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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Schaltvorrichtung
bzw. einen Magnetspeicherschalter, der insbesondere in elektrischen
Schaltkreisen bzw. in Mittelspannungsanlagen Anwendung finden kann.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße
Schaltvorrichtung auch in anderen Bereichen, beispielsweise auch der
Nieder- und Hochspannungstechnik, Anwendung finden kann.
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Aus
der
DE 10 2006
002 757 A1 ist ein Magnetspeicherschalter bekannt. Dieser
Magnetspeicherschalter weist dabei einen Polkörper auf,
der um eine Achse gedreht werden kann. Daneben sind erste und zweite
Schaltscheiben vorgesehen, wobei der Polkörper zwischen
diesen beiden Scheiben angeordnet ist. Der Polkörper weist
eine Vielzahl von Magneten auf, die mit wechselnder Polarität
in der Umfangsrichtung des Polkörpers angeordnet sind.
Weiterhin weist dieser Magnetspeicherschalter bzw. die Schaltscheibe
magnetisierbare Ringsegmente auf, zwischen denen der Polkörper
angeordnet ist, und die gegeneinander um eine halbe Teilung verdreht sind.
Die Schaltscheiben weisen dabei jeweils magnetische oder magnetisierbare
Bereiche auf.
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Eine
Drehung des Polkörpers bewirkt, dass eine der beiden Schaltscheiben
magnetisiert wird, während die andere den magnetischen
Fluss kurzschließt. Auf diese Weise können die
beiden Schaltscheiben wechselseitig den Magnetfluss vermitteln oder
kurzschließen, sodass neben dieser Schaltscheibe angeordnete
magnetisierbare Elemente wie Eisenplatten entweder angezogen werden
oder nicht.
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Diese
Vorrichtung erlaubt das Schalten auch höherer Ströme
und Spannungen. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist jedoch, dass
aufgrund der magnetischen Kräfte die Drehbewegungen des
Polkörpers teilweise relativ schwergängig sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus
dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass
eine Drehung oder eine Bewegung des Polkörpers leicht gängig
möglich ist.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch eine Schaltvorrichtung
nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung weist einen
Polkörper auf, der eine Vielzahl von Magneten aufweist,
die nebeneinander mit jeweils abwechselnder Polarität angeordnet
sind. Weiterhin ist ein erster Schaltkörper vorgesehen,
wobei der Polkörper benachbart zu dem ersten Schaltkörper
und beweglich gegenüber dem ersten Schaltkörper
angeordnet ist. Dabei weist der erste Schaltkörper magnetisierbare
Flächensegmente auf. Erfindungsgemäß weist
die Schaltvorrichtung magnetisierbare Kraftkopplungsstücke
auf, die in Abhängigkeit von einer Relativbewegung zwischen
dem Polkörper und dem ersten Schaltkörper beweglich
gegenüber dem Schaltkörper angeordnet sind.
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In
Abhängigkeit von einer Drehung des Polkörpers
gegenüber dem Schaltkörper der als Schaltscheibe
ausgestaltet werden kann, bewegen sich die Kraftkopplungsstücke
und bewirken beispielsweise einen Kurzschluss des magnetischen Flusses.
Auf diese Weise können diejenigen Bereiche, die ansonsten
bei der Drehung schwer drehbar werden oder bei der Bewegung schwer
beweglich wären, leichter bewegt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kraftkopplungsstücke
in derjenigen Ebene bewegbar, in der sich der Polkörper
gegenüber dem ersten Schaltkörper bewegt. Falls
beispielsweise der Polkörper um eine Achse drehbar ist,
resultiert hieraus eine Bewegung in einer bestimmten Ebene. In dieser
Ebene bewegen sich auch die Kraftkopplungsstücke.
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Bei
diesen Kraftkopplungsstücken kann es sich beispielsweise
um Kugeln handeln, welche sich je nach der Stellung des Polkörpers
gegenüber dem Schaltkörper, bevorzugt in der besagten
Ebene, bewegen. Es wären jedoch auch andere Arten von Kraftkopplungsstücken
möglich, wie beispielsweise Zylinderstückchen
und dergleichen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die magnetisierbaren
Flächensegmente des ersten Schaltkörpers jeweils
voneinander getrennt. Je nach Drehstellung des Polkörpers
gegenüber dem Schaltkörper wird entweder ein magnetischer
Kurzschluss des Polkörpers erreicht, wodurch ein entsprechendes
schaltbares Element, wie eine Eisenscheibe, nicht angezogen wird,
oder die Magnetkräfte werden weitergeleitet, was zu einer
magnetischen Anziehung der entsprechenden schaltbaren Elemente führt.
Vorteilhaft sind die magnetisierbaren Flächensegmente durch
jeweils nicht magnetisierbare Bereiche voneinander getrennt.
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So
könnte beispielsweise magnetisierbares Material in einen
Kupferblock bzw. eine Kupferscheibe eingearbeitet sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung einen zweiten Schaltkörper auf, wobei
dieser zweite Schaltkörper magnetisierbare Flächensegmente
aufweist und der Polkörper zwischen dem ersten Schaltkörper
und dem zweiten Schaltkörper angeordnet ist. Auf diese Weise
kann durch eine Drehung des Polkörpers ein Hin- und Herschalten
zweier schaltbarer Elemente miteinander bewerkstelligt werden. Vorteilhaft
ist eine Bewegung des zweiten Schaltkörpers an eine Bewegung
des ersten Schaltkörper gekoppelt, dies ist jedoch nicht
notwendigerweise der Fall.
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Vorteilhaft
sind auch die beiden Schaltkörper gegeneinander um eine
halbe Teilung verdreht, sodass ein wechselweises Schalten dieser
beiden Schaltkörper möglich ist. Bei einer weiteren
vorteilhaften Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung ein
schaltbares Element auf, wobei der erste Schaltkörper zwischen
dem schaltbaren Element und dem Polkörper angeordnet ist.
Je nach Drehstellung des Polkörpers gegenüber
dem Schaltkörper wird dieses schaltbare Element wie oben
beschrieben angezogen oder nicht angezogen. Weiterhin könnte
auch eine Federvorrichtung vorgesehen sein, welche das schaltbare
Element von dem Schaltkörper wegdrängt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das schaltbare
Element senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Polkörpers
bewegbar beispielsweise entlang einer Drehachse des Polkörpers.
Es wäre jedoch auch möglich, dass der Polkörper
linear verschiebbar ist und das schaltbare Element bevorzugt senkrecht
hierzu bewegbar.
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Vorteilhaft
handel es sich bei dem schaltbaren Element um ein schaltbares elektrisches
Element, welches beispielsweise ein Stromkreis schließt oder öffnet.
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Vorteilhaft
ist der Schaltkörper stationär angeordnet und
bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist auch
der Polkörper zumindest senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung
ebenfalls stationär angeordnet. Es wäre jedoch
auch möglich, dass der Polkörper stationär
angeordnet ist und der oder die Schaltkörper beweglich,
beispielsweise drehbar.
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Vorteilhaft
ist der Polkörper um eine vorgegebene Drehachse drehbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, ist der Polkörper
entlang einer vorgegebenen Längsrichtung bewegbar. Vorzugsweise
liegt jedoch die Bewegung in einer Ebene.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Kraftkopplungsstücke
schwenkbar an dem ersten Schaltkörper angeordnet. Es wäre jedoch
auch möglich, dass die Kraftkopplungsstücke als
Kugeln ausgeführt sind, die gegenüber dem ersten
Schaltkörper abrollen können. Zu diesem Zweck könnte
der Schaltkörper Führungselemente für
die Kugeln aufweisen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Kraftkopplungsstücke
zwischen dem ersten Schaltkörper und dem schaltbaren Element
angeordnet. Dabei wäre es jedoch auch möglich,
dass die Kraftkopplungsstücke teilweise in den ersten Schaltkörper
eingearbeitet sind und bevorzugt insbesondere in Richtung des schaltbaren
Elements aus diesem herausragen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist, wie oben
erwähnt, wenigstens ein Schaltkörper stationär
angeordnet. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
sind die magnetisierbaren Flächenstücke Magnetbleche.
Diese Magnetbleche können beispielsweise, wie oben erwähnt, in
eine Kupferscheibe mit Ausnehmungen eingearbeitet sein. Auch könnten
die magnetisierbare Flächenstücke in einem Kunststoffblock,
etwa eine Kunststoffscheibe, eingearbeitet sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Magnete
des Polkörpers voneinander beabstandet. Dabei können
die Magnet beispielsweise in Umfangsrichtung voneinander beabstandet
sein es wäre jedoch auch möglich, dass sie in
einer Längsrichtung voneinander beabstandet sind. Bei einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich
bei den Magneten um NdFeB-Magnete. Diese Magnete weisen sehr hohe
Magnetkräfte auf.
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Die
Erfindung ist weiterhin auf einen elektrischen Schaltkreis mit einer
Schaltvorrichtung der oben beschriebenen Art gerichtet. Es wäre
jedoch auch möglich, die Schaltvorrichtung als mechanisches
Schaltelement, also insbesondere ohne elektrische Anbindung einzusetzen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus
den beigefügten Zeichnungen: Darin zeigen:
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1 eine
schematische Seitendarstellung einer erfindungsgemäßen
Schaltvorrichtung;
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2 eine
Draufsicht auf einen Polkörper;
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3 eine
Draufsicht auf einen Schaltkörper mit Kraftkopplungsstücken,
und
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4a–4d eine
Ausführungsform eines Schaltkörpers mit Kraftkopplungsstücken
in unterschiedlichen Zuständen;
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5a–5d eine
weitere Darstellung der Ausführungsform.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schaltvorrichtung 1. Diese Schaltvorrichtung 1 weist
dabei einen Polkörper 2 auf, der mittels Lagereinrichtungen 24 drehbar
gegenüber einer Hülse 26 gelagert ist.
Dieser Polkörper 2
weist eine Vielzahl von der
Umfangsrichtung alternierend angeordneten Permanentmagneten auf.
Das Bezugszeichen 22 bezieht sich auf einen Hebel, um den
Polkörper um die Drehachse D zu drehen.
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Das
Bezugszeichen 4 kennzeichnet einen ersten Schaltkörper
der neben den Polkörper 2 angeordnet ist. Dieser
Schaltkörper 4 ist dabei stationär gegenüber
dem Untergrund 20 angeordnet. Der Schaltkörper 4 weist
(nicht gezeigte) Flächensegmente auf. Je nach Relativstellung
bzw. Drehstellung des Polkörpers 2 gegenüber
dem Schaltkörper 4 werden dabei die Magnetkräfte
der einzelnen Magnete des Polkörpers 2 kurzgeschlossen
oder in diesem Fall nach rechts vermittelt. Falls kein Kurzschluss vorliegt
wird das schaltbare Element 12, beispielsweise eine Eisenscheibe,
von dem Polkörper bzw. dem ersten Schaltkörper
angezogen und bewegt sich damit in 1 nach links.
Durch diese Bewegung kann ein elektrischer Schaltvorgang ausgelöst
werden. Das schaltbare Element ist damit entlang des Doppelpfeils
P, d. h. parallel zu der Achse D bewegbar.
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Das
Bezugszeichen 6 bezieht sich auf eine zweiten Schaltkörper
der hier auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich
des ersten Schaltkörpers 4 angeordnet ist. Mit
anderen Worten ist der Polkörper 2 zwischen diesen
beiden Schaltkörpern 4 und 6 angeordnet.
Auch dieser zweite Schaltkörper 6 weist magnetisierbare
Flächensegmente auf, die in oder an nicht magnetisierbaren
Bereichen angeordnet sind. Der zweite Schaltkörper 6 ist
gegenüber dem ersten Schaltkörper 4 um
eine halbe Teilung bezüglich dieser Flächensegmente
verdreht.
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Dies
bedeutet, dass in Abhängigkeit von der Drehstellung des
Polkörpers 2 gegenüber den beiden Schaltkörpern 6 und 4 ein
magnetischer Kurzschluss in genau einem der Polkörper vorliegt
und in dem anderen die Magnetkraft weitergeleitet wird.
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Dies
bedeutet, dass sich in Abhängigkeit von der Drehstellung
des Polkörpers die beiden schaltbaren Elemente 12 und 32 je
nach Drehstellung nach rechts oder links entlang des Doppelpfeils
P bewegen. Dabei wird darauf hingewiesen, dass die beiden schaltbaren
Körper 12 und 32 in Richtung des Doppelpfeils
P bevorzugt starr miteinander verbunden sind. Das Bezugszeichen
d kennzeichnet die Strecke, um die das schaltbare Element 12 jeweils
bewegt kann. Eine entsprechende Strecke d ist auch auf der rechten
Seite ausgebildet. Es wäre jedoch auch möglich,
dass die beiden Schaltkörper unabhängig voneinander
bewegbar sind. Auch könnten Federelemente vorgesehen sein,
welche den oder die Schaltkörper in eine bestimmte Position
(entlang der Drehachse D) vorspannen.
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Das
Bezugszeichen 8 bezieht sich in seiner Gesamtheit schematisch
auf ein Kraftkopplungsstück, welches bewegbar gegenüber
dem ersten Schaltkörper angeordnet ist. Eine Vielzahl derartiger Kraftkopplungsstücke
kann in Umfangsrichtung an dem ersten Schaltkörper und
gegebenenfalls entsprechend an dem zweiten Schaltkörper
angeordnet sein.
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Je
nach Relativstellung zwischen dem Polkörper 2 und
dem Schaltkörper 4 bewegt sich auch das besagte
Kraftkopplungsstück 8 und bewirkt auf diese Weise
entweder einen magnetischen Kurzschluss oder ein Durchschalten der
Magnetkraft sodass eine Drehbewegung des Polkörper 2 gegenüber
dem Schaltkörper 4 erleichtert wird.
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Die
beiden schaltbaren Elemente 12 sind dabei an einer Welle 25 angeordnet.
Die Hülse 28 ist zwischen den beiden schaltbaren
Elementen 12 angeordnet und bestimmt auf diese Weise den
Abstand dieser beiden schaltbaren Elemente 12 zueinander und
damit auch den Schaltweg, der durch Verdrehen des Polkörpers
erreicht werden kann.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf den Polkörper 2. Man erkenn
hier, dass dieser Polkörper 2 eine Vielzahl von
Magnetstücken 10 aufweist, die jeweils mit abwechselnden
Polaritäten nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet
sind. Vorteilhaft ist jeweils ein insbesondere nicht magnetischer
Zwischenraum 11 zwischen diesen einzelnen Magnetstücken
ausgebildet.
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3 zeigt
eine Darstellung eines Schaltkörpers 4, der hier
eine Vielzahl von magnetisierbaren Flächensegmenten 16 aufweist.
Diese magnetisierbaren Flächensegmente sind hier jeweils
durch nicht magnetisierbare Zwischenräume 18 voneinander
getrennt. Vorteilhaft sind diese Flächensegmente 16 jeweils
deckungsgleich mit den Querschnitten der einzelnen Magnete 10 des
Polkörpers 2. Falls diese Flächensegmente 16 im
Wesentlichen, je nach Drehstellung, über den Querschnitten
der Magnete 10 liegen, wird die Magnetkraft weitervermittelt
und auf diese Weise kann ein magnetisches oder magnetisierbares (schaltbares)
Element angezogen werden. Falls die Flächensegmente 16 um
eine halbe Teilung gegenüber dem Polkörper 2 verdreht
sind, findet jeweils ein magnetischer Kurzschluss der einzelnen
Magnetkräfte der Magnete 10 statt, sodass im Ergebnis
keine Magnetkraft erzeugt wird und damit ein entsprechendes schaltbares
Element 12 (1) nicht angezogen wird.
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Das
Bezugszeichen 8 kennzeichnet grob schematisch ein Kraftkopplungsstück,
welches gegenüber dem betreffenden Flächensegment 16 und damit
auch gegenüber dem Schaltkörper 4 beweglich ist.
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Die 4a–4d sowie 5a–5d veranschaulichen
eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Schaltvorrichtung. Bei dieser Ausgestaltung ist an dem Schaltkörper 4 eine Vielzahl
von Kugeln 8 angeordnet (vgl. 4a). Diese
Kugeln können sich dabei in einer radialen Richtung R bewegen,
wobei hierzu jeweils Trennsegmente 42 vorgesehen sind,
die sich ebenfalls in radialer Richtung erstrecken und zwischen
denen Zwischenräume 44 ausgebildet werden, in
welche sich die Kugeln hineinbewegen können. 4b zeigt
wiederum den Polkörper 2 mit den in Umfangsrichtung
abwechselnden polarisierten Magneten.
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Liegt
der in 4a gezeigte Schaltkörper
in dieser Position über dem Polkörper aus 4b,
so bleiben die Kugeln in der in 4a gezeigten
Stellung da hier jeweils nur die Magnetkräfte der Magnetpole
weitergeleitet werden. Genauer wird das Magnetfeld durch die Kugeln
zu den schaltbaren Elementen 12 bzw. 32 geleitet.
Diese Situation ist in 4a gezeigt. In dieser Position
berühren sich die Kugeln bevorzugt noch nicht, da dies
durch die Trennsegmente 42 verhindert wird. Aus diesem
Grund tritt auch noch kein magnetischer Kurzschluss auf.
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In
dieser Situation wird das jeweilige schaltbare Element sehr nahe
an die Kugeln herangezogen. In dem sich bildenden starken Magnetfeld
beginnen die Kugeln, sich gegenseitig anzuziehen und wandern so
an den inneren Kreisring 46, wie in 5a gezeigt.
In dieser Position berühren sich die Kugeln 8 und
bilden einen magnetischen Kurzschluss über alle Pole. Auf
diese Weise wird das schaltbare Element 12, 32 in
der Stellung A freigegeben so dass leichter geschaltet werden kann,
der Schaltvorgang wird mithin erleichtert. Bei der in 5a gezeigten
Situation berühren sich die Kugeln noch nicht notwendigerweise
oder vollständig. Es ist bei dieser Situation auch möglich,
dass einige der Kugeln in der radialen Richtung noch weiter außen sind,
sodass zumindest noch nicht über den gesamten Umfang ein
magnetischer Kurzschluss entsteht.
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Falls
hingegen der Polkörper 2, wie in 4d gezeigt
wird um eine halbe Drehung verdreht wurde (vgl. 4c und 5c),
so werden die einzelnen Kraftkopplungsstücke 8,
d. h. die Kugeln jeweils so magnetisiert, dass sie sich gegenseitig
abstoßen. Durch diese Abstoßung wandern die Kugeln nach
außen. Aus diesem Grund bleibt der magnetische Kurzschluss
bei dem jeweiligen Schaltkörper bestehen (vgl. 4a, 5c).
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Während
einer nunmehr folgenden Drehung des Polkörpers 2 werden
die Flächensegmente des betreffenden Schaltkörpers 4, 6 direkt über
die Pole des Polkörpers 2 gedreht und es ergibt
sich die in 4a gezeigte Ausgangsstellung.
Daher sind auch in diesem Fall die zum Drehen des Polkörpers 2 notwendigen
Kräfte bzw. Drehmomente reduziert.
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Anstelle
der Kugeln könnten beispielsweise auch Zylinderrollen vorgesehen
sein, auch wäre es möglich, Gleitstücke
oder dergleichen vorzusehen. Auch müssten die einzelnen
Kraft kopplungsstücke nicht unbedingt in der radialen Richtung
bezüglich des Schaltkörpers bewegt werden, dies
ist jedoch vorteilhaft. Bei der in 4a gezeigten
Situation berühren sich die Kugeln vorteilhaft nicht.
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Es
wäre jedoch auch möglich, dass eine Vielzahl von
Kraftkopplungsstücken schwenkbar an den Schaltkörper 4, 6 angeordnet
ist. zu diesem Zweck könnte an den Schaltkörpern
eine Vielzahl von Stiften angeordnet sein, die jeweils als Schwenkachsen
für die Kraftkopplungsstücke dienen.
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Weiterhin
kann die Erfindung auch Anwendung finden, wenn sich der Polkörper
linear bewegt.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 2
- Polkörper
- 4,
6
- Schaltkörper
- 8
- Kraftkopplungsstück,
Kugeln
- 8a
- Kraftkopplungsstück
- 10
- Magnetstücke
- 11
- Zwischenraum
- 16
- Flächensegmente
- 12,
32
- schaltbare
Elemente, Körper
- 20
- Untergrund
- 22
- Hebel
- 24
- Lagereinrichtung
- 25
- Welle
- 26
- Hülse
- 42
- Trennsegmente
- 44
- Zwischenräume
- P
- Doppelpfeil
- d
- Strecke
- R
- Richtung
- D
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006002757
A1 [0002]