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Dokumentenidentifikation DE10133700B4 31.03.2005
Titel Elektromagnetischer Antrieb
Anmelder MOELLER GmbH, 53115 Bonn, DE
Erfinder Händler, Kurt, 53119 Bonn, DE;
Koch, Detlef, 50996 Köln, DE;
Kremers, Wolfgang, 53229 Bonn, DE
DE-Anmeldedatum 11.07.2001
DE-Aktenzeichen 10133700
Offenlegungstag 30.01.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.03.2005
IPC-Hauptklasse H01F 7/124
IPC-Nebenklasse H01H 50/20   H01H 3/28   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb für bewegliche Kontakte eines elektrischen Schaltgerätes.

Es sind elektromagnetische Antriebe bekannt, deren beweglicher Anker mittels einer oder mehrerer Spulen, welche ein U-förmiges Joch umschließen, durch Bestromung der Spulen an das Joch angezogen wird. Solange das Schütz eingeschaltet bleiben soll, muß Strom durch die Spulen fließen, um die aufgrund des angezogenen Ankers geschlossenen Kontakte in Schließstellung zu halten.

Ferner sind Antriebe bekannt, bei denen im Jocheisenkreis ein Dauermagnet eingebracht ist (DE 195 09 195 A1). Hierbei übernimmt der Dauermagnet einen Großteil der Halteleistung, der bei vorstehend beschriebenen Geräten von den Spulen aufgebracht werden muß.

Bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ständig die Versorgung des Magnetantriebs mit elektrischer Energie erforderlich. Ferner wird während des Betriebs in einem nicht unerheblichen Maße Verlustwärme erzeugt. Neben der erzeugten Verlustwärme tritt bei Wechselstrombetrieb meist auch ein störendes Brummgeräusch der Magnetkernbleche auf.

Weiterhin sind Antriebe mit Verklinkungsbaustein bekannt, welche den Anker in angezogener Position verriegeln und somit fixieren. Der Magnetantrieb benötigt dann keinen Haltestrom für die Spule mehr. Entriegelt wird der Verriegelungsbaustein durch Anlegen einer Spannung an einen wirkenden Elektromagneten. Derartige Antriebe sind aus der DT 26 25 292 A1 und der EP 0 578 984 A2 bekannt. Diese Antriebe benötigen zwar keinen Haltestrom mehr, erfüllen aber derzeitige Sicherheitsstandards nur unzureichend (keine Drahtbruch-Sicherheit).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetantrieb in einer alternativen Ausführungsform zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 bzw. 4 gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Der erfindungsgemäße elektromagnetische Antrieb findet Verwendung in einem elektrischen Schaltgerät, insbesondere Niederspannungsschaltgerät wie Schütz oder Relais, und umfasst einen Magnetkern mit einem Joch und einem insbesondere I-förmigen Anker, wobei das Joch von einer Spule umgeben und der Anker mit jedem beweglichen Kontakt koppelbar ist sowie einen Verriegelungsmechanismus zur Fixierung des Ankers in der Betriebsstellung während des Haltebetriebs. Unter Kontakt wird im Sinne der Erfindung irgendein antreibbares Teil der beweglichen Kontaktanordnung verstanden, insbesondere der Schaltkontakt als solcher oder der die Kontaktstücke bzw. -brücken tragende Kontaktbrückenträger. Das Joch ist vorzugsweise zwei- oder mehrschenklig also U- oder E-förmig ausgeführt.

Im Anzugsbetrieb wird der Magnetanker durch das bei stromdurchflossener Spule erzeugte Magnetfeld in Richtung Joch angezogen und so aus einer Ruhestellung in eine Betriebsstellung überführt, in der er dann ausschließlich durch die Verriegelung in Form eines zusätzlichen Aktors gehalten wird. Im Abfallbetrieb ist der Anker von der Betriebsstellung in die Ruhestellung überführbar, in dem der Aktor aktiviert wird. Der Aktor umfasst erfindungsgemäß ein zwischen dem Anker und einer diesem gegenüber ortsfesten Stelle angeordnetes und schwenkbar zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition an der ortsfesten Stelle gelagertes Verriegelungselement sowie ein das Verriegelungselement betätigendes Antriebsglied. Dabei kann die dem Anker gegenüber ortsfeste Stelle zum Beispiel als Teil des Schaltgerätegehäuses oder aber als Fortsatz des Jochs ausgebildet sein.

In einer ersten möglichen Ausführungsform ist das Verriegelungselement als I-förmiger Klinkhebel ausgebildet, der in der Verriegelungsposition senkrecht auf einer Teilfläche des zu verriegelnden Ankers steht. Bevorzugt ist das Antriebsglied hierbei als Klappankersystem mit schwenkbar gelagertem auf den Klinkhebel wirkenden Klappanker und einer Haltespule ausgebildet. Mit Vorteil ist die Haltespule als Teilwicklung der Antriebsspule des elektromagnetischen Antriebs ausgeführt.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist das Verriegelungselement als L-förmiger Klinkhebel ausgebildet, der in der Verriegelungsposition mit einem seiner beiden Schenkel senkrecht auf einer Teilfläche des zu verriegelnden Ankers steht. Hierbei ist das Antriebsglied beispielsweise als Hubmagnet mit auf den Klinkhebel wirkender Schubstange ausgebildet.

In beiden Ausführungsformen ist das Antriebsglied bevorzugt mechanisch über ein Gelenk oder elastische sonstige Verbindungsmittel (zum Beispiel elastisches Kunststoffelement bzw. -gelenk) mit dem Verriegelungselement verbunden (Klappanker/I-Klinkhebel; Schubstange/L-Klinkhebel). Ausführungsformen bei denen keine unmittelbare mechanische Anbindung von Antriebsglied an das Verriegelungselement besteht, sondern bei denen das Verriegelungselement über eine Feder in Richtung Entriegelungsposition vorgespannt ist und über das Antriebsglied entgegen dieser Federkraft in die Verriegelungsposition überführt wird, sind alternativ ebenfalls vorgesehen.

Ferner sind in beiden Ausführungen Mittel zur Verringerung der Reibung zwischen den, während der Überführung des Verriegelungselementes in die Verriegelungsposition, zusammenwirkenden Flächen von Verriegelungselement und Anker vorgesehen. Zum einen ist hierfür vorgesehen die mit dem Anker zusammenwirkende Stirnfläche mit einer Gleitrolle oder einer Gleitkugel zu versehen. Bevorzugt ist die Gleitkugel beziehungsweise Gleitrolle mit ihrer Drehachse nicht in der Mittel-Längsachse des Verriegelungselementes sondern aussermittig angeordnet. Aufgrund dieser Konstruktion sind geringere Kräfte für die Überführung des Verriegelungselementes in die Entriegelungsposition erforderlich. Zum anderen ist vorgesehen, die Reibung der zusammenwirkenden Flächen durch zumindest bereichsweise Beschichtung derselben mit Materialien (zum Beispiel Teflon) von geringem Reibungskoeffizienten zu minimieren.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Aktor bei Auftreten eines sicherheitskritischen Zustandes aktiviert, so dass ein sicheres Ausschalten einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes durch den Magnetantrieb gewährleistet ist. Hierfür ist das Antriebsglied des Aktors bevorzugt elektrisch ausgebildet und die Anordnung so gewählt, dass auch bei Auftritt eines Drahtbruches (also im stromlosen Zustand des Antriebsgliedes) eine sichere Abschaltung gewährleistet ist. Dabei ist das Antriebsglied im Haltebetrieb unter Spannung und wirkt zur Aufrechterhaltung einer Nicht-Ausgelöst-Position auf das Stellglied. Erst bei Wegfall der Spannung am Antriebsglied wirkt dieses zum Zwecke der Auslösung entriegelnd auf das Verriegelungselement ein (entweder durch Zurückziehen des mechanisch mit dem Antriebsglied gekoppelten Verriegelungselement oder durch die Rückstellkraft des Federelementes bei abfallendem Antriebsglied).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Die 1 bis 4 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Magnetantriebs jeweils in schematischer Darstellung. Es zeigen

1 und 2: einen elektromagnetischen Antrieb mit erfindungsgemäßem Aktor in einer ersten Ausführung in verriegelter und entriegelter Ankerposition, und

3 und 4: eine weitere Ausführungsform in verriegelter und entriegelter Ankerposition.

1 bis 4 zeigen den erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb für einen beweglichen Kontakt beziehungsweise einen Kontaktbrückenträger eines elektrischen Schaltgerätes. Der Antrieb umfasst einen Magnetkern mit einem U-förmigen Joch 2 und einem I-fömigen Anker 4. Zur Erzeugung eines den Anker 4 anziehenden Magnetfeldes ist vorzugsweise jeder der beiden Jochschenkel von einer Spule 6 umschlossen. Im Anzugbetrieb wird jede Spule 6 mit Strom versorgt und somit ein auf den Anker 4 entgegen einer Federkraft f1 wirkendes Magnetfeld erzeugt, so dass der Anker 4 von einer Ruhestellung, in der er vom Joch 2 beabstandet ist (2, 4), in eine Betriebsstellung, in der er geschlossen am Joch 2 anliegt (1, 3), überführt wird. Die Federkraft f1 wird beispielsweise durch die Rückstellfeder 8 einer mit dem Anker 4 gekoppelten Kontaktbrücke erzeugt. Gehalten wird der Anker 4 in der Betriebsstellung während des Haltebetriebs des Antriebs erfindungsgemäß durch einen zusätzlichen Aktor 100, der ein Verriegelungselement 102 sowie ein dieses von einer Entriegelungsposition in eine Verriegelungsposition und umgekehrt überführendes Antriebsglied 104 umfasst. Das Verriegelungselement 102 ist zwischen dem Anker 4 und einer dem Anker 4 gegenüber ortsfesten Stelle 12 innerhalb des Schaltgerätes angeordnet und schwenkbar zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition an der ortsfesten Stelle 12 gelagert. Dabei ist die ortsfeste Stelle 12 vorzugsweise durch ein, die Lagerstelle bildendes Gehäuseteil im Gehäuseinneren gebildet. Alternativ ist auch denkbar das Verriegelungselement 102 an einem Fortsatz des Jochs 2 als ortsfeste Stelle 12 zu lagern.

In einer ersten möglichen Ausführungsform (1 und 2) umfasst das Verriegelungselement 102 einen I-förmigen Klinkhebel 102a, der in der Verriegelungsposition im wesentlichen senkrecht auf einer Teilfläche des zu verriegelnden Ankers 4 steht. Bevorzugt ist das Antriebsglied 104 hierbei als Klappankersystem mit schwenkbar gelagertem auf den Klinkhebel 102a wirkenden Klappanker 104a und einer Haltespule 104b ausgebildet. Mit Vorteil ist die Haltespule als Teilwicklung der Antriebsspule 6 des elektromagnetischen Antriebs ausgeführt. Dabei ist der Klappanker 104a über ein Federelement 104c in Richtung von der Haltespule 104b weg vorgespannt, so dass bei Abfall der Haltespule 104b der Klappanker 104a in Richtung Entriegelungsposition bewegt wird. In einer bevorzugten Ausführung ist der Klappanker 104a mit dem Verriegelungselement 102 (I-förmiger Klinkhebel 102a) mechanisch verbunden derart, dass das Verriegelungselement 102 in Form einer Schwenkbewegung stets der Bewegung des Klappankers 104a folgt (zum Beispiel elastisches Kunststoffelement bzw. -gelenk). Ferner ist die Haltespule des Klappankersystems bevorzugt als Teilwicklung der Antriebsspule ausgebildet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verriegelungselement als L-förmiger Klinkhebel ausgebildet, der im Verbindungspunkt seiner beiden Schenkel schwenkbar an der ortsfesten Stelle 12 gelagert ist derart, dass in der Verriegelungsposition einer der Schenkel im wesentlichen senkrecht auf einer Teilfläche des zu verriegelnden Ankers 4 steht. Das Antriebsglied ist hierbei vorzugsweise als Hubmagnet 106b mit einer auf den nicht zur Verriegelung benutzten Schenkel des Klinkhebels wirkenden Schubstange 106a ausgebildet. Die Schubstange 106a ist mit Vorteil mechanisch mit dem Klinkhebel 103 verbunden, so dass dieser der Bewegung der Schubstange zwangsgeführt folgt.

In beiden Ausführungsformen kann alternativ das Antriebsglied 106 durch einen Hubmagneten 106b gebildet sein, der das Verriegelungselement entgegen der Federkraft f2 eines Federmittels 106d in die Verriegelungsposition überführt und das Verriegelungselement 102, 103 bei Abfall des Hubmagneten 106b durch die Federkraft f2 in die Entriegelungsposition überführt wird.

Vorzugsweise ist das Antriebsglied elektrisch, insbesondere als Elektromagnet beziehungsweise Hubmagnet derart ausgebildet, dass beim Übergang in den stromlosen Zustand das Verriegelungselement in eine Entriegelungsposition überführt wird. Hierdurch wird eine Drahtbruchsicherheit der Anordnung gewährleistet.

Ferner sind Mittel zur Reibungsminimierung zwischen den, während der Überführung des Verriegelungselementes 102, 103 in die Verriegelungsposition, zusammenwirkenden Flächen von Verriegelungselement 102, 103 und Anker 4 vorgesehen. Zum einen ist hierfür vorgesehen die mit dem Anker 4 zusammenwirkende Stirnfläche des Klinkhebels 102a, 103 mit einer Gleitrolle oder einer Gleitkugel 102b zu versehen. Bevorzugt ist die Gleitkugel beziehungsweise Gleitrolle mit ihrer Drehachse nicht in der Mittel-Längsachse des Verriegelungselementes sonder aussermittig angeordnet. Aufgrund dieser Konstruktion sind geringere Kräfte für die Überführung des Verriegelungselementes in die Entriegelungsposition erforderlich. Zum anderen ist vorgesehen, die Reibung der zusammenwirkenden Flächen durch zumindest bereichsweise Beschichtung derselben mit Materialien (zum Beispiel Teflon) von geringem Reibungskoeffizienten zu minimieren (nicht dargestellt). Auch eine Kombination beider Varianten ist möglich.


Anspruch[de]
  1. Elektromagnetischer Antrieb für bewegliche Kontakte eines elektrischen Schaltgerätes,

    – mit einem Magnetkreis aus einem Joch (2) und einem Anker (4), wobei das Joch (2) von einer Antriebsspule (6) umgeben ist und der Anker (4) mit jedem beweglichen Kontakt koppelbar ist,

    – und mit einem Aktor (100),

    – wobei der Anker (4) bei stromdurchflossener Antriebsspule (6) von einer Ruhestellung (R) in eine Betriebstellung (B) überführbar ist,

    – der Anker (4) während des Haltebetriebs in der Betriebsstellung (B) bei stromloser Antriebsspule (6) entgegen einer Federkraft (f1) gehalten ist, indem der Aktor (100) den Anker (4) durch Verriegelung an seiner Rückbewegung in die Ruhestellung (R) hindert,

    – und der Aktor (100) ein zwischen dem Anker (4) und einer diesem gegenüber ortsfesten Stelle (12) angeordnetes und schwenkbar zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition an der ortsfesten Stelle gelagertes Verriegelungselement (102) sowie ein das Verriegelungselement (102) betätigendes Antriebsglied (104) umfasst,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – das Antriebsglied (104) als 1-förmiger Klinkhebel (102a) ausgebildet ist,

    – das dass Antriebsglied (104) als Klappankersystem mit einem Elektromagneten mit Haltespule (104b) und schwenkbar gelagertem auf den Klinkhebel (102a) wirkenden Klappanker (104a) ausgebildet ist,

    – und die Haltespule (104b) als Teilwicklung der Antriebsspule (6) ausgebildet ist derart, dass beim Übergang vom stromführenden Zustand des Elektromagneten in den stromlosen Zustand das Verriegelungselement (102) in die Entriegelungsposition überführt wird.
  2. Elektromagnetischer Antrieb nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkhebel (102a) derart gelagert ist, das er in der Verriegelungsposition senkrecht auf der zu verriegelnden Fläche des
  3. Elektromagnetischer Antrieb nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappanker (104a) mit dem Klinkhebel (102a) mechanisch verbunden ist.
  4. Elektromagnetischer Antrieb für bewegliche Kontakte eines elektrischen Schaltgerätes,

    – mit einem Magnetkreis aus einem Joch (2) und einem Anker (4), wobei das Joch (2) von einer Antriebsspule (6) umgeben ist und der Anker (4) mit jedem beweglichen Kontakt koppelbar ist,

    – und mit einem Aktor (106),

    – wobei der Anker (4) bei stromdurchflossener Antriebsspule (6) von einer Ruhestellung (R) in eine Betriebstellung (B) überführbar ist,

    – der Anker (4) während des Haltebetriebs in der Betriebsstellung (B) bei stromloser Antriebsspule (6) entgegen einer Federkraft (f1) gehalten ist, indem der Aktor (106) den Anker (4) durch Verriegelung an seiner Rückbewegung in die Ruhestellung (R) hindert,

    – und der Aktor (106) ein zwischen dem Anker (4) und einer diesem gegenüber ortsfesten Stelle (12) angeordnetes und schwenkbar zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition an der ortsfesten Stelle gelagertes Verriegelungselement (103) sowie ein das Verriegelungselement (103) betätigendes Antriebsglied (106) umfasst,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – das Verriegelungselement (103) L-förmiger Klinkhebel ausgebildet ist,

    – das Antriebsglied (106) als elektrisch betriebener Hubmagnet mit einer auf den Klinkhebel wirkenden Schubstange (106a) ausgebildet ist derart, dass der Klinkhebel beim Übergang vom stromführenden Zustand des Hubmagneten in den stromlosen Zustand in die Entriegelungsposition überführt wird.
  5. Elektromagnetischer Antrieb nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkhebel derart gelagert ist, das er mit einem seiner beiden Schenkel in der Verriegelungsposition senkrecht auf der zu verriegelnden Fläche des Ankers (4) steht.
  6. Elektromagnetischer Antrieb nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (106a) mit dem Klinkhebel mechanisch verbunden ist.
  7. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch Federmittel (106d) die den Klinkhebel mit einer Federkraft (f2) in Richtung Entriegelungsposition beaufschlagen und wobei der Klinkhebel mittels Hubmagnet entgegen der Federkraft (f2) in die Verriegelungsposition überführbar ist.
  8. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (102, 103) an seinem dem Anker (4) zugekehrten Ende eine Stirnfläche mit minimiertem Reibungskoeffizienten, insbesondere eine Teflonschicht, aufweist.
  9. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (4) im Bereich seiner mit dem Verriegelungselement (102, 103) zusammenwirkenden Oberfläche einen Flächenbereich mit minimiertem Reibungskoeffizienten, insbesondere eine Teflonschicht, aufweist.
  10. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (102, 103) an seinem dem Anker (4) zugekehrten Ende eine Laufrolle oder Laufkugel (102b) zum Zwecke der Reibungsminimierung zwischen Anker (4) und Verriegelungselement (102, 103) aufweist.
  11. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitrolle beziehungsweise Gleitkugel (102b) derart an dem Verriegelungselement angeordnet ist, dass ihre Drehachse nicht in der Mittel-Längsachse des Verriegelungselements (102, 103) liegt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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