DE10133702C1

DE10133702C1 - Switching device for interrupting/connecting magnetic flux in a magnetic circuit slides two magnetic contact makers against each other each having a surface structure with recesses on surfaces opposite each other

Info

Publication number: DE10133702C1
Application number: DE2001133702
Authority: DE
Inventors: Kurt Haendler; Detlef Koch; Wolfgang Kremers
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2021-07-12

Abstract

Two magnetic contact makers (1a,1b) slide against each other and have a surface structure with recesses on surfaces opposite each other. When switched on, the contact makers have their non-recessed area opposite, so that a magnetic flux is guaranteed between part sections (20,40). When switched off, the contact makers are offset to each other, so that the recesses and the non-recessed areas of adjacent contact makers fit opposite each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Unterbrechung beziehungsweise Freischaltung des magnetischen Flusses in einem Magnetkreis. Bevorzugt findet die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung Anwendung in dem Magnetantrieb eines Schützes oder Relais.The invention relates to a switching device for interruption or activation of the magnetic flux in one Magnetic circuit. The switching device according to the invention is preferably used Application in the magnetic drive of a contactor or relay.

Derartige Schaltvorrichtungen sind bislang nicht bekannt. Bei Magnetantrieben o. g. elektrischer Schaltgeräte ist bislang lediglich bekannt, Magnetkreis bestehend aus Joch mit Antriebsspule und beweglich geführtem Anker durch Trennung von Joch und Anker zu realisieren.Such switching devices are not yet known. For magnetic drives o. g. Electrical switchgear is so far only known, magnetic circuit consisting of a yoke with a drive coil and a movably guided armature Realize separation of yoke and anchor.

Permanentmagnetgestützte Magnetantriebe, bei denen die Haltekraft für den angezogenen Magnetanker mittels Permanentmagnet erzeugt wird, werden zum Beispiel durch ein magnetisches Gegenfeld elektronisch geschaltet. Die hierfür erforderliche Energie kann durch einen Kondensator bereitgestellt werden, der während des Anzugs aufgeladen wird. Diese Ausführung ist allerdings technisch aufwendig und nicht drahtbruchsicher.Permanent magnet-based magnetic drives, in which the holding force for the attracted magnet armature is generated by means of permanent magnet for example electronically switched by an opposing magnetic field. The energy required for this can be provided by a capacitor being charged during the suit. This version is however, this is technically complex and not wire break-proof.

Es sind ferner 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. Um den Anker in angezogener Position zu halten wird hierbei derselbe über einen Verriegelungsmechanismus verriegelt und in seiner Lage fixiert. 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 DE 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 Drahtbruchsicherheit). Auch ist der technische Aufwand zur Realisierung dieser Lösung beachtlich.Electromagnetic drives are also known, their movable armatures by means of one or more coils which enclose a U-shaped yoke, is attracted to the yoke by energizing the coils. To anchor in Holding the tightened position will be the same over a Locking mechanism locked and fixed in position. The Magnet drive then no longer needs a holding current for the coil. unlocked the locking module is applied to a voltage acting electromagnet. Such drives are from DE 26 25 292 A1 and EP 0 578 984 A2. These drives do not need one Holding current more, but only meet current safety standards insufficient (no wire break safety). Also the technical effort remarkable for realizing this solution.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung zu schaffen die eine einfache Unterbrechung und Freischaltung des magnetischen Flusses eines Magnetkreises gewährleistet.The invention has for its object to provide a switching device which is a simple interruption and activation of the magnetic flux guaranteed a magnetic circuit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.The object is achieved by the features of the independent Claim solved, while the dependent claims advantageous Further developments of the invention can be found.

Die Schaltvorrichtung wird in den zu schaltenden Magnetkreis zwischen zwei Teilabschnitte eines magnetischen Leiters zwischengeschaltet und umfasst gemäß der Erfindung zwei gegeneinander umpositionierbare, insbesondere verschiebbar gelagerte magnetische Leiter. Der besseren Verständlichkeit halber werden die gegeneinander umpositionierbaren magnetischen Leiter als Schaltstücke bezeichnet. Die Schaltstücke weisen an den einander gegenüberliegenden Flächen eine Oberflächenstruktur mit Vertiefungen auf derart, dass in einer Einschaltposition die Schaltstücke mit ihren nicht vertieften Bereichen gegenüberliegend angeordnet sind, so dass ein magnetischer Fluß zwischen den Teilabschnitten des magnetischen Leiters gewährleistet ist, und in einer Ausschaltposition die Schaltstücke mit ihren vertieften Bereichen einander gegenüberliegend angeordnet sind derart, dass aufgrund eines entstehenden Luftspaltes beziehungsweise einer Vielzahl hintereinander angeordneter Luftspalte der magnetische Fluß des Magnetkreises unterbrochen ist. Mit Vorteil sind die Schaltstücke als Bleche ausgebildet. Die Bleche (vorzugsweise bestehend aus dem Material herkömmlicher Trafobleche) der Schaltstücke sind bevorzugt identisch d. h. insbesondere eine identische Oberflächenstruktur aufweisend ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff. In einer besonders bevorzugten Ausführung besteht die Schaltvorrichtung aus einer Vielzahl von Blechen deren Vertiefungen durch eine Mikrostruktur der Oberfläche gebildet sind und wobei jeweils abwechselnd ein Blech ortsfest und das jeweils benachbarte Blech verschiebbar gelagert sind. Die Schaltvorrichtung wir dabei vorzugsweise durch einen Aktor, der mit jedem verschiebbar beweglich gelagerten Blech zwecks Bewegung verbunden ist, angetrieben beziehungsweise geschaltet. Da aufgrund der Mikrostruktur nur kleinste Wege für eine Schaltbewegung erforderlich sind, wird als Aktor bevorzugt ein Piezoelement verwendet.The switching device is in the magnetic circuit to be switched between two Intermediate sections of a magnetic conductor and includes According to the invention, two repositionable against each other, in particular slidably mounted magnetic conductors. The better intelligibility half the repositionable magnetic conductors are as Referred to contact pieces. The contact pieces point to each other opposite surfaces a surface structure with depressions such that in a switch-on position the contact pieces with their not recessed areas are arranged opposite, so that a magnetic flux between the sections of the magnetic conductor is guaranteed, and in a switch-off position, the contact pieces with their recessed areas are arranged opposite one another such that due to an emerging air gap or a large number successive air gaps the magnetic flux of the Magnetic circuit is interrupted. The contact pieces are advantageous as sheets educated. The sheets (preferably consisting of the material conventional transformer plates) of the contact pieces are preferably identical d. H. in particular having an identical surface structure and preferably consist of a ferromagnetic material. In a particularly preferred embodiment, the switching device consists of a variety of sheets whose recesses by a microstructure of Surface are formed and each alternately a sheet and stationary the adjacent sheet metal is slidably mounted. The Switching device we preferably by an actuator that with each slidably movably mounted sheet metal is connected for the purpose of movement, driven or switched. Because due to the microstructure only smallest paths required for a switching movement is called an actuator preferably uses a piezo element.

Eine bevorzugte Anwendung findet die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in Antrieben von Schaltgeräten mit Magnetantrieb bei denen der Magnetanker durch einen Permanentmagneten in angezogener Position (Haltebetrieb) gehalten ist, wie Schütz- oder Relaisantriebe. Hierbei wird die Schaltvorrichtung vorzugsweise durch Zwischenschaltung in das Magnetjoch in den Magnetkreis des Magnetantriebes zwischengeschaltet.The switching device according to the invention finds a preferred application in Drives of switchgear with magnetic drive where the magnetic armature by a permanent magnet in the tightened position (holding mode) is held, such as contactor or relay drives. Here, the Switching device preferably by interposing in the magnetic yoke interposed in the magnetic circuit of the magnetic drive.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is in following explained with reference to figures. Show it

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in dem Magnetkreis eines Schützantriebes; Figure 1 shows a possible embodiment of the switching device according to the invention in the magnetic circuit of a contactor drive.

Fig. 2 die Schaltvorrichtung gemäß Fig. 1 in Position eingeschaltet; Fig. 2, the switching device of Figure 1 turned on in position.

Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung gemäß Fig. 1 in Position ausgeschaltet; FIG. 3 the switching device according to the invention according to FIG. 1 switched off in position;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines als Blech ausgebildeten Schaltstückes bzw. Teil eines Schaltstückes; und FIG. 4 shows a side view of a switching piece designed as a sheet metal or part of a switching piece; and

Fig. 5a und 5b eine alternative Ausführungsform für einen Aktor zum Antrieb der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. FIGS. 5a and 5b, an alternative embodiment for an actuator for driving the switching device of the invention.

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 integriert in den Magnetkreis eines Schützantriebs. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 dient der Unterbrechung beziehungsweise Verbindung des magnetischen Flusses in einem Magnetkreis, wobei dieser einen magnetischen Leiter 2 zur Leitung bzw. Führung des magnetischen Flusses umfasst. Fig. 1 shows a possible embodiment of the switching device 1 according to the invention integrated into the magnetic circuit of a contactor drive. The switching device 1 according to the invention serves to interrupt or connect the magnetic flux in a magnetic circuit, said magnetic circuit comprising a magnetic conductor 2 for guiding or guiding the magnetic flux.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst der Magnetkreis beispielsweise einen zweiteiligen Magnetkern als magnetischen Leiter 2, bestehend aus einem Magnetjoch 2a mit Antriebsspulen 4 und einem Magnetanker 2b. Unterstützt wird das Magnetfeld durch die Anordnung eines Permanentmagneten 3.According to the exemplary embodiment, the magnetic circuit comprises, for example, a two-part magnetic core as a magnetic conductor 2 , consisting of a magnetic yoke 2 a with drive coils 4 and a magnet armature 2 b. The magnetic field is supported by the arrangement of a permanent magnet 3 .

Die Schaltvorrichtung 1 ist zwischen Teilabschnitte 20, 40 des magnetischen Leiters 2 zwischengeschaltet und umfasst zumindest zwei gegeneinander umpositionierbare, insbesondere gegeneinander verschiebbar gelagerte magnetische Schaltstücke 1a, 1b. Die magnetischen Schaltstücke 1a, 1b sind quer, insbesondere senkrecht zur Richtung des Magnetflusses angeordnet und bestehen aus einem magnetisch leitfähigen Material, insbesondere einem ferromagnetischen Werkstoff. Sie weisen an den einander gegenüberliegenden Flächen eine Oberflächenstruktur mit Vertiefungen 100 auf derart, dass in einer Einschaltposition E die Schaltstücke 1a, 1b mit ihren nicht vertieften Bereichen 200 gegenüberliegend angeordnet sind, so dass ein magnetischer Fluß zwischen den Teilabschnitten 20, 40 gewährleistet ist, und in einer Ausschaltposition A die Schaltstücke 1a, 1b derart zueinander versetzt angeordnet sind, dass Vertiefungen 100 und nicht vertiefte Bereiche 200 benachbarter Schaltstücke 1a, 1b einander gegenüberliegend angeordnet sind derart, dass aufgrund eines entstehenden Luftspaltes 300 beziehungsweise einer Vielzahl hintereinander angeordneter Luftspalte 300 der magnetische Fluß unterbrochen ist.The switching device 1 is interposed between sections 20 , 40 of the magnetic conductor 2 and comprises at least two magnetic switching pieces 1 a, 1 b that can be repositioned relative to one another, in particular displaced relative to one another. The magnetic contact pieces 1 a, 1 b are arranged transversely, in particular perpendicular to the direction of the magnetic flux, and consist of a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material. They have a surface structure with depressions 100 on the opposing surfaces in such a way that in a switch-on position E the switching pieces 1 a, 1 b with their non-recessed areas 200 are arranged opposite one another, so that a magnetic flux between the sections 20 , 40 is ensured , and in a switch-off position A, the switching pieces 1 a, 1 b are arranged offset to one another such that depressions 100 and non-recessed areas 200 of adjacent switching pieces 1 a, 1 b are arranged opposite one another in such a way that, due to an air gap 300 or a plurality, one behind the other arranged air gap 300 the magnetic flux is interrupted.

Die Schaltvorrichtung 1 umfasst vorzugsweise ein Gehäuseteil 1c in dem die insbesondere als Bleche ausgebildeten Schaltstücke 1a, 1b angeordnet sind. Mit Vorteil besteht zumindest eines der Schaltstücke 1a, 1b aus einer Mehrzahl von Blechen. Die Bleche bestehen vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff (Ferro- bzw. Trafobleche). Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht jedes Schaltstück 1a, 1b aus insgesamt vier identisch ausgebildeten Einzelblechen, die allesamt jeweils beidseitig eine identische Oberflächenstruktur mit Vertiefungen 100 aufweisen. Jedes zweite Blech ist ortsfest, insbesondere kammartig in Führungsnuten des Gehäuses 1c gehalten (Schaltstück 1a), während jedes davon benachbarte Blech verschiebbar im Gehäuse 1c gelagert ist. Zur Betätigung der Schaltvorrichtung sind die beweglich gelagerten Bleche des Kontaktstückes 1b mit einem Aktor 6 gekoppelt. Die Oberflächenstruktur ist in Form einer Mikrostruktur gebildet. Die Vertiefungen 100 der Oberflächen sind beispielsweise durch parallel angeordnete Nuten (Fig. 1-3) oder eine Vielzahl regelmäßig angeordneter Sacklöcher gebildet. Um eine Optimierung des Luftspaltes 300 in der Ausschaltposition A zu erreichen, sind die Vertiefungen 100 im Längsschnitt gesehen in ihrer Öffnung nach außen trapezförmig erweitert. Da aufgrund der Oberflächenstruktur der Schaltstücke 1a, 1b in Mikrostruktur nur sehr geringe Wege zur Überführung der Schaltvorrichtung 1 von einer Ausschaltposition A in eine Einschaltposition E und umgekehrt erforderlich sind, wird bevorzugt ein Piezoelement als Aktor 6 verwendet.The switching device 1 preferably comprises a housing part 1 c in which the switching pieces 1 a, 1 b, which are designed in particular as sheets, are arranged. Advantageously, at least one of the switching pieces 1 a, 1 b consists of a plurality of sheets. The sheets are preferably made of a ferromagnetic material (ferro or transformer sheets). In the exemplary embodiment shown, each contact piece 1 a, 1 b consists of a total of four identically designed individual sheets, all of which each have an identical surface structure with depressions 100 on both sides. Every second sheet is held in place, in particular comb-like, in guide grooves of the housing 1 c (contact piece 1 a), while each sheet adjacent to it is slidably mounted in the housing 1 c. To actuate the switching device, the movably mounted sheets of the contact piece 1 b are coupled to an actuator 6 . The surface structure is in the form of a microstructure. The depressions 100 of the surfaces are formed, for example, by grooves arranged in parallel ( FIGS. 1-3) or a plurality of regularly arranged blind holes. In order to achieve an optimization of the air gap 300 in the switch-off position A, the depressions 100 are widened outward in a trapezoidal shape when viewed in longitudinal section. Since, due to the surface structure of the switching pieces 1 a, 1 b in microstructure, only very short distances are required to transfer the switching device 1 from a switch-off position A to a switch-on position E and vice versa, a piezo element is preferably used as the actuator 6 .

Die Vertiefungen 100 sind vorzugsweise mit einem nicht magnetisierbaren Füllstoff 8 wie zum Beispiel einer Lackschicht (insbesondere einer Lackschicht mit guten Gleiteigenschaften bzw. mit geringem Reibungskoeffizienten) ausgefüllt, so dass eine ebene Oberfläche mit nicht lackierten Bereichen 200 der strukturierten Bleche entsteht. Anstelle einer Lackschicht können auch andere Schichten, wie Teflon oder dergleichen Verwendung finden.The depressions 100 are preferably filled with a non-magnetizable filler 8 such as, for example, a lacquer layer (in particular a lacquer layer with good sliding properties or with a low coefficient of friction), so that a flat surface with non-lacquered areas 200 of the structured sheets is produced. Instead of a lacquer layer, other layers, such as Teflon or the like, can also be used.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in Einschaltposition E. Hierfür sind die nicht vertieften (erhabenen) Bereiche 200 der benachbarten Bleche deckungsgleich im wesentlichen ohne Zwischenraum zu einer ferromagnetischen Einheit verbunden. Zur Überführung von der dargestellten Einschaltposition E, in der ein optimaler Magnetfluß gewährleistet ist, in eine Ausschaltposition A ist der Aktor 6 (Piezoelement) zu "aktivieren". Vorzugsweise wird der Aktor "aktiviert", indem er stromlos geschaltet wird. Somit wird eine Drahtbruchsicherheit des Systems (Schaltvorrichtung und Aktor) erreicht. Unter "Aktivieren" des Aktors 6 ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass der Aktor 6 veranlasst wird, die Schaltvorrichtung zu betätigen. Bevorzugt geschieht das, indem der Aktor 6 strombeaufschlagt wird und in diesem Zustand (der i. S. d. Erfindung als nicht aktiviert gilt) die Schaltstücke 1a, 1b in einer bestimmten Position (insbesondere Einschaltposition) hält und bei Übergang in den stromlosen Zustand die Schaltstücke 1a, 1b sicher in die andere Position (insbesondere Ausschaltposition) überführt. Fig. 2 shows the switching device of the invention in switch-on position E. For this purpose, are congruent coupled substantially without clearance to a ferromagnetic unit, the non-recessed (raised) portions 200 of the adjacent plates. To transfer from the switch-on position E shown, in which an optimal magnetic flux is guaranteed, to a switch-off position A, the actuator 6 (piezo element) must be "activated". The actuator is preferably “activated” by being de-energized. The system (switching device and actuator) is thus protected against wire breakage. In the sense of the invention, “activating” the actuator 6 means that the actuator 6 is caused to actuate the switching device. This is preferably done by applying current to the actuator 6 and, in this state (which, according to the invention, is not considered to be activated), holds the switching elements 1 a, 1 b in a specific position (in particular the switch-on position) and when changing to the de-energized state Condition the contact pieces 1 a, 1 b transferred safely to the other position (in particular the switch-off position).

Die Ausschaltposition gemäß Fig. 3 wird dann bevorzugt durch Stromlosschalten des Aktors (hier: Piezoaktor) erreicht. In der Ausschaltposition steht jeweils eine Vertiefung 100 eines ersten Bleches einem nicht vertieften Bereich 200 eines benachbarten Bleches gegenüber. Hierdurch wird ein Zwischenraum, der Luftspalt 300, zwischen den benachbarten Blechen geschaffen. Durch die Vielzahl parallel flächig nebeneinander angeordneter Bleche addieren sich die Einzelluftspalte je zweier benachbarter Bleche zu einem Gesamtluftspalt entsprechend höheren magnetischen Widerstands, so dass eine sichere Unterbrechung des Magnetflusses im Magnetkreis gewährleistet ist. . The switch-off position shown in Fig 3 is then preferably carried out by de-energizing the actuator (here: piezo actuator) is reached. In the switch-off position, an indentation 100 of a first sheet is opposite a non-recessed area 200 of an adjacent sheet. This creates an intermediate space, the air gap 300 , between the adjacent metal sheets. Due to the large number of sheets arranged side by side in parallel, the individual air gaps of two adjacent sheets add up to a total air gap corresponding to higher magnetic resistance, so that a reliable interruption of the magnetic flux in the magnetic circuit is ensured.

Die Fig. 5a und 5b zeigen eine alternative Ausführung für einen möglichen Aktor 6 zum Antrieb der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. Hierbei ist der Aktor 6 als durch einen elektrischen Hubmagneten angetriebenen Kipphebelmachanismus gebildet. FIGS. 5a and 5b show an alternative embodiment for a possible actuator 6 for driving the switching device of the invention. Here, the actuator 6 is formed as a rocker arm mechanism driven by an electric lifting magnet.

Claims

1. switching device ( 1 ) for interrupting or connecting the magnetic flux in a magnetic circuit,
the magnetic circuit comprising a magnetic conductor ( 2 ) for guiding the magnetic flux,
the switching device ( 1 ) is interposed between sections ( 20 , 40 ) of the magnetic conductor ( 2 ), and
the switching device ( 1 ) comprises at least two magnetic switching pieces ( 1 a, 1 b) that can be repositioned relative to one another,
the contact pieces ( 1 a, 1 b) have a surface structure with depressions ( 100 ) on the opposing surfaces,
that the switching pieces ( 1 a, 1 b) with their non-recessed areas ( 200 ) are arranged opposite each other in a switch-on position (E),
and in a switch-off position (A) the switching pieces ( 1 a, 1 b) are arranged offset to one another such that the depressions ( 100 ) and the non-recessed area ( 200 ) of adjacent switching pieces ( 1 a, 1 b) are arranged opposite one another.

2. Switching device according to claim 1, characterized in that the depressions ( 100 ) with a non-magnetizable filler ( 8 ), in particular a lacquer layer, are filled.

3. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching pieces ( 1 a, 1 b) are designed as sheets, in particular ferro sheets.

4. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the switching pieces ( 1 a, 1 b) - preferably each switching piece ( 1 a, 1 b) - is formed by a plurality of sheets, a switching piece ( 1 a ) stationary and the other contact piece ( 1 b) is slidably mounted, and alternately one of the parallel plates is assigned to the fixed contact piece ( 1 a) and the adjacent plate to the slidably mounted contact piece ( 1 b).

5. Switching device according to claim 4, characterized in that the fixedly mounted sheets in guide grooves of a common housing ( 1 c) are held like a comb.

6. Switching device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the sheets of the displaceably mounted switching piece ( 1 b) are coupled at one end to a common actuator ( 6 ), in particular a piezo actuator.

7. Switching device according to the preceding claim, characterized in that the actuator ( 6 ) is designed such that it transfers the switching pieces ( 1 a; 1 b) into the switch-off position (A) when they are switched to the de-energized state.

8. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 100 ) are designed in the form of a microstructure, in particular in the form of grooves arranged in parallel or a plurality of regularly arranged blind holes.

9. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 100 ) seen in longitudinal section are designed to widen out trapezoidally in their opening.

10. Use of the switching device according to one of the preceding Claims to interrupt the magnetic circuit of a electromagnetic drive for a contactor or a relay.