Ein derartiger magnetischer Linearantrieb ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 830 699 B1 bekannt.

Die bekannte Anordnung weist eine Spule auf, welche von einem Strom durchfließbar ist. Unter Nutzung der Kraftwirkungen auf permeable Grenzflächen wird durch das von der Spule ausgehen- de magnetische Feld eine Antriebsstange bewegt. Die Antriebs- stange taucht dabei in das Innere der Spule ein.

Je nach Eintauchtiefe der Antriebsstange in die Spule verän- dert sich die Kraftwirkung auf das bewegbare Teil. Der Hub eines derartigen Linearantriebes ist begrenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Linearantrieb der eingangs genannten Art so aus- zubilden, dass bei einem großen Hub des bewegbaren Teiles ei- ne einfache Steuerung des Bewegungsablaufes ermöglicht ist.

Weiterhin ist ein geeignetes Verfahren zum Betrieb eines der- artigen magnetischen Linearantriebes anzugeben.

Die Aufgabe wird bei einem magnetischen Linearantrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem ersten bewegbaren Teil und einem längs der Achse

bewegbaren zweiten bewegbaren Teil eine zweite Kraftwirkung zur Bewegung des zweiten bewegbaren Teils erzeugbar ist.

Durch das Vorsehen zweier Bewegungen zweier voneinander unab- hängig bewegbarer Teile ist eine vereinfachte Steuerung eines Bewegungsablaufes ermöglicht. Durch ein Beschleunigen oder gezieltes Abbremsen jeweils eines der bewegbaren Teile oder einer entsprechenden Überlagerung der Bewegungen der beiden bewegbaren Teile lassen sich eine Vielzahl von Bewegungspro- filen erstellen. Weiterhin ist es auch möglich, lediglich nur eines der bewegbaren Teile anzutreiben, so dass nur ein be- grenzter Hub durch den magnetischen Linearantrieb erzeugbar ist. Weiterhin kann durch die Aufteilung in Teilhübe eines ersten bewegbaren Teiles und eines zweiten bewegbaren Teiles ein besserer Kraftverlauf während der Gesamtbewegung erzeugt werden. Die Kräfte, welche zwischen dem ersten bewegbaren Teil und dem zweiten bewegbaren Teil sowie zwischen der Basis und dem ersten bewegbaren Teil zu erzeugen sind, können je- weils unabhängig voneinander erzeugt werden. Der Gesamtkraft- bedarf für eine Bewegung kann so auf mehrere Elemente ver- teilt werden. So kann jede Kraftwirkung für sich nach Betrag und zeitlichem Verlauf optimiert werden, ohne dabei unmittel- bar die andere Kraftwirkung zu beeinflussen. In Summe ergän- zen sich die beiden Kraftwirkungen zu einer resultierenden Kraftwirkung. Ein derartiger magnetischer Linearantrieb ist als Antrieb für einen Schalter der Mittel-oder Hochspan- nungstechnik, insbesondere für einen Leistungsschalter, ein- setzbar.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die erste Kraftwirkung eine magnetische Kraftwirkung ist. Weiterhin kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die zweite Kraft- wirkung eine magnetische Kraftwirkung ist.

Magnetische Kraftwirkungen sind beispielsweise mit einer Kom- bination von stromdurchflossenen Spulen, Permanentmagneten und hochpermeablen Material erzeugbar. Magnetische Kraftwir- kungen lassen sich leicht an die technischen Erfordernisse anpassen. Zur Übertragung der Kräfte sind dabei robuste me- chanische Konstruktionen wählbar, welche nur einem geringen mechanischen Verschleiß unterliegen.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das zweite bewegbare Teil an dem ersten bewegbaren Teil gelagert ist.

Eine Lagerung des zweiten bewegbaren Teiles an dem ersten be- wegbaren Teil ermöglicht in einfacher Weise die Bewegungen der bewegbaren Teile miteinander zu koppeln. Das zweite be- wegbare Teil kann sich an dem ersten bewegbaren Teil abstoßen und so in einfacher Weise entweder gleichzeitig mit dem ers- ten Teil oder zeitlich nach oder vor einer Bewegung des ers- ten Teiles bewegt werden. Gegenüber bekannten Konstruktionen ist bei einem vergrößerten Hub eine ausreichend große Kraft- wirkung über die gesamte Wegstrecke der Gesamtbewegung er- zeugbar.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein erster und ein zweiter Permanentmagnet derartig zueinander ausge- richtet sind, dass in einer Endlage des magnetischen Linear- antriebes die magnetischen Flüsse des ersten Permanentmagne- ten und des zweiten Permanentmagneten sich innerhalb eines hochpermeablen mehrteiligen Kernkörpers entlang eines gemein- samen Weges schließen.

Durch die Nutzung von Permanentmagneten zur Lagesicherung sind mechanische Verklinkungen des magnetischen Linearantrie-

bes nicht notwendig. Vereinigen sich die von dem Permanent- magneten ausgehenden Feldlinien längs eines gemeinsamen We- ges, so wird die von einem der Permanentmagneten ausgehende Haltekraft verstärkt. Gegenüber einem einzelnen, eine erhöhte Magnetkraft aufbringenden Permanentmagneten weisen mehrere magnetisch gekoppelte Permanentmagnete den Vorteil auf, dass sie entlang eines bevorzugten Weges verteilt angeordnet sein können. Dadurch ist es möglich, den geschlossenen Weg inner- halb eines hochpermeablen Kernkörpers gezielt zu beeinflussen und die Wegführung des magnetischen Flusses feiner festzule- gen.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass Erre- gerwicklungen winkelsteif zu dem ersten bewegbaren Teil ange- ordnet sind.

Die winkelsteife Anordnung von Erregerwicklungen an dem ers- ten bewegbaren Teil ermöglicht eine Konzentration der elekt- risch anzusteuernden Erregerwicklungen an einem einzigen Teil. Dadurch ist es möglich, dass die Basis und das zweite bewegbare Teil keine elektrisch anzusteuernden Erregerwick- lungen aufweisen müssen. Somit wird die Konstruktion eines derartigen magnetischen Linearantriebs vereinfacht.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der zweite bewegbare Teil ein Tauchanker ist.

Für bestimmte Anwendungsfälle eines magnetischen Linearan- triebes, beispielsweise zum Antrieb von Kontaktstücken eines Mittel-oder Hochspannungsleistungsschalters kann es bei- spielsweise vorgesehen sein, dass die von dem ersten bewegba- ren Teil bewirkte Bewegung der Bewegung der Kontaktstücke dient und die Bewegung des zweiten bewegbaren Teiles der

Komprimierung eines Anpresselementes dient, welches eine An- presskraft auf die Kontaktstücke des Leistungsschalters be- wirkt. Die zum Erzeugen der Anpresskraft notwendige Energie kann mittels eines einfachen Tauchankers erzeugt werden. Der Tauchanker ist äußerst robust und nahezu frei von mechani- schem Verschleiß.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass jedem der bewegbaren Teile eine Erregerwicklung zugeordnet ist.

Durch die Zuordnung von Erregerwicklungen zu jedem der beweg- baren Teile ist die Steuerung eines Bewegungsablaufes in ein- facher Weise ermöglicht. Durch die Dimensionierung der Erre- gerwicklung, beispielsweise durch eine Veränderung der Anzahl von Windungen ist jedes der bewegbaren Teile in seinem Kraft- bzw. Bewegungsverlauf leicht steuerbar. So können die zwi- schen dem ersten bewegten Teil und der Basis sowie zwischen dem ersten bewegten Teil und dem zweiten bewegten Teil er- zeugbaren Kraftwirkungen in einfacher Weise eingestellt bzw. verändert werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines magnetischen Linearantriebes anzugeben, welcher zumindest teilweise die vorstehend aufgeführten Merkmale auf- weist.

Ein erstes Verfahren sieht vor, dass während einer Bewegung zumindest eines der bewegbaren Teile eine Auftrennung eines gemeinsam von einem ersten Permanentmagneten und einem zwei- ten Permanentmagneten gespeisten magnetischen Kreises inner- halb eines hochpermeablen mehrteiligen Körpers in getrennt gespeiste magnetische Kreise erfolgt.

Die gemeinsame Speisung eines magnetischen Kreises von einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten ermöglicht es, zum einen eine sehr große Haltekraft durch die magnetische Kopp- lung zweier Permanentmagnete zu erzeugen. Zum anderen können nach einer Auftrennung die Permanentmagnete jeweils für sich zum Erzeugen von unabhängig voneinander wirkenden Haltekräf- ten eingesetzt werden. So kann es je nach Stellung des magne- tischen Linearantriebs auftreten, dass in einer bestimmten Position erhöhte Haltekräfte zu erzeugen sind und in einer anderen Position geringere Haltekräfte benötigt werden.

Ein weiteres Verfahren gibt an, dass mittels einer Steuervor- richtung unter Nutzung zumindest einer der Erregerwicklungen die zeitliche Abfolge der Bewegungen des ersten und des zwei- ten bewegbaren Teiles beeinflusst wird.

Durch eine Erregerwicklung, welche gezielt angesteuert wird, ist es möglich, die innerhalb des magnetischen Linearantriebs auftretenden Kräfte gezielt zu verstärken oder gezielt zu schwächen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die zum Antrieb der bewegbaren Teile vorgesehenen Erregerwicklungen ohne ei- nen mechanischen Eingriff in das System in ihren Kraftwirkun- gen anzupassen. So können durch die mittels der Steuervor- richtung angesteuerte Erregerwicklung zusätzliche Beschleuni- gungskräfte oder eine Bremswirkung erzeugt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein und dieselbe Erregerwicklung wäh- rend eines Bewegungsablaufes dem Antrieb eines bewegbaren Teiles dient und während eines anderen Bewegungsablaufes durch eine Steuervorrichtung angesteuert wird, um ein brem- sendes oder beschleunigendes Magnetfeld zu erzeugen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigen die Figuren 1 bis 3 eine Bewegungsabfolge eines magnetischen Linearantriebes von einer Aus-Stellung in eine Ein-Stellung und die Figuren 4 bis 6 die Überführung des magnetischen Linear- antriebes von einer Ein-Stellung in eine Aus-Stellung.

Zunächst wird anhand der Figur 1 der konstruktive Aufbau ei- nes magnetischen Linearantriebes 1 beschrieben werden. Der magnetische Linearantrieb 1 weist eine Basis 2 auf. Die Basis 2 ist Teil eines hochpermeablen mehrteiligen Kernkörpers und ortsfest an Führungsstangen 3a, 3b angeordnet. Die Führung- stangen 3a, 3b sind auf einer Grundplatte 4 abgestützt. Die Führungsstangen 3a, 3b erstrecken sich parallel zu einer Achse 5. Der magnetische Linearantrieb 1 ist im Wesentlichen koaxi- al zu der Achse 5 aufgebaut, kann aber auch spiegelsymmet- risch in einer Ebene ausgebildet sein. Ein erstes bewegbares Teil 6 ist auf den Führungsstangen 3a, 3b entlang der Achse 5 längenverschiebbar angeordnet. Das erste bewegbare Teil 6 ist ebenfalls Teil des hochpermeablen Kernkörpers. Das erste be- wegbare Teil (fett umrandet) 6 weist eine Ausnehmung auf, in welche die Basis 2 eingreift, so dass die Längenverschiebbar- keit des ersten bewegbaren Teiles 6 entlang der Führungsstan- gen 3a, 3b begrenzt ist. Das bewegbare Teil 6 weist eine erste Erregerwicklung 7, eine zweite Erregerwicklung 8 sowie eine dritte Erregerwicklung 9 auf. Die Erregerwicklungen 7,8, 9

umgreifen jeweils mit ihrer Vielzahl von Windungen die Achse 5. Im Idealfall sind die Erregerwicklungen 7,8, 9 koaxial zur Achse 5 angeordnet. Zwischen der ersten Erregerwicklung 7 und der zweiten Erregerwicklung 8 ist ein erster Permanent- magnet 10 angeordnet. Zwischen der zweiten Erregerwicklung 8 und der dritten Erregerwicklung 9 ist ein zweiter Permanent- magnet 11 angeordnet. Der erste Permanentmagnet 10 sowie der zweite Permanentmagnet 11 können dabei in unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltungen vorliegen. Beispielsweise kön- nen sie sich jeweils ringförmig um die Achse 5 erstrecken oder aus einer Vielzahl von Teilmagneten gebildet sein, wel- che in ihrer gemeinsamen Wirkung jeweils einen ersten und ei- nen zweiten Permanentmagneten ergeben. Sowohl der erste Per- manentmagnet 10 als auch der zweite Permanentmagnet 11 sind dabei derart magnetisiert und angeordnet, dass die Magnet- sierungsrichtungen der Permanentmagnete 10,11 radial zu der Achse 5 verlaufen. Das bewegbare Teil 6 weist im Bereich der zweiten Erregerwicklung 8 und der dritten Erregerwicklung 9 eine Ausnehmung auf, welche die zweite Erregerwicklung 8 und die dritte Erregerwicklung 9 durchsetzt. In der Ausnehmung ist ein Tauchanker 12 bewegbar gelagert. Der Tauchanker 12 stellt ein zweites bewegbares Teil dar. Der Tauchanker 12 ist winkelstarr mit einer Antriebsstange 13 verbunden, welche entlang der Achse 5 verschiebbar an dem ersten bewegbaren Teil 6 gelagert ist. Die Antriebsstange 13 ist an ein beweg- bares Kontaktstück 14 einer elektrischen Kontaktanordnung an- gekoppelt. Eine derartige Kontaktanordnung ist beispielsweise ein Mittel-oder Hochspannungsleistungsschalter. Die Ankoppe- lung der Antriebsstange 13 an das bewegbare Kontaktstück 14 erfolgt unter Zwischenschaltung eines Kompressionselementes 15. Zur Dämpfung einer Ausschaltbewegung und zur Unterstüt- zung einer Einschaltbewegung ist zwischen der Grundplatte 4 und dem ersten bewegbaren Teil 6 eine Anordnung mit mehreren

Kompressionsfedern 16a, b vorgesehen. Die Kompressionsfedern 16a, b sind fakultative Elemente.

Im Folgenden wird anhand der Figuren 1, 2 und 3 ein Ein- schaltvorgang des magnetischen Linearantriebes 1 exemplarisch beschrieben. In der Aus-Stellung des magnetischen Linearan- triebes 1 bilden die von dem ersten Permanentmagneten 10 und dem zweiten Permanentmagneten 11 ausgehenden magnetischen Feldlinien einen gemeinsamen magnetischen Kreis (siehe Figur 6). Der gemeinsame magnetische Kreis verläuft dabei durch ei- nen mehrteiligen Kernkörper, welcher sowohl Teile der Basis 2, Teile des ersten bewegbaren Teiles 6 sowie Teile des Tauchankers 12 umfasst. Die Abschnitte, in welchen ein Mag- netfluss zu führen ist, sind jeweils aus hochpermeablen Mate- rial gebildet. Durch die Koppelung der Magnetfelder des ers- ten Permanentmagneten 10 und des zweiten Permanentmagneten 11 ist eine vergrößerte Haltekraft des ersten bewegbaren Teiles 6 an der Basis 2 sowie des Tauchankers 12 an dem ersten be- wegbaren Teil 6 gegeben. Um eine erste Kraftwirkung zwischen der Basis 2 und dem ersten bewegbaren Teil 6 zu erzeugen, ist die erste Erregerwicklung 7 mit einem Gleichstrom in einer ersten Richtung zu bestromen (Figur 1). Die erste Richtung des Gleichstromes muss dabei derart gewählt werden, dass der von dem ersten Permanentmagneten 10 ausgehende magnetische Fluss verstärkt wird. Das heißt, der bisher gemeinsam von dem ersten Permanentmagneten 10 und dem zweiten Permanentmagneten 11 gespeiste magnetische Kreis wird in ein Ungleichgewicht gebracht, wodurch zwischen dem ersten bewegbaren Teil 6 und der Basis 2 eine Kraftwirkung erzeugt wird. Im Zuge dieser Kraftwirkung wird ein zwischen der Basis 2 und dem ersten be- wegbaren Teil 6 vorhandener Spalt 17 geschlossen. Gleichzei- tig wird ein weiterer Spalt 18 geöffnet (vgl. Figur 1 nach Figur 2). Durch die Herstellung des weiteren Spaltes 18 wird

der gemeinsam gespeiste magnetische Kreis innerhalb des mehr- teiligen hochpermeablen Kernkörpers aufgetrennt und jeder der Permanentmagneten 10,11 speist einen separaten magnetischen Kreis innerhalb eines hochpermeablen Kernkörpers (siehe Figur 2). Um eine Bewegung des Tauchankers 12 zu bewirken, ist die dritte Erregerwicklung 9 ebenfalls in einer ersten Richtung zu bestromen. Dadurch wird aufgrund der Kraftwirkung auf hochpermeable Grenzflächen eine Bewegung des Tauchankers 12 erzeugt und eine magnetische Lücke 19 geschlossen (vgl. Figur 2 nach Figur 3). Durch den Hub des Tauchankers 12 wird das bewegbare Kontaktstück 14 in seine Ein-Stellung geschoben.

Weiterhin wird das Kompressionselement 15 komprimiert und aufgrund der Kraftwirkung des Kompressionselementes 15 wird das bewegbare Kontaktstück 14 mit der erforderlichen Anpress- kraft gegen ein Gegenkontaktstück gepresst. In der Ein- Stellung (Figur 3) bewirkt der erste Permanentmagnet 10 eine Haltekraft des ersten bewegbaren Teiles 6 gegenüber der Basis 2. Der zweite Permanentmagnet 11 bewirkt eine Haltekraft des Tauchankers 12 gegenüber dem ersten bewegbaren Teil 6.

Anhand der Figuren 4,5 und 6 wird im Folgenden eine Überfüh- rung des magnetischen Linearantriebes 1 von einer Ein- Stellung in eine Aus-Stellung beschrieben. Zum Erzeugen einer Ausschaltbewegung ist die zweite Erregerwicklung 8 in einer zweiten Richtung mit einem Gleichstrom zu bestromen. Der Gleichstrom muss dabei derartig gerichtet sein, dass die von den beiden Permanentmagneten ausgehenden magnetischen Flüsse verstärkt werden und so die Herstellung eines gemeinsamen Magnetkreises des ersten Permanentmagneten 10 und des zweiten Permanentmagneten 11 unterstützt und gefördert wird. Durch die magnetische Kraftwirkung zwischen dem bewegbaren Teil 6 und der Basis 2 wird eine Verringerung des weiteren Spaltes 18 bewirkt. Weiterhin wird die nunmehr im Bereich der zweiten

Erregerwicklung 8 liegende magnetische Lücke 19 ebenfalls ge- schlossen. Zum Erzeugen einer Ausschaltbewegung ist lediglich ein Bestromen der zweiten Erregerwicklung 8 nötig. Die Bewe- gung des Tauchankers 12 und des ersten bewegbaren Teiles 6 erfolgt dann nahezu zeitgleich. Um den Bewegungsablauf der Bewegung des ersten bewegbaren Teiles 6 und des Tauchankers 12 zu koordinieren, kann es fakultativ vorgesehen sein, dass mittels einer Steuervorrichtung die dritte Erregerspule 9 ebenfalls in einer zweiten Richtung bestromt wird. Dadurch wird die Kraftwirkung auf den Tauchanker 12 verstärkt, da ein zu dem zweiten Permanentmagneten 11 entgegengesetzt gerichte- tes Magnetfeld das Magnetfeld des Permanentmagneten 11 schwächt und so die Haltekräfte des Tauchankers 12 an dem ersten bewegbaren Teil 6 vermindert werden. Dadurch wird eine Bewegung des Tauchankers 12 vor einer Bewegung des ersten be- wegbaren Teiles 6 erzwungen (vgl. Figur 4 nach Figur 5).

Nachdem auch der erste bewegbare Teil aufgrund der Bestromung der zweiten Erregerwicklung 8 in seine Aus-Stellung bewegt wurde, ergänzen sich die von dem ersten Permanentmagneten 10 und dem zweiten Permanentmagneten 11 ausgehenden magnetischen Feldlinien zu einem gemeinsamen magnetischen Kreis, welcher in hochpermeablem Material eines von dem Tauchanker 12, den ersten bewegbaren Teil 6 sowie der Basis 2 gebildet ist.

Durch den gemeinsamen magnetischen Kreis ist das erste beweg- bare Teil 6 an der Basis 2 festgehalten und der Tauchanker 12 ist an dem ersten bewegbaren Teil 6 festgehalten.