided between the free ends of the legs125 and126 and the longitudinal web139 or between the free ends of the legs123 and124 and the longitudinal web138 .
Bei den Antrieben, die oben beschrieben sind, sind immer zwei Anker vorgesehen, mit zwei Spulen. Als eine andere Ausgestaltung können, wie im folgenden dargestellt ist, auch Antriebe mit nur einem Anker und einer Spule verwendet werden. Diese monostabile Anordnung besitzt die Vorteile von reduziertem Materialeinsatz, kleinerer Bauform und eines einfacheren Aufbaus. Demgegenüber stehen die Nachteile der erforderlichen Ausschaltfeder, der zusätzlich erforderlichen Haltekraft, um die Ausschaltfeder in der Ein-Position gespannt halten zu können, der erforderlichen Ansteuerung der Spule in beiden Stromrichtungen sowie der höheren Beanspruchung des Permanentmagnetmaterials auf Entmagnetisierung bei der Ausschaltung.In the drives described above, two anchors are always provided, withtwo coils. As another embodiment, as shown below,drives with only one armature and one coil can also be used. Thismonostable arrangement has the advantages of reduced material use, smallerDesign and a simpler construction. The disadvantages ofrequired switch-off spring, the additionally required holding force to theTo be able to keep the opening spring tensioned in the on position, the required controlthe coil in both current directions and the higher stress of thePermanent magnet material for demagnetization when switching off.
Zu den monostabilen Antrieben wird auf dieFig. 10 Bezug genommen. Der hier beschriebene Antrieb200 besitzt zwei etwa U-förmige Jochteile201 und202. In dem durch die U-Form der beiden Jochteile201 und202 gebildeten Raum203 und204 ist eine Spule205 eingesetzt; der Antrieb200 besitzt weiterhin einen T-förmigen Anker, der dem Anker136 entspricht und hier die Bezugsziffer206 trägt. An einem Quersteg207 ist ein Längssteg208 angeformt, der zwischen die anderen Schenkel209 und210 sowie zum Teil in die Spule205 eingreift. An den in der Zeichnung unteren Schenkeln201 und202, an deren freien Enden, schließen sich Permanentmagnete210 und211 an und zwischen diesen beiden Permanentmagneten, ebenfalls teilweise in die Spule hineinragend ist ein Rückschlußelement212 vorgesehen. Damit sind mehrere Luftspalte vorgesehen: zum einen zwischen dem Quersteg207 und den äußeren Flächen der Schenkel209 und210, dann zwischen den freien Enden der Schenkel209 und210 und dem Längssteg208 sowie zwischen dem freien Stirnende des Längsstegs208 und dem Rückschlußelement.With regard to the monostable drives, reference is made toFIG. 10. The drive200 described here has two approximately U-shaped yoke parts201 and202 . A coil205 is inserted in the space203 and204 formed by the U-shape of the two yoke parts201 and202 ; the drive200 also has a T-shaped armature which corresponds to the armature136 and here bears the reference number206 . At a crossbar207, a longitudinal bar208 is integrally formed between the other leg209 and210 and engages partially into the coil205th Permanent magnets210 and211 are connected to the lower legs201 and202 in the drawing, at their free ends, and a yokeelement 212 is provided between these two permanent magnets, also partially projecting into the coil. Several air gaps are thus provided: on the one hand between the transverse web207 and the outer surfaces of the legs209 and210 , then between the free ends of the legs209 and210 and the longitudinal web208 and between the free front end of the longitudinal web208 and the yoke element.
Das Prinzip dieses monostabilen Aktuators lässt sich auf alle Ausgestaltungen nach denFig. 2, 3 sowie 5 bis 8 anwenden.The principle of this monostable actuator can be applied to all configurations according toFIGS. 2, 3 and 5 to 8.
DieFig. 11 zeigt einen Antrieb220 mit einem U-förmigen Joch221. An der Innenseite des Quersteges222 ist ein Permanentmagnet223 angebracht, und an diesem Permanentmagneten223 ist ein Rückschlußelement224 befestigt, so daß dadurch eine E-Form gebildet ist mit den Schenkeln225 und226, wobei das Rückschlußelement224 zusammen mit dem Permanentmagneten223 als Mittelschenkel von einer Spule227 umfaßt ist.Fig. 11 shows a drive220 having a U-shaped yoke221st A permanent magnet223 is attached to the inside of the crossbar222 , and a yokeelement 224 is attached to this permanent magnet223 , so that an E-shape is formed with the legs225 and226 , the yoke element224 together with the permanent magnet223 as the middle leg is enclosed by a coil227 .
Hierzu ist ein Anker228 vorgesehen, der C-förmig ausgebildet ist, wobei zwischen den aufeinander zuweisenden Schenkelenden229 der C-Form und der Außenfläche des Schenkels225 bzw.230 und226 sowie zwischen den freien Enden der Schenkel225 und226 und dem Rückschlußelement224 und dem Anker jeweils ein Luftspalt gebildet ist.For this purpose, an anchor228 is provided, which is C-shaped, with between the mutually facing leg ends229 of the C-shape and the outer surface of the leg225 or230 and226 and between the free ends of the legs225 and226 and the yokeelement 224 and an air gap is formed for each armature.
Bei der Ausführung gemäßFig. 12 besitzt der Antrieb231 ein U-förmiges Joch232, an dessen Schenkelenden Rücksprünge233 und234 vorgesehen sind; in diese Rücksprünge greift ein langgestreckt ebener Anker235 ein, wodurch einerseits zwischen der Außenumfangsfläche des Ankers235 und dem Rücksprung233 und234 und der Breitseitenfläche des Ankers235 und den Stufungen236 und237 sowie dem Rückschlußelement224 jeweils ein Luftspalt gebildet ist.In the embodiment according toFIG. 12, the drive231 has a U-shaped yoke232 , on the leg ends of which recesses233 and234 are provided; An elongated flat armature235 engages in these recesses, whereby an air gap is formed on the one hand between the outer peripheral surface of the armature235 and the recess233 and234 and the broad side surface of the armature235 and the steps236 and237 and the yoke element224 .
Dabei sollen gleiche Bezugsziffern darauf hindeuten, daß hier gleiche Funktionen erfüllt sind.The same reference numbers are intended to indicate that the same functions are performed hereare.
Bei der Ausgestaltung gemäßFig. 13 ist der Unterschied gegenüber der derFig. 11 darin zu sehen, daß der Anker240 U-förmig ist und mit seinen Schenkeln241 und242 die Schenkel225 und226 des Joches222 umfaßt.In the embodiment according toFIG. 13, the difference from that ofFIG. 11 can be seen in the fact that the armature240 is U-shaped and, with its legs241 and242, comprises the legs225 and226 of the yoke222 .
DieFig. 14 zeigt einen einspuligen Antrieb, bei dem das Joch250 U-förmig ausgebildet ist, wobei Schenkel251 und252 der Ausbildung der Stirnflächen bzw. Stirnenden der Joche215 und216 derFig. 8 gleichen; da der Anker die gleiche Form hat wie derjenige des Antriebs nachFig. 8, hat der inFig. 14 dargestellte Anker die gleiche Bezugsziffer105 erhalten.FIG. 14 shows a single-coil drive in which the yoke250 is U-shaped, legs251 and252 being the same as the end faces or ends of the yokes215 and216 ofFIG. 8; Since the armature has the same shape as that of the drive according toFIG. 8, the armature shown inFIG. 14 has been given the same reference number105 .
DieFig. 15 entspricht der Ausführung nach derFig. 7, so daß auf die dortige Beschreibung hingewiesen ist. Der Unterschied besteht darin, daß das Joch260 mit seinen Schenkeln261 und262 U-förmig ausgebildet und die freien Schenkelenden einen Rücksprung263 und264 aufweisen, in die der Anker91 in der inFig. 7 dargestellten Weise hineingreift.Fig. 15 corresponds to the embodiment ofFIG. 7, so that reference is made to the description there. The difference is that the yoke260 with its legs261 and262 is U-shaped and the free leg ends have a recess263 and264 into which the armature91 engages in the manner shown inFIG. 7.
Die Ausführungsformen gemäß denFig. 16 bis 20, denen ein Permanentmagnet fehlt, besitzen im wesentlichen ein dreischenkeliges, E-förmiges Joch, wobei eine Spule den inneren Schenkel umfaßt; der hierbei vorgesehene Anker ist entweder U-förmig und greift in einen Rücksprung an der Außenseite; bei der Ausgestaltung nach derFig. 19 greifen zwei Fortsätze zwischen die äußeren Schenkel in einen inneren Rücksprung (sieheFig. 14), und bei der Ausführung nach derFig. 18 ist der Anker ein langgestreckt ebenes Bauteil.The embodiments according toFIGS. 16 to 20, which lack a permanent magnet, essentially have a three-legged, E-shaped yoke, with a coil surrounding the inner leg; the anchor provided here is either U-shaped and engages in a recess on the outside; in the embodiment according toFIG. 19, two projections engage in an inner recess between the outer legs (seeFIG. 14), and in the embodiment according toFIG. 18 the anchor is an elongated flat component.
Die perspektivische Darstellung gemäßFig. 21 kommt der Ausführung gemäßFig. 9 nahe; es handelt sich dabei um sich gegenüberliegende Jochteile121 und122, mit den Spulen131 und132 sowie den Ankern136 und137; dazwischen befindet sich, wie aus derFig. 21 dargestellt, das Rückschlußelement133. Zwischen den beiden Ankern136 und137 ist die Stange135 aus nicht magnetischem Material angeordnet.The perspective illustration according toFIG. 21 comes close to the embodiment according toFIG. 9; these are opposing yoke parts121 and122 with the coils131 and132 and the armatures136 and137 ; in between, as shown inFIG. 21, is the yokeelement 133 . The rod135 made of non-magnetic material is arranged between the two armatures136 and137 .
Die gleiche oder äquivalente Konstruktion kann auch, wie aus derFig. 22 ersichtlich ist, so sein, daß das Joch, die Anker, die Spulen und das Rückschlußelement je eine Kreiszylinderform bilden. Man kann sich vorstellen, daß alle die Antriebe, die in denFig. 1 bis 20 dargestellt sind, auch zylinderförmig ausgebildet sein können. Das gleiche gilt auch für die weiter unten beschriebenen Antriebe gemäßFig. 23 und 24.The same or equivalent construction can, as can be seen fromFIG. 22, be such that the yoke, the armature, the coils and the yoke element each form a circular cylindrical shape. It can be imagined that all the drives shown inFIGS. 1 to 20 can also be cylindrical. The same also applies to the drives described below in accordance withFIGS. 23 and 24.
Es sei nun Bezug genommen auf dieFig. 23. Dort ist ein Zweianker- und Zweispulenantrieb dargestellt, der der Ausführung gemäßFig. 9 gleicht, wobei der Anker137 gemäßFig. 9 durch einen Anker270 ersetzt ist, so daß den Luftspalten271 und272 zwischen dem benachbarten Schenkel273 und274 und dem Anker270 entsprechende Aufmerksamkeit gewidmet werden muß. Der Antrieb besitzt dabei die beiden E-förmigen Jochteile277 und278; der Anker279 ist T-förmig. Der Anker279 entspricht dabei dem Anker136.Reference is now made toFIG. 23. There is shown a two-armature and two-coil drive which is similar to the embodiment according toFIG. 9, the armature137 according toFIG. 9 being replaced by an armature270 , so that the air gaps271 and272 between the adjacent leg273 and274 and the anchor270 appropriate attention must be paid. The drive has the two E-shaped yoke parts277 and278 ; anchor279 is T-shaped. The anchor279 corresponds to the anchor136 .
Die Ausführungsform gemäß derFig. 24 zeigt die Anwendung eines Antriebs mit einer Spule300 und zwei U-förmigen Jochteilen301 und302. An den freien Enden der Schenkel304 und306 sind Permanentmagnete307 und308 befestigt und dazwischen befindet sich ein Rückschlußelement309, welches von einer Stange310 in einer Zentralbohrung311 durchgriffen ist und im Bereich der Spule300 mit einem T-förmigen Anker verbunden ist, der die Bezugsziffer136 trägt, um zu zeigen, daß die Ausgestaltung ähnlich ist wie bei der Ausführung gemäßFig. 9, mit dem Unterschied, daß lediglich eine Spule vorgesehen ist.The embodiment according toFIG. 24 shows the use of a drive with a coil300 and two U-shaped yoke parts301 and302 . Permanent magnets307 and308 are fastened to the free ends of the legs304 and306 and between them is a yokeelement 309 which is penetrated by a rod310 in a central bore311 and is connected in the region of the coil300 to a T-shaped armature which reference numeral136 bears to show that the configuration is similar to the embodiment according toFIG. 9, with the difference that only one coil is provided.
Die Stange310 ist über das Federelement311 mit dem beweglichen Kontaktstängel312 einer Vakuumschaltkammer313 verbunden, wobei das freie Ende der Stange310 eine Erweiterung314 aufweist, die in einem Fangkorb315 gefangen ist, wobei zwischen der Erweiterung314 und dem Boden316 eine Feder317 angeordnet ist, die als Kontaktdruckfeder dient.The rod310 is connected via the spring element311 to the movable contact stem312 of a vacuum interrupter chamber313 , the free end of the rod310 having an extension314 , which is caught in a collecting basket315 , a spring317 between the extension314 and the base316 is arranged, which serves as a contact pressure spring.
Die Vakuumkammer ist in an sich bekannter Weise aufgebaut: Sie besitzt einen Zylinderkörper318 aus Keramik, der an seinen beiden Stirnenden jeweils durch einen Deckel319 und320 abgeschlossen ist. Das in den Zylinder313 hineinragende Ende des Kontaktstengel312 trägt das bewegliche Kontaktstück321 und zwischen dem Deckel320 und dem beweglichen Kontaktstück323 ist ein Falgenbalg322 angeordnet, der einerseits mit dem Deckel320 und andererseits mit dem Kontaktstück321 vakuumdicht verbunden ist. Der Deckel319 ist von einem feststehendem Kontaktstengel323 vakuumdicht durchgriffen, an dessen freiem Ende das feststehende Kontaktstück324 befestigt ist. Mit325 ist eine Stromzu- oder Abführung bezeichnet; diejenige, die mit dem beweglichen Kontaktstengel312 verbunden ist, ist nicht dargestellt; sie ist beispielsweise durch ein bewegliches Kupferlitzenband gebildet.The vacuum chamber is constructed in a manner known per se: it has a ceramic cylinder body318 , which is closed at both ends by a cover319 and320 . The end of the contact stem312 protruding into the cylinder313 carries the movable contact piece321 and between the cover320 and the movable contact piece323 a bellows322 is arranged, which is connected on the one hand to the cover320 and on the other hand to the contact piece321 in a vacuum-tight manner. The cover319 is penetrated by a fixed contactstem 323 in a vacuum-tight manner, to the free end of which the fixed contact piece324 is attached. With325 a power supply or discharge is designated; that which is connected to the movable contact stem312 is not shown; it is formed, for example, by a movable copper cord.
Zwischen dem Bereich der Jochteile301 und302 und dem Fangkorb315 besitzt die Stange eine daran befestigte Platte326; an dieser Platte326 greift ein Ende einer Druckfeder327 an, dessen anderes Ende auf einer ortsfesten Ebene abgestützt ist. Wenn die Kontaktstücke321 und324 in Einschaltstellung verbracht werden sollen, dann wird die Spule300 erregt, so daß der Anker136 in das Innere der beiden Jochteile301 und302 hineingezogen wird, gemäß Pfeilrichtung P. Dadurch wird die Feder327 zusammengedrückt und speichert demgemäß Energie. Über die Kontaktdruckfeder317 wird auf die Kontaktstücke321 und324 eine bestimmte Kontaktkraft aufgebracht.Between the area of the yoke parts301 and302 and the collecting basket315 , the rod has a plate326 fastened thereon; on this plate326 engages one end of a compression spring327 , the other end of which is supported on a stationary plane. If the contactpieces 321 and324 are to be brought into the switched-on position, the coil300 is excited so that the armature136 is drawn into the interior of the two yoke parts301 and302 , in the direction of the arrow P. This compresses the spring327 and accordingly stores energy , A certain contact force is applied to the contactpieces 321 and324 via the contact pressure spring317 .
Wenn der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann wird die Spule300 mit umgekehrter Stromrichtung erregt. Dadurch wird der Anker entgegen der Pfeilrichtung P bewegt. Dies wird durch die Feder327, die einen Energiespeicherfeder ist, unterstützt.When the switch is to be turned off, the coil300 is excited in the reverse direction of the current. This moves the armature in the opposite direction of the arrow P. This is supported by the spring327 , which is an energy storage spring.
Bei der Ausführung gemäßFig. 24 ist ein Antrieb vorgesehen, der lediglich eine Spule aufweist. Selbstverständlich kann jeder Antrieb vorgesehen sein, der in denFig. 1 bis 23 dargestellt ist, das heißt auch ein Antrieb mit zwei Spulen.In the embodiment ofFig. 24, a drive is provided which has only a coil. Of course, any drive can be provided, which is shown inFIGS. 1 to 23, that is also a drive with two coils.
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