Die elektrische und magnetische Dimensionierung von elektromagnetischen Schalt- schützen wird in der Regel so ausgelegt, dass im Magnetanker-Haltezustand eine geringe elektrische Leistung aufzubringen ist (beispielsweise DE 195 26 038 A1).

Dies ist schon deshalb angezeigt, weil sich Geräte dieser Art für die längere Zeit des Betriebs im Haltezustand befinden. Der Energieverbrauch im Haltezustand hat den Nachteil, dass sich das Gerät erwärmt. Typischerweise rechnet man mit Verlustleis- tungen im Haltezustand von einigen Watt. Bei Vakuumschaltgeräten müssen deut- lich höhere Leistungen vorgehalten werden. In Anbetracht der Tatsache, dass Schütze oder Schalter in größerer Zahl in einem Schaltschrank zusammengefasst werden, entsteht die Notwendigkeit, aktive Maßnahmen zur Wärmeableitung vorzu- nehmen.

Der Einsatz von Elektronik hat noch keine befriedigende Verbesserung gebracht. So bestehen bekannte Elektronik-Lösungen für Elektromagnetanordnungen darin, den Leistungsbedarf durch Impulsbreitenmodulation zu steuern. Diese Technik führt dazu, dass mit Verringerung der Leistung immer schmaler werdende Impulse in der Schaltung erzeugt werden müssen. Mit der Verschmälerung der Impulse treten zu- nehmend Oberschwingungen auf, die Probleme bei der elektromagnetischen Ab- schirmung und Verträglichkeit aufwerfen.

Eine Magnetanordnung mit Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsfolgen zur Regelung der Leistung ist beispielsweise in der DE 39 10 810 A1 oder in der DE 195 26 038 A1 dargestellt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Elektromagnetanordnung anzugeben, bei der die Verlustleistung im Haltebetrieb möglichst reduziert ist.

Die Lösung wird in den Merkmalen des Hauptanspruchs wiedergegeben. Weiterge- hende Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu finden.

Die Magnetanordnung geht von folgendem Aufbau aus : ein aus einem, vorzugsweise U-förmigem Magnetjoch und einem Magnetanker ge- bildeten Hauptmagnetkreis, einem in Wirkverbindung mit dem Magnetanker stehenden Kontaktapparat des Schalters, und einen mit einer Rückstelleinrichtung beaufschlagten, vorzugsweise federbelasteten Magnetanker, mindestens einem im Hauptmagnetkreis angeordneten Permanentmagneten für die Erzeugung der Haltekraft für den Magnetanker und mindestens eine an mindestens einem Polschenkel, also am Magnetjoch angeord- nete Erregerwicklung für die Erzeugung der Anzugskraft für den vom Magnetjoch getrennten Magnetanker. Die Elektromagnetanordnung wird elektronisch von einer zugehörigen Schaltungsanordnung angesteuert.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass parallel zum Hauptmagnetkreis ein Ne- benschlusskreis ausgebildet ist, welcher ebenfalls über den Magnetanker schließbar ist und der Nebenschlusskreis aus den beiden Polschenkeln und einem zweiten polflächenabgewandt am Magnetjoch angeordneten Jochbogen besteht, der von einem Remanenzluftspalt unterbrochen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen liegen in folgendem : Die Magnetanordnung (das Magnetjoch, der zweite Jochbogen und der Perma- nentmagnet) ist magnetisch so dimensioniert, dass die Halteleistung-für den Zu- stand Magnetanker angezogen-ohne Bestromung der Erregerwicklung allein vom Permanentmagneten aufgebracht wird.

Der Permanentmagnet erzeugt einen ersten magnetischen Kraftfluss (MK1) durch die Polschenkel und den Magnetanker und einen zweiten Kraftfluss (MK2) durch die zweiten durch den Nebenschlußkreis mit Remanenzflußssspalt. Der Absolutbetrag beider Kraftflüsse ist durch den Ladezustand des Permanentmagneten gegeben.

Das Verhältnis der Kraftflüsse ist durch die Dimensionierung des Nebenschlusskrei- ses (einschließlich Remanentluftspalt) und des Abstandes des Magnetankers be- stimmt. Der erste magnetische Kraftfluss (MK1) sorgt dafür, dass der Magnetanker fest auf den Polflächen gehalten wird. Diese Ankerhaitekraft wirkt der Federkraft

entgegen, welche bei fehlender oder verringerter Magnetkraft die Magnetanordnung öffnet. Hierbei bewegt sich der Magnetanker gegen nicht gezeigte Anschläge. Der Überschuss der Ankerhaltekraft, erzeugt durch den magnetischen Fluss durch den Magnetanker, gegenüber der Federkraft ist ein Mass für die Störempfindlichkeit der Magnetanordnung gegen äußere mechanische Einflüsse. Zum Öffnen der Magnet- anordnung soll eine minimale Durchflutung ausreichen (kleinster Strom durch die Erregerspulen je nach Windungszahl), wodurch der erste Magnetfluss soweit ge- schwächt wird, dass die Federkraft ausreicht, den Magnetanker abzuheben. Mit dem besagten kleinen Erregerstrom wird ein Magnetfluss erzeugt, der dem Magnet- fluss durch den Magnetanker entgegengesetzt ist und der praktisch verlustlos den ersten magnetische Kraftfluss im wesentlichen in den Nebenschlusskreis drängt.

Zum Schließen der Magnetanordnung wird ein durchaus großer Erregerstrom ein- gesetzt, der bei dem Maximalhub des Magnetankers ausreicht, die Federkraft zu überwinden. Mit zunehmender Annäherung des Magnetankers an die Polflächen verschieben sich die Magnetflüsse zwischen Haupt-und Nebenflusskreis bei gleich- bleibender magnetischer Energie.

Das Magnetjoch ist U-förmig ausgebildet und besteht aus zwei L-förmigen Hälften mit einem längeren Polschenkel und einem kürzeren Querschenkel, wobei je ein Polschenkel den Kontaktflächen des Magnetankers zugewandt ist.

Der Permanentmagnet ist mittig zwischen den Querschenkeln eingeklemmt, wobei keine Verschweißung vorgenommen ist. Der zweite Jochbogen ist parallel zu den Querschenkeln angeordnet.

Der Remanenzluftspalt, dessen Breite in der Größenordnung von 0,3 mm liegt, kann luftgefüllt oder mit einem unmagnetischen Material gefüllt sein.

Die Erregerwicklung der Magnetanordnung ist mit einem Energiespeicher verschal- tet, dessen Energieinhalt ausreicht, den Magnetanker aus dem Haltezustand zu lösen. Der Energiespeicher kann ein Speicherkondensator oder eine Induktivität sein.

Vorzugsweise wird der Schaltungsanordnung eine Überwachungseinheit zur Kon- trolle des Spannungszustandes des Energiespeichers zugeordnet, so dass die An-

ordnung entweder auf eine andere Energiequelle umgeschaltet oder ein Fehlersig- nal gemeldet werden kann.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine Schaltungsanordnung (vorzugsweise mit Pulsbreitenmodulation) zur Ansteuerung der Erregerwicklung und zur Lieferung der elektrischen Energie für die Erregerwicklung praktisch im'Stand-by-Betrieb'be- trieben werden kann.

Die EMV-Maßnahmen können reduziert werden, da im Haltezustand nur die elektri- sche Energie für die Leerlaufleistung der Schaltung bereitgestellt werden muss. Bei vergleichbaren Magnetanordnungen wird im Haltezustand getaktet, wodurch Stör- felder nicht vermeidbar sind. Die Ausschaltleistung ist minimal. Die Halteleistung ist gering und entspricht der Stand-by-Leistung der Ansteuerelektronik. Die Auslegung der Elektronik wird nur vom Eigenverbrauch bestimmt. Der Magnetkreis ist energe- tisch gesehen nur für die Situation, Magnetanker-Schließen'ausgelegt. Vorzugswei- se soll die Ausschaltenergie in der Phase des Anzugsvorgangs gesichert werden, beispielsweise durch Aufladen eines Kondensators während des Anzugsvorgangs.

Der Permanentmagnet besteht-wie in vergleichbaren Anordnungen üblich-aus magnetisch hartem Material, beispielsweise aus AINiCo, wobei auch Seltener- Verbindungen möglich sind.

Der Vorteil der Magnetanordnung liegt insbesondere darin, dass ein geringer Raum- bedarf für die Erregerspule notwendig ist, womit ein kompakter Aufbau erreichbar ist.

Die Erfindung kann auch überall dort eingesetzt werden, wo die Bewegung des Magnetankers in Form eines Linearantriebs umgesetzt werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen Figur 1 : die Magnetanordnung mit angezogenem Magnetanker, Figur 2 : die Magnetanordnung mit abgehobenem Magnetanker und Figur 3 : die Magnetanordnung als Zusammenbauzeichnung.

Das Magnetjoch 10 hat U-Form und besteht aus zwei-in Bezug auf die senkrechte Symmetrieachse SA-symmetrischen Hälften (in L-Form) mit längeren Polschenkeln 11 und kurzen Querschenkeln 12. Die Querschenkel sind gegeneinander hin ange- ordnet. Zwischen den Querschenkeln wird ein Permanentmagnet 20 gehaltert. Hier- zu sind die Enden der Querschenkel mit Nasen 19 ausgebildet, zwischen denen der Permanentmagnet beim Zusammenbau eingeklemmt ist. Entgegen vergleichbaren Magnetaufbauten, in denen aufwendige Laserschweißverbindungen vorgenommen werden, handelt es sich hier um einen elegant einfachen Aufbau. Die Figur 3 zeigt die Zusammenbauzeichnung, aus der erkennbar ist, dass die Magnetanordnung aus Blechpaketen besteht und über Deckbleche 80 vernietet sind, woraus sich der me- chanische Zusammenhalt ergibt.

Die freien Enden der Polschenkel 11 bilden eine Ebene als Polflächen zum Magnet- anker 60. Der Magnetanker 60 besteht aus einem plattenförmigen Körper mit seit- lich angesetzten Fortsätzen 61. Am Magnetanker, der vorzugsweise linear beweg- lich sein soll, wird eine Rückstellkraft durch mindestens eine (nicht dargestellte) Fe- der (36) erzeugt. Der Magnetanker hat einen Luftspalt oder Hub 18. Eine Wirkver- bindung des Magnetankers mit einem Kontaktapparat des Schalters oder Schützes ist vorhanden, jedoch nicht dargestellt.

Das Magnetjoch ist in üblicher Form als Blechpaket ausgebildet. Seitlich, den Quer- schenkeln 12 gegenüberliegend, sind Befestigungsschenkel 41 mit je einer Bohrung angeordnet, an denen die Magnetanordnung in einem Gehäuse befestigt werden kann.

Dem ersten Magnetflusskreis MK1 ist ein magnetischer Nebenschlusskreis MK2 zugeordnet, dieser ist am Magnetjoch (11,12) polflächenabgewandt vorhanden. Der Nebenschlusskreis wird durch zwei, zu den kurzen Querschenkeln 12 parallel lie- gende zweite Jochbogenschenkel 24 (Parallelschenkel) gebildet. Querschenkel und Jochbogenschenkel sind durch eine Nut voneinander abgesetzt, ansonsten jedoch sind sie körperlicher Bestandteil des Magnetjochs.

Die Polschenkel 11 werden jeweils von Spulenkörpern mit Erregerwicklungen 30,32 umfasst. Der von den Erregerwicklungen 30,32 erzeugbare Magnetfluss überlagert sich im Luftspalt mit dem Magnetfluss des Permanentmagneten 20. Während des Anzugsvorgangs subtrahieren sich im Nebenschlusskreis die beiden Magnefflüsse.

Die Jochbogenschenkel 24 haben jeweils geringeren Querschnitt im Vergleich zu den ersten Querschenkeln 12 und dem Magnetanker Funktionsbedingt ist jedoch während des Anzugsvorgangs die höchste magnetische Flussdichte im Magnetanker.

Die Jochbogenschenkel sind durch einen Remanenzluftspalt 25 getrennt. Die Weite des Remanenzluftspaltes beträgt ca. 0,3 mm. Mit den Querschnitten der Jochbo- genschenkel und der Weite des Remanenzluftspalts sind die Verhältnisse der Mag- netflüsse MK1 und MK2 zueinander definiert.

Der Permanentmagnet erzeugt aufgrund seiner magnetischen Energie einen Mag- netfluss, der sich in die beiden Magnetflusskreise MK1 und MK2 aufteilt. Die Ausbil- dung der Magnetanordnung, insbesondere die Stärke des Permanentmagneten ist so gewählt, dass im Haltezustand (Magnetanker angezogen, ohne Beaufschlagung der elektrischen Erregung durch die Spulen 30,32) der Magnetanker am Magnetjoch für alle Betriebsbedingungen sicher gehalten wird.

Durch diese magnetische Dimensionierung wird erreicht, dass in der Haltelage kei- ne magnetische Energie von den Erregungsspulen geliefert werden muss ; die Hal- tekraft für den Magnetanker wird allein vom Permanentmagneten aufgebracht. Da- mit wird vorzugsweise erreicht, dass sich die elektrische Leistung einer zugehörigen Elektronikschaltung minimieren lässt, da im wesentlichen nur die Bereitstellung der Auslöseenergie sichergestellt werden muss. Die geringe Auslöseenergie kann bei- spielsweise hinreichend über einen passend bemessenen Speicherkondensator oder eine Induktivität bereitgestellt werden, deren Energieinhalt ebenfalls von der Elektronikschaltung überwacht werden kann.

Um den Magnetanker aus der Haltelage in die Offenstellung (die beispielsweise die AUS-Stellung eines Schalters bedeutet) zu bewegen, bedarf es denn auch nur einer kleinen Energie. Diese wird von der Ansteuerelektronik zu den Erregerwicklungen 30,32 geliefert, deren Magnetfluss den Fluss durch die Polflächen definiert soweit schwächen, dass die Haltekraft überwunden wird.

Der Flussverlauf ändert sich entsprechend und der Hauptteil der magnetischen Energie wird in den Nebenschlusskreis (Jochbogenschenkel 24 ; Remanenzluftspalt 25) gezwungen. Zum Abschalten kann ein Speicherkondensator eingesetzt werden, da hierzu eine Leistung von max. 1 Watt ausreicht. Ein solcher Kondensator hat keine nennenswerte Verlustleistung, so dass in der elektrischen Ansteuer-Schal- tungsanordnung im Haltezustand allein eine Leerlaufleistung in der Größenordnung von deutlich unter 1 Watt bereitgestellt werden muss.

Der Antrieb der Magnetanordnung (Schließen des Magnetankers ; Antriebserregung) wird durch einen kräftigen Spulenstrom (beispielsweise für 100 msec mit einer Leis- tung von 100 Watt) erzeugt, der einen Magnetfluss erzeugt, der dem des Perma- nentmagneten in den Polschenkeln entgegengesetzt ist und auch die Federkraft am Magnetanker überwindet. Mit zunehmender Annäherung des Magnetankers an die Polflächen verdichtet sich das Magnetfeld im Magnetkreis MK1. Der magnetische Nebenschlusskreis MK2 enthält nur noch geringe magnetische Energie.

Nach Kontakt des Magnetankers mit den Polflächen (Schließen) kann der Erreger- strom abgeschaltet werden, da-wie dargestellt-die Haltekraft statisch geleistet wird.