Beschreibung Elektromagnetisches Schaltgerät Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere ein Schütz oder einen Leistungs- schalter, mit einem Gehäuse, einer Antriebsspule, einem Joch, einem Anker und mindestens einem Kontakt, - wobei die Antriebsspule, das Joch, der Anker und der min- destens eine Kontakt im Gehäuse gelagert sind, - wobei die Antriebsspule, das Joch und der Anker induktiv miteinander gekoppelt sind, so dass durch Beaufschlagen der Antriebsspule mit einem Anzugsstrom der Anker in eine An- zugsstellung auslenkbar ist, - wobei durch das Auslenken des Ankers in die Anzugsstellung direkt oder indirekt der Kontakt betätigbar ist.

Derartige elektromagnetische Schaltgeräte sind allgemein be- kannt. Insbesondere ist jedes Schütz und ist jeder Leistungs- schalter auf diese Weise aufgebaut.

Elektromagnetische Schaltgeräte wie Leistungsschalter und Schütze enthalten Magnetantriebe, die aus einer Spule, einem Joch und einem Anker bestehen. Joch und Anker bestehen dabei aus magnetisierbarem Material, z. B. aus Eisenblechen. Wird die Spule mit einem Anzugsstrom beaufschlagt, so wird im Joch ein Magnetfluss erzeugt, der auf den Anker eine Kraft ausübt und diesen anzieht. Der Anker wird somit in eine Anzugsstel- lung ausgelenkt.

Bei einem Schütz werden durch das Auslenken des Ankers mit dem Anker verbundene Schaltkontakte bewegt und damit elektri- sche Hauptkontakte des Schaltgeräts geschlossen. Nach dem Be- enden des Beaufschlagens der Antriebsspule mit dem Anzugs- strom wird der Anker durch Rückstellfedern in eine Ausgangs- lage zurück bewegt und die Kontakte dadurch geöffnet.

Bei Leistungsschaltern kommen Magnetauslöser zum Einsatz, bei denen die Antriebsspule von einem zu überwachenden Strom durchflossen wird. Übersteigt dieser Strom einen vorbestimm- ten Wert (das heißt den Anzugsstrom) wird der Anker ausge- lenkt und dadurch ein Schaltschloss betätigt, das wiederum das Öffnen des Kontakts bewirkt.

Im Stand der Technik bestehen das Joch und der Anker aus Ei- senblechpaketen, die aus einzelnen Blechen hergestellt sind, die-beispielsweise durch Niete-miteinander verbunden sind. Die Herstellung aus einzelnen, gegeneinander isolierten Blechen ist dabei insbesondere zur Vermeidung von Wirbelströ- men und damit verbundenen Wirbelstromverlusten erforderlich.

Im Stand der Technik ist insbesondere nachteilig, dass in Folge der Blechung nur begrenzte Formfreiheiten möglich sind und dass die Bleche nur mit entsprechenden Befestigungsele- menten mit dem Gehäuse und Betätigungselementen verbunden werden können. Auch muss die Spule durch einen separaten Spu- lenträger mit dem Gehäuse bzw. dem Joch verbunden werden.

Ferner tritt im Stand der Technik durch das Aufeinanderpral- len von Joch und Anker eine Lebensdauerbegrenzung des Magnet- systems auf.

Wünschenswert wäre, dass das Joch und der Anker beliebige dreidimensionale Strukturen aufweisen können, was eine opti- male Gestaltung des Magnetkreises ermöglichen würde. Das Joch, die Antriebsspule und das Gehäuse sollten ferner ein- fach und auf kostengünstige Weise, insbesondere ohne zusätz- liche Befestigungselemente, miteinander verbindbar sein. Fer- ner sollte eine gute thermische Kopplung vorhanden sein, um entstehende Verlustwärme ableiten und sogenannte Hot-Spots vermeiden zu können. Ferner sollte die Lebensdauer des Mag- netsystems ebenso hoch wie die mechanische Lebensdauer des Schaltgeräts sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektromagnetisches Schaltgerät zu schaffen, das diese Vor- teile in sich vereint.

Die prinzipielle Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, dass das Joch und/oder der Anker pulvermagnetisches Material enthält bzw. enthalten. Denn dadurch wird zumindest erreicht, dass Wirbelströme auf nahezu Null reduziert werden können und beliebige Gestaltungen von Joch und Anker möglich sind.

Das Joch ist mit der Antriebsspule und/oder dem Gehäuse vor- zugsweise mittels einer-gegebenenfalls einheitlichen-Ver- gussmasse vergossen. Denn dadurch ist eine einfache, stabile, dauerhafte und insbesondere kostengünstige Verbindung des Jochs mit der Antriebsspule und/oder dem Gehäuse möglich. Die Vergussmasse ist dabei vorzugsweise dauerelastisch.

Das pulvermagnetische Material kann beispielsweise ein Sin- termaterial sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das pulvermagnetische Material mit einer Kunststoffmasse, z. B.

Epoxidharz, vermischt ist.

Wenn das pulvermagnetische Material einen Weicheisenkern, ein hochpermeables Material und/oder einen Dauermagneten umgibt, ist auf einfache Weise eine gezielte Flussführung und/oder ein bistabiles Schaltverhalten erzielbar.

Wenn im Gehäuse ein Sensor angeordnet ist, der über ein pul- vermagnetisches Material enthaltendes Koppelelement induktiv an einen mit dem Kontakt verbundenen Leiter angekoppelt ist, ist auf einfache Weise ein für den tatsächlichen Stromfluss durch den Leiter repräsentatives Sensorsignal ermittelbar.

Der Sensor kann dabei alternativ als Magnetfeldsensor oder als Flussänderungssensor ausgebildet sein.

Wenn der Sensor und das Koppelelement miteinander vergossen sind, ist die Verbindung des Sensors mit dem Koppelelement besonders dauerhaft und stabil.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin- dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung FIG 1 schematisch ein elektromagnetisches Schaltge- rät, FIG 2 bis 5 Schritte beim Herstellen des elektromagneti- schen Schaltgeräts von FIG 1 und FIG 6 ein Detail eines elektromagnetischen Schaltge- räts.

Gemäß FIG 1 weist ein Schütz als Beispiel eines elektromagne- tischen Schaltgeräts eine Antriebsspule 1 auf. Die Antriebs- spule 1 ist mit einem Joch 2 und einem Anker 3 induktiv ge- koppelt. Wenn die Antriebsspule 1 mit einem Anzugsstrom I be- aufschlagt wird, wird der Anker 3, wie in FIG 1 durch einen Pfeil A angedeutet, in eine Anzugsstellung ausgelenkt. Da- durch wird unter anderem ein Kontakt 4 betätigt, und zwar ge- schlossen. Es wird also eine elektrische Verbindung zwischen mit dem Kontakt 4 verbundenen Leitern 5 hergestellt.

Die Antriebsspule 1, das Joch 2, der Anker 3 und der Kontakt 4 sowie die Leiter 5 sind in einem Gehäuseunterteil 6 gela- gert. Das Gehäuseunterteil 6 ist mit einem Gehäuseoberteil 7 über in FIG 1 nur schematisch dargestellte Befestigungsele- mente 8 lösbar verbunden. Das Gehäuseunterteil 6 und das Ge- häuseoberteil 7 bilden zusammen ein Gehäuse 6+7 des elektro- magnetischen Schaltgeräts.

Der obenstehend für ein Schütz beschriebene Aufbau gilt prin- zipiell auch für eine Ausbildung des Schaltgeräts als Leis- tungsschalter. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass bei einem Leistungsschalter die Antriebsspule 1 von einem zu

überwachenden Strom durchflossen wird und durch das Auslenken des Ankers 3 nicht direkt ein Kontakt 4 geschlossen wird, sondern indirekt durch Betätigen eines Schaltschlosses geöff- net wird. In diesem Fall wird also die elektrische Verbindung zwischen den Leitern 5 durch das Auslenken des Ankers 3 un- terbrochen.

Der Aufbau des elektromagnetischen Schaltgeräts von FIG 1 wird nunmehr nachstehend in Verbindung mit der Abfolge der FIG 2 bis 5 näher erläutert.

Zuerst wird vorab-siehe FIG 2-das Joch 2 gefertigt. Es besteht aus pulvermagnetischem Material 9 bzw. enthält sol- ches Material 9. Das pulvermagnetische Material 9 kann z. B.

Sintermaterial sein. Das pulvermagnetische Material 9 kann aber auch ein metallisches Pulver sein, das mit einer Kunst- stoffmasse, z. B. Epoxidharz, vermischt ist. Das Joch 2 kann, wie in FIG 2 dargestellt, weitere Elemente 10,11 enthalten.

Beispielsweise kann das Joch 2 einen Dauermagneten 10 enthal- ten. Damit ist beispielsweise ein bistabiles Schaltverhalten des Schaltgeräts erreichbar. Das Joch 2 kann aber auch einen Weicheisenkern 11 oder ein anderes hochpermeables Material enthalten. In diesem Fall ergibt sich eine gezielte Flussfüh- rung des Magnetfeldes im Joch 2. Die Elemente 10,11 sind von dem pulvermagnetischen Material 9 mindestens zweiseitig, vor- zugsweise mindestens vierseitig, eventuell sogar allseitig, umgeben.

Nach dem Fertigen des Joches 2 wird-siehe FIG 3-die An- triebsspule 1 lose auf das Joch 2 aufgebracht. Die Antriebs- spule 1 und das Joch 2 werden dann-siehe FIG 4-mittels einer dauerelastischen Vergussmasse 12 miteinander vergossen.

Der Block aus Vergussmasse 12 wird schließlich-siehe FIG 5 - mit einem harten Gussmaterial 13 vergossen. Das harte Guss- material 13 bildet dabei zumindest einen Teil des Gehäuseun- terteils 6.

Durch das Vergießen mit dem harten Gussmaterial 13 entsteht zugleich eine innige Verbindung zwischen dem Gehäuseunterteil 6, dem Joch 2 und der Antriebsspule 1 über die dauerelasti- sche Vergussmasse 12. Die Antriebsspule 1, das Joch 2 und das Gehäuseunterteil 6 sind somit mittels der Vergussmasse 12 einheitlich miteinander vergossen.

Wie aus FIG 5 ersichtlich ist, sind auf seiten des Gehäuseun- terteils 6 die Befestigungselemente 8 zum Verbinden des Ge- häuseunterteils 6 mit dem Gehäuseoberteil 7 im Gussmaterial 13 angeordnet. Im Gussmaterial 13 sind auch weitere Befesti- gungselemente 14 angeordnet. Mittels dieser Befestigungsele- mente 14 ist das Gehäuseunterteil 6 mit einer in FIG 5 nur schematisch angedeuteten Befestigungsfläche 15 verbindbar.

Obenstehend wurde die Herstellung des Jochs 2 unter Verwen- dung des pulvermagnetischen Materials 9 und des Gehäuseunter- teils 6 aus dem harten Gussmaterial 13 beschrieben. Die obi- gen Ausführungen zum Joch 2 und zum Gehäuseunterteil 6 sind in völlig analoger Weise aber auch auf die Herstellung des Ankers 3 und des Gehäuseoberteils 7 anwendbar.

FIG 6 zeigt nun eine Ergänzung des Schaltgeräts der FIG 1 bis 5. Gemäß FIG 6 ist im Gehäuse 6+7 ein Sensor 16 angeordnet.

Der Sensor 16 ist über ein Koppelelement 17 induktiv an einen der Leiter 5 angekoppelt. Analog zu Joch 2 und Anker 3 ent- hält das Koppelelement 17 pulvermagnetisches Material 9 bzw. besteht vorzugsweise sogar aus solchem Material. Mittels des Sensors 16 ist somit direkt ein Sensorsignal erfassbar, das für den Stromfluss durch den Leiter 5 repräsentativ ist.

Der Sensor 15 kann, wie in FIG 6 angedeutet, beispielsweise als Spule 16 ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Sensor 16 ein Flussänderungssensor. Er ist daher nur bei Wechsel- spannungen oder zum Erkennen eines Schaltvorgangs als solchem einsetzbar. Der Sensor 16 kann aber auch als Magnetfeldsen- sor, z. B. als Hallsensor, ausgebildet sein. In diesem Fall

ist mittels des Sensors 16 das Magnetfeld als solches und da- mit der Stromfluss im Leiter 5 erfassbar.

Analog zum Vergießen des Jochs 2 mit der Antriebsspule 1 ist vorzugsweise, wie in FIG 6 schematisch angedeutet, auch der Sensor 16 mit dem Koppelelement 17 vergossen.

Mittels des erfindungsgemäßen Schaltgeräts sind somit auf einfache Weise völlig neuartige Strukturen für das Joch 2 und den Anker 3, ja sogar für das gesamte elektromagnetische Schaltgerät, realisierbar.