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(11) | EP 1 383 144 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Tauchanker-Vorrichtung |
| (57) Um eine Tauchanker-Vorrichtung (1) für ein elektromagnetisches Gerät (2) anzugeben,
mit der eine große Anzugskraft bei einer kleinen Baugröße eines zugehörigen Ankers
unter Verwendung einfacher Mittel mit einem geringen Fertigungs- und Montageaufwand
erzielt werden soll, ist vorgesehen, dass ein Anker, der ein erstes Ankerelement (5)
mit einem ersten Ankerkernteil (3a) und mit einem zugehörigen ersten Ankerplattenteil
(4a) aufweist sowie ein zweites Ankerelement (6) mit einem zweiten Ankerkernteil (3b)
und mit einem zugehörigen zweiten Ankerplattenteil (4b) aufweist, gegeben ist, wobei
das erste Ankerkernteil (3a) mit dem zweiten Ankerkernteil (3b) zumindest doppelwandig
zu dem Ankerkern (3) und das erste Ankerplattenteil (4a) mit dem zweiten Ankerplattenteil
(4b) einwandig zu der Ankerplatte (4) zusammengesetzt ist. |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Tauchanker-Vorrichtung für ein elektromagnetisches Gerät gemäß Patentanspruch 1.
[0002] Eine derartige Tauchanker-Vorrichtung kommt beispielsweise in der Steuer-, Schalt- und Befehlstechnik zum Einsatz. Hierbei kann die Tauchanker-Vorrichtung in einem Stromstoßschaltgerät, insbesondere in einem Stromstoßrelais bzw. in einem Schutzschaltgerät, insbesondere in einem Leitungs- oder Motorschutzschaltgerät bzw. in einem Schaltgerät, insbesondere in einem Leistungsschalter, Schütz oder Relais, eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Technik der Tauchanker-Vorrichtung in einem Reiheneinbaugerät mit Schaltfunktion Anwendung finden.
[0003] Aus der EP 0 885 450 B1 ist ein elektromagnetisches Schaltgerät bekannt, in welchem ein zweiteiliger Anker in einem elektromagnetischen Block an einem Ende eines zylinderförmigen Tauchkernteils mit einer Ankerplatte versehen ist.
[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tauchanker-Vorrichtung anzugeben, mit der eine große Anzugskraft bei einer kleinen Baugröße eines zugehörigen Ankers unter Verwendung einfacher Mittel mit einem geringen Fertigungs- und Montageaufwand erzielt werden soll.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
[0006] Durch die erfindungsgemäße Tauchanker-Vorrichtung für ein elektromagnetisches Gerät, bei der ein erstes Ankerkernteil mit einem zweiten Ankerkernteil doppelwandig zu dem Ankerkern und ein erstes Ankerplattenteil mit einem zweiten Ankerplattenteil einwandig zu der Ankerplatte zusammengesetzt ist, kann die für die Anzugskraft relevante Materialstärke des Ankerkerns bei gleichbleibender Materialstärke der Ankerplatte erhöht werden, so dass unter Verwendung einfacher Mittel und einem geringen Fertigungs- und Montageaufwand sowie einer geringen Baugröße eine hohe Anzugskraft des Ankers bei einem Einsatz in dem elektromagnetischen Gerät erzielt werden kann.
[0007] Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
- FIG 1
- eine Tauchanker-Vorrichtung mit einem ersten Ankerelement und mit einem zweiten Ankerelement in einer perspektivischen Darstellung,
- FIG 2
- ein erstes Ankerelement und ein zu dem ersten Ankerelement gleiches zweites Ankerelement gemäß FIG 1 in einer perspektivischen Darstellung und
- FIG 3
- eine Tauchanker-Vorrichtung gemäß FIG 1 mit weiteren Bauteilen in einer perspektivischen Darstellung mit einem Viertelschnitt.
[0008] In FIG 1 ist eine Tauchanker-Vorrichtung 1 für ein elektromagnetisches Gerät 2 gemäß FIG 3, beispielsweise Schaltgerät, insbesondere Stromstoßschaltgerät, Schutzschaltgerät bzw. elektromagnetisches Auslösegerät, gezeigt. Die Tauchanker-Vorrichtung 1 weist einen Anker mit einem Ankerkern 3 und eine dazu abgewinkelte Ankerplatte 4 auf. Der Anker weist seinerseits ein einstückiges erstes Ankerelement 5 mit einem ersten Ankerkernteil 3a und einem zugehörigen ersten Ankerplattenteil 4a auf. Ferner ist der Anker mit einem zweiten Ankerelement 6 mit einem zweistückigen zweiten Ankerkernteil 3b und einem zugehörigen zweiten Ankerplattenteil 4b versehen. Das erste Ankerkernteil 3a setzt sich mit dem zweiten Ankerkernteil 3b doppelwandig zu dem Ankerkern 3 zusammen, wobei die Ankerplatte 4 aus dem ersten Ankerplattenteil 4a und dem zweiten Ankerplattenteil 4b einwandig in einer gemeinsamen Ebene zusammengefügt ist.
[0009] Das erste Ankerelement 5 und das zweite Ankerelement 6 sind jeweils für sich vorteilhafterweise einstückig als StanzBiegeteil und demnach günstig herstellbar ausgestaltet, wobei das jeweilige Ankerplattenteil 4a und 4b in einem rechten Winkel zu dem korrespondierenden Ankerkernteil 3a bzw. 3b abgebogen ist. Sowohl das erste Ankerkernteil 3a des ersten Ankerelementes 5 als auch das zweite Ankerkernteil 3b des zweiten Ankerelementes 6 weisen einzeln bzw. in ihrer Gesamtheit einen von einem kreisförmigen Querschnitt abweichenden rechteckigen Querschnitt auf. Hierbei erhält der durch das gegenseitige Anliegen der beiden Ankerkernteile 3a,3b zusammengesetzte und doppelwandige Ankerkern 3 eine Quaderform.
[0010] Der so zusammengesetzte quaderförmige und mit einem großen Querschnitt versehene Ankerkern 3 erlaubt vorteilhafterweise gegenüber einem zylinderförmigen Ankerkern, insbesondere bei Reiheneinbaugeräten - u.a. Schaltgeräten - mit einer vorgegebenen Gerätebreite von beispielsweise 18 mm, dass eine hohe geräteorientierte Raumausnutzung bei einer magnetfeldbedingten großen Anzugskraft des Ankers bei einem Einsatz in dem elektromagnetischen Gerät 2 erzielt werden kann. Vorzugsweise wird die Baueinheit aus dem ersten und dem zweiten Ankerelement 5,6 mit Dynamoblechen - ferromagnetische Eisenwerkstoffe u.a. ST37K - ausgebildet, wobei die schichtweise Blechung des zusammengesetzten Ankerkerns 3 eine Verringerung von Wirbelstromverlusten und dadurch eine geringe Erwärmung der Tauchanker-Vorrichtung bewirkt.
[0011] Die Quaderform des Ankers kann auch durch eine weitere Ausgestaltung der beiden Ankerkernteile 3a,3b, beispielsweise in Form von ineinandergreifenden Bereichen der Ankerkernteile 3a,3b erzielt werden. Die jeweils von den beiden Ankerkernteilen 3a und 3b abgewinkelten und zugehörigen Ankerplattenteile 4a bzw. 4b weisen in einer Draufsicht jeweils für sich eine L-Form auf, wobei jeweils ein kurzer L-Schenkel des ersten Ankerplattenteiles 4a an einem langen L-Schenkel des zweiten Ankerplattenteiles 4a und umgekehrt angeordnet ist, so dass mit Vorteil die Ankerplatte 4 einwandig in einer gemeinsamen Ebene ausgestaltet ist.
[0012] Die Ankerplatte 4 ist neben der vorteilhaften Doppel-L-Anordnung, welche durch die beiden gleichen und jeweils einstückigen Ankerelemente 5,6 gegeben ist, auch durch weitere geometrische Formen ausgestaltbar. Hierbei kann das erste und das zweite Ankerplattenteil 4a bzw. 4b jeweils eine U- oder E-Form aufweisen und darüber hinaus ist eine U-förmige Ausgestaltung des ersten Ankerplattenteiles 4a und eine I-förmige Ausgestaltung des zweiten Ankerplattenteiles 4b derart möglich, dass eine quadratische oder rechteckige Ankerplattenform entsteht. Weiterhin kann die Ankerplatte 4 aus einem in sich geschlossenen bzw. einseitig offenen auch runden bzw. ovalen Rahmen bestehen, der beispielsweise mit dem abgewinkelten ersten Ankerkernteil 3a einstückig verbunden ist und dieses durch ein Zuordnen des bloßen zweiten Ankerkernteiles 3b den Ankerkern 3 ergibt.
[0013] Das erste Ankerelemente 5 ist gemäß FIG 1 baugleich zu dem zweiten Ankerelement 6 ausgestaltet, wobei jedes der beiden einfach zu handhabenden Ankerelemente 5,6 symmetrisch bzw. unsymmetrisch ausgebildet sein kann, jedoch in ihrer zusammengefügten Gesamtheit dem Anker eine symmetrische Geometrie verleihen. Die baugleiche Ausgestaltung der Ankerelemente 5,6 erlaubt vorteilhafterweise einen unter fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Aspekten günstigen Aufbau des Ankers mit lediglich einem Werkzeug, wobei die symmetrische Ausgestaltung der Ankerelemente 5,6 eine verschnittreduzierte Ausnutzung des zugrunde liegenden Blechmaterials ermöglicht und die unsymmetrische Ausbildung der Ankerelemente 5,6 - z.B. L-förmige Ankerplattenteile 4a,4b - eine verwechslungsfreie Kombination derselben gewährleistet.
[0014] Das erste und das zweite Ankerelement 5 bzw. 6 sind durch einen Schweißpunkt bzw. durch eine Schweißnaht oder durch ein paketartiges Stanzen bzw. mit einem Befestigungsmittel zu einer Baueinheit verbindbar. Befestigungsmittel können hierbei ein Niet, insbesondere ein im jeweiligen Ankerelement 5 oder 6 integrierter Niet bzw. integriertes Nietloch, eine Schraube, eine Klemme od. dgl. sein.
[0015] In FIG 2 ist das erste Ankerelement 5 und das zu dem ersten Ankerelement 5 gleich ausgestaltete und weggeklappte zweite Ankerelement 6 gemäß FIG 1 jeweils in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Das erste Ankerelement 5 und das zweite Ankerelement 6 weisen jeweils für sich eine erste und eine zweite Ausnehmung 7a bzw. 7b auf, die mit der Ausbildung eines Stößels 8 gemäß FIG 3 korrespondiert und insbesondere jeweils als hälftiges Stößelnegativ, vorteilhafterweise als Stanzteil, ausgebildet ist. Der Stößel 8 gemäß FIG 3 ist kraft- und/oder formschlüssig zwischen dem ersten Ankerelement 5 und dem zweiten Ankerelement 6, insbesondere zwischen dem ersten Ankerkernteil 3a und dem zweiten Ankerkernteil 3b angeordnet. Diese einfache und vorteilhafte modulartige Aufbauweise ist durch die pyramidenstumpfähnliche, konus- bzw. kegelförmige Ausbildung des Stößels 8 gegeben.
[0016] In FIG 3 ist die Tauchanker-Vorrichtung 1 mit weiteren Bauteilen, wie mit einem Joch 9 und mit einer zu diesem zuordbaren Spule, in die der Anker einführbar ist, in einer perspektivischen Darstellung mit einem Viertelschnitt gezeigt. Das Joch 9 ist U-förmig ausgestaltet und weist einen ersten und einen zweiten Schenkel 9a bzw. 9b sowie einen Verbindungsschenkel 9c auf.
[0017] An dem Freiende des ersten Schenkels 9a ist ein erster Kurzschlussring 11 und an dem Freiende des zweiten Schenkels 9b ein zweiter Kurzschlussring 12 angeordnet. Hierbei sind die jeweiligen endseitigen Stirnflächen 13a und 13b des ersten Schenkels 9a bzw. des zweiten Schenkels 9b in jeweils einen schmalen und in einen breiten ungleichen Abschnitt unterteilt, wobei die Stirnflächen 13a,13b als flächige Auflage für die Ankerplatte 4 vorgesehen sind. Der erste Kurzschlussring 11 umfasst hierbei den breiten Abschnitt des ersten Schenkels 9a und der zweite Kurzschlussring 12 den breiten Abschnitt des zweiten Schenkels 9b, wobei jeweils einer der beiden Kurzschlussringe 11,12 einen der beiden Ankerplattenteile 4a,4b, insbesondere dem jeweiligen kurzen L-Schenkel, als Teil der Auflage zugeordnet ist. Die Ankerplatte 4 ist hierbei im Sinne einer großen Anzugs- und Haltekraft ausgelegt. Die Stirnflächen 13a,13b, insbesondere der jeweilige schmale und breite Abschnitt weisen hierbei ein Flächenverhältnis von etwa 40 % : 60 % bzw. 1/3 : 2/3 auf, so dass vorteilhafterweise die Ankerplatte 4 nicht zum "Kleben" neigt.
[0018] Der erste und der zweite Kurzschlussring 11 bzw. 12 sind als geschlossener Metallring ausgebildet, der in die sogenannten Polflächen - hier in die Stirnflächen 13a und 13b des ersten bzw. des zweiten Schenkels 9a bzw. 9b eingelegt - ist. Ein Stromfluss in einem die vorgenannten Bauteile aufweisenden Magnetsystem bedingt ein erstes Magnetfeld. Wird ein durch das erste Magnetfeld in dem Magnetsystem erzeugter magnetischer Fluss im Stromnulldurchgang zu Null, lässt die Haltekraft im Anker nach, so dass dieser dazu neigt, von den Pol- bzw. Stirnflächen 13a,13b abzuheben. In dem jeweiligen Kurzschlussring 11,12 wird durch eine Änderung des magnetischen Flusses eine Spannung induziert, die einen Strom in dem ersten und in dem zweiten Kurzschlussring 11 bzw. 12 zur Folge hat. Hierbei wird ein zweites Magnetfeld erzeugt, das dem ersten Magnetfeld der Spule 10 zeitlich nacheilt, wobei der jeweilige magnetische Fluss in der Spule 10 und in den beiden Kurzschlussringen 11,12 nicht gleichzeitig zu Null wird. Eine verbleibende pulsierende Haltekraft ist größer als eine Kontakt- und Federrückstellkraft und gewährleistet somit einen annähernd "brummfreien" Betrieb des elektromagnetischen Gerätes 2.
[0019] Die Tauchanker-Vorrichtung 1 ist mit einem die Spule 10 tragenden und gegen den Ankerkern 3 isolierenden Spulenkörper 4 versehen, der zwischen dem in diesen einführbaren Ankerkern 3 einerseits und der Spule 10 andererseits angeordnet ist. Von Vorteil ist hierbei eine Anordnung des ersten und des zweiten Kurzschlussringes 11 bzw. 12 an dem ersten bzw. an dem zweiten Schenkel 9a bzw. 9b, so dass der Spulenkörper 14 auf dem Verbindungsschenkel 9c aufliegt und von den beiden Kurzschlussringen 11,12 innerhalb des Jochs 9 fixiert ist.
[0020] Zwischen der Ankerplatte 4 und den Stirnflächen 13a,13b ist ein erster Luftspalt 15 gegeben, der bei Bestromung der Spule 10 aufgrund einer Ankerbewegung gegen Null geht und in einer Endstellung des Ankers quasi zu Null wird; hierbei wird eine definierte Anzugsstellung erreicht, die ein "Brummen" des Magnetsystems verhindert. Ein zweiter Luftspalt 16, der zwischen dem Freiende 17 des Ankerkerns 3 und dem Verbindungsschenkel 9c gegeben ist, geht gleichermaßen bei Bestromung der Spule 10 aufgrund der Ankerbewegung gegen Null, bleibt jedoch in einer Größenordnung von beispielsweise 0,1 bis 0,3 mm erhalten, um ein Öffnen bzw. Rückstellen des Ankers zu ermöglichen. Ein Übergangsbereich zwischen dem Anker einerseits und dem Joch 9 andererseits ist hierbei großflächig im Sinne eines störungsfreien Verlaufes der magnetischen Feldlinien berücksichtigt.
[0021] Sowohl durch das Planieren der Kontaktfläche zwischen der Unterseite der Ankerplatte 4 als auch der als Auflage dienenden Stirnflächen 13a,13b der beiden Schenkel 9a,9b im Sinne einer Kalibrierung, kann einerseits die Ebenheit der Kontaktflächen und andererseits ein minimaler erster Luftspalt gewährleistet werden. Die Einbringung eines Durchzuges im Bereich des Verbindungsschenkels 9c kann als Kalibrierungsmöglichkeit für den zweiten Luftspalt 16 vorgesehen werden. Grundsätzlich dienen zur Kalibrierung die Länge des Ankerkerns 3 und die Planheit der Kontaktfläche.
[0023] Um eine Tauchanker-Vorrichtung 1 für ein elektromagnetisches Gerät 2 anzugeben, mit der eine große Anzugskraft bei einer kleinen Baugröße eines zugehörigen Ankers unter Verwendung einfacher Mittel mit einem geringen Fertigungs- und Montageaufwand erzielt werden soll, ist vorgesehen, dass ein Anker, der ein erstes Ankerelement 5 mit einem ersten Ankerkernteil 3a und mit einem zugehörigen erster Ankerplattenteil 4a aufweist sowie ein zweites Ankerelement 6 mit einem zweiten Ankerkernteil 3b und mit einem zugehörigen zweiten Ankerplattenteil 4b aufweist, gegeben ist, wobei das erste Ankerkernteil 3a mit dem zweiten Ankerkernteil 3b zumindest doppelwandig zu dem Ankerkern 3 und das erste Ankerplattenteil 4a mit dem zweiten Ankerplattenteil 4b einwandig zu der Ankerplatte 4 zusammengesetzt ist.
- mit einem Anker, der einen Ankerkern (3) und eine dazu abgewinkelte Ankerplatte (4) aufweist,
- wobei der Anker ein erstes Ankerelement (5) mit einem ersten Ankerkernteil (3a) mit einem zugehörigen ersten Ankerplattenteil (4a) aufweist sowie ein zweites Ankerelement (6) mit einem zweiten Ankerkernteil (3b) mit einem zugehörigen zweiten Ankerplattenteil (4b) aufweist,
- wobei das erste Ankerkernteil (3a) mit dem zweiten Ankerkernteil (3b) zumindest doppelwandig zu dem Ankerkern (3) und das erste Ankerplattenteil (4a) mit dem zweiten Ankerplattenteil (4b) einwandig zu der Ankerplatte (4) zusammengesetzt ist.
- mit einer jeweils einstückigen Ausgestaltung des ersten Ankerelementes (5) und/oder des zweiten Ankerelementes (6).
- mit einer Ausgestaltung des ersten Ankerelementes (5) und/oder des zweiten Ankerelementes (6) als StanzBiegeteil.
- mit einem von einem kreisförmigen Querschnitt abweichenden, insbesondere annähernd rechteckigen Querschnitt des Ankerkerns (3).
- mit einer zueinander baugleichen Ausgestaltung des ersten Ankerelementes (5) und des zweiten Ankerelementes (6).
- mit einer jeweils symmetrischen Ausgestaltung des ersten Ankerelementes (5) und des zweiten Ankerelementes (6).
- mit einer jeweils unsymmetrischen Ausgestaltung des ersten Ankerelementes (5) und des zweiten Ankerelementes (6).
- mit einer jeweils L-förmigen Ausgestaltung des ersten Ankerplattenteiles (4a) und des zweiten Ankerplattenteiles (4b) .
- mit einer Schweiss-, Stanzpaketier- bzw. Befestigungsmittel-Verbindung des ersten Ankerelementes (5) mit dem zweiten Ankerelement (6).
- mit einem Joch (9) und mit einer zu diesem zuordbaren Spule (10), in die der Anker einführbar ist.
- mit einer U-förmigen Ausgestaltung des Jochs (9) mit einem ersten und einem zweiten Schenkel (9a bzw. 9b) sowie mit einem Verbindungsschenkel (9c), wobei der erste und der zweite Schenkel (9a bzw. 9b) als flächige Auflage für die Ankerplatte (4) vorgesehen sind.
- mit einem ersten Kurzschlussring (11) an dem ersten Schenkel (9a) und mit einem zweiten Kurzschlussring (12) an dem zweiten Schenkel (9b).
- mit einer ungleichen Unterteilung der endseitigen Stirnflächen (13a bzw. 13b) des ersten Schenkels (9a) und des zweiten Schenkels (9b) in jeweils einen schmalen und in einen breiten Abschnitt, wobei die Stirnflächen (13a,13b) als Auflage für die Ankerplatte (4) vorgesehen sind.
- mit einer Anordnung des ersten Kurzschlussringes (11) an dem ersten Schenkel (9a) und des zweiten Kurzschlussringes (12) an dem zweiten Schenkel (9b), wobei jeweils einer der beiden Kurzschlussringe (9a,9b) einem der beiden Ankerplattenteile (4a,4b) als Teil der Auflage zugeordnet ist.
- mit einer Umfassung des ersten Kurzschlussringes (11) an dem breiten Abschnitt des ersten Schenkels (9a) und des zweiten Kurzschlussringes (12) an dem breiten Abschnitt des zweiten Schenkels (9b).
- mit einem die Spule (10) tragenden und gegen den Ankerkern (3) isolierenden Spulenkörper (14), der zwischen dem in diesen einführbaren Ankerkern (3) einerseits und der Spule (10) andererseits angeordnet ist.
- mit einer Anordnung des ersten und des zweiten Kurzschlussringes (11 bzw. 12) an dem ersten bzw. an dem zweiten Schenkel (9a bzw. 9b), so dass der Spulenkörper (14) auf dem Verbindungsschenkel (9c) aufliegt und von den beiden Kurzschlussringen (11,12) innerhalb des Jochs (9) fixiert ist.
- mit einer kraft- und/oder formschlüssigen Anordnung eines Stößels (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Ankerelement (5 bzw. 6), insbesondere zwischen dem ersten Ankerkernteil (3a) und dem zweiten Ankerkernteil (3b).
- mit einer pyramidenstumpfähnlichen, konus- bzw. kegelförmigen Ausbildung des Stößels (8).
- mit einer zu der Ausbildung des Stößels (8) korrespondierenden Ausnehmung des ersten Ankerkernteiles (3a) und des zweiten Ankerkernteiles (3b), insbesondere jeweils als hälftiges Stößelnegativ.
- mit einer Verwendung in einem Schaltgerät, insbesondere Stromstossschaltgerät oder Schutzschaltgerät bzw. in einem elektromagnetischen Auslösegerät.