DE10050932C1 - Kraftspeicher für einen Stufenschalter - Google Patents
Kraftspeicher für einen StufenschalterInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Stufenschalter, bei dem ein Aufzugsschlitten, der von einer Antriebswelle betätigbar ist, und ein Abtriebsteil, das seinerseits eine zum Lastumschalter führende Abtriebswelle betätigt, vorhanden sind, wobei sich auf bekannte Weise zwischen den beiden Bauteilen Aufzugsfedern befinden. Beide Bauteile werden von Führungsstangen längs verschiebbar geführt, die seitlich untereinander angeordnet sind. Das Abtriebsteil weist eine Verzahnung auf; seine Längsbewegung nach Auslösung wird mittels dieser Verzahnung und ein eingerücktes Zahnrad direkt in eine Drehbewegung der Abtriebswelle übertragen.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Stufenschalter gemäß dem Oberbegriff des ersten
Patentanspruches. Ein solcher Kraftspeicher ist aus den DE-PS 19 56 369 und 28 06 282 bereits
bekannt.
Ein derartiger Kraftspeicher dient zur sprungartigen Betätigung eines Lastumschalters von einem
Stufenschalter; er wird zu Beginn jeder Betätigung des Stufenschalters von dessen Antriebswelle
aufgezogen, d. h. gespannt. Er besteht im Wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem
Abtriebsteil, das oftmals auch als Sprungschlitten bezeichnet wird, zwischen denen eine oder mehrere
Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind.
Der Aufzugsschlitten wird dabei durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Exzenter linear relativ
zum Abtriebsteil hin bewegt, dadurch werden die dazwischen befindlichen Kraftspeicherfedern
gespannt. Hat der Aufzugsschlitten seine neue Endposition erreicht, wird die Arretierung des
Abtriebsteils aufgehoben und das Abtriebsteil damit gelöst. Dieses folgt nun sprungartig, da unter der
Kraft der gespannten Kraftspeicherfedern stehend, der vorangegangenen linearen Bewegung des
Aufzugsschlittens ebenfalls linear nach. Diese sprungartige lineare Bewegung des Abtriebsteils wird
über einen Gleitstein und eine Kurbel in eine Drehbewegung einer Antriebswelle umgewandelt. Diese
sich dann sprungartige drehende Abtriebswelle wiederum dient zur Betätigung des Lastumschalters
des Stufenschalters, d. h. zur Umschaltung zwischen der bisherigen und der neu vorgewählten
Wicklungsanzapfung unter Last.
Dieser bekannte Kraftspeicher weist jedoch mehrere Nachteile auf. Durch die Umwandlung der
linearen Bewegung des Abtriebsteils über den Gleitstein und einen Zapfen sowie die Kurbel in eine
Drehbewegung des Abtriebsteils erfolgt eine nichtgleichförmige Kraftübertragung bzw.
Bewegungsumwandlung. Weiterhin ist durch diese Art der Bewegungsumwandlung und die dabei
praktisch möglichen Hebelverhältnisse an der Kurbel der jeweils resultierende Drehwinkel der
Abtriebswelle bei jeder Schaltung begrenzt. Bei praktischen Ausführungen des bekannten
Kraftspeichers liegt dieser Drehwinkel bei ca. 75 Grad. Dieser Drehwinkel wiederum begrenzt die
maximal mögliche Umschaltzeit, die für eine Betätigung des Lastumschalters, d. h. die
unterbrechungslose Umschaltung, zur Verfügung steht. Für viele Lastumschalter, insbesondere mit
solchen Schaltungsarten, bei denen bei jeder Betätigung eine Vielzahl von Kontakten, z. B. sowohl
mechanische Kontakte als auch Vakuumschaltzellen, in einer vorbestimmten Betätigungssequenz
nacheinander betätigt werden müssen, reicht die mit dem bekannten Kraftspeicher mögliche
Umschaltzeit, die sich, wie erläutert, aus dem begrenzten Drehwinkel ergibt, nicht aus. Schließlich
erfordert der bekannte Kraftspeicher einen erheblichen Platzbedarf, da Aufzugsschlitten,
Kraftspeicherfedern und Abtriebsteil übereinander in verschiedenen horizontalen Ebenen angeordnet
sind.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen gattungsgemäßen Kraftspeicher anzugeben, der eine
gleichförmige Bewegungsumwandlung gestattet, einen deutlich größeren Drehwinkel der Abtriebswelle
und in der Folge deutlich längere Umschaltzeiten bei der Lastumschaltung ermöglicht und zudem
platzsparend und mechanisch einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kraftspeicher mit den Merkmalen des ersten
Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung.
Zwar ist es aus der DE 199 13 814 C1 bereits bekannt, dass ein Abtriebsteil eines gattungsgemäßen
Kraftspeichers an jeder seiner beiden Längsseiten jeweils eine nach innen gerichtete, parallele
Längsverzahnung aufweist, in die, abhängig von der Auslöserichtung des Abtriebsteils, ein Zahnrad
wahlweise einrückbar ist, das mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Diese bekannte Anordnung
dient jedoch dazu, dass unabhängig von der Aufzugsrichtung des Kraftspeichers sich die
Abtriebswelle immer in der gleichen Richtung drehen soll, wozu eine spezielle zusätzliche Vorrichtung
zum entsprechend gesteuerten Einrücken des Zahnrades in verschiedene Seiten der
Längsverzahnung erforderlich ist. Dies macht den dort beschriebenen Kraftspeicher zusätzlich
kompliziert und beansprucht noch mehr Platz als nach dem sonstigen Stand der Technik ohnehin
erforderlich. Zur vorliegende Erfindung kann diese bekannte Lösung nichts beitragen.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen kompletten erfindungsgemäßen Kraftspeicher perspektivisch von schräg oben
Fig. 2 einzelne Bestandteile des Kraftspeichers perspektivisch von schräg unten, wobei
bestimmte Teile zur besseren Darstellung hier weggelassen sind
Fig. 3 einen auszugsweisen seitlichen Schnitt in schematischer Darstellung.
Zunächst soll der mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftspeichers erläutert werden. Auf
einer Lagerplatte 1 sind Befestigungsanformungen 2, 3 angeordnet, an denen ein aus Isoliermaterial
bestehender Stator 4 befestigt ist. Die Lagerplatte 1 und der an ihr befestigte Stator 4 sind die
zentralen Tragelemente für alle, nachfolgend im Einzelnen beschriebenen, Bauteile des
erfindungsgemäßen Kraftspeichers. Die Lagerplatte 1 weist eine zentrische Öffnung 5 auf, auf die
weiter unten noch näher eingegangen wird. Seitlich am Stator 4 sind, vertikal in einem gewissen
Abstand übereinander liegend, zwei Führungsstangen 6, 7 befestigt. Dazwischen befindet sich der
Aufzugsschlitten 8, der von den Führungsstangen 6, 7 linear beweglich geführt ist. Im Bereich um die
Führungsstangen 6, 7 herum befindet sich ferner das Abtriebsteil 9, das ebenfalls von den
Führungsstangen 6, 7 linear beweglich geführt ist. Aufzugsschlitten 8 und Abtriebsteil 9 sind also
ineinander verschachtelt ausgeführt; dies ist aus der linken Seite von Fig. 2 und besonders aus der
Fig. 3 deutlich zu erkennen. Zwischen Aufzugsschlitten 8 und Abtriebsteil 9 befinden sich zwei
Aufzugsfedern 10, die jeweils um eine der beiden Führungsstangen 6 bzw. 7 verlaufen. Von oben führt
eine Antriebswelle 11 in den Bereich des Kraftspeichers, die an ihrem freien Ende einen Exzenter 12
aufweist. Dieser Exzenter 12 korrespondiert mit zwei Mitnehmerklötzen 13, 14 die am Aufzugsschlitten
8 befestigt sind. Bei Drehung der Antriebswelle 11 läuft also, je nach Drehrichtung, der Exzenter 12
auf einen Mitnehmerklotz 13 bzw. 14 auf und verschiebt damit den Aufzugsschlitten 8 linear nach
rechts oder links auf den Führungsstangen 6, 7. Seitlich ist am Aufzugsschlitten 8 noch eine Kontur 15
dargestellt, in der eine Rolle 16 geführt ist, die mit einer Hubstange 17 in Verbindung steht. Diese
Hubstange 17 ist durch eine weitere Öffnung 18 in der Lagerplatte 1 nach unten in den Bereich des
Lastumschalters geführt und dient dort zur Verschiebung von Kurvenscheiben o. ä. zur Betätigung der
Schaltmittel des Lastumschalters in unterschiedliche horizontale Ebenen. Eine solche Hubmechanik
ist aus der vorveröffentlichten WO 89/08924 bereits bekannt. Da sie nicht direkt zur Erfindung gehört,
soll sie hier nicht weiter erläutert werden. An der Unterseite des Stators 4 sind zwei Klinken 19, 20
angeordnet, die jeweils in einem Klinkenlager 21, 22 gelagert sind und zwischen denen sich eine
Klinkenfeder 23 befindet. Die freien Enden der Klinken korrespondieren mit Rasten 24 bzw. 25 am
Abtriebsteil 9. Betätigt werden die Klinken 19, 20 durch Klinkenrollen 31, 32, die auf an sich bekannte
Weise auf einer nicht dargestellten Auslösekontur des Aufzugsschlittens 8 laufen.
Weiterhin weist das Abtriebsteil 9 an seiner Unterseite eine Verzahnung 26, etwa in Form eines
linearen Zahnsegmentes oder einer Zahnstange, auf. In ständigem Eingriff mit dieser Verzahnung 26
steht ein Zahnrad 27, das fest mit der durch die zentrische Öffnung 5 geführten Abtriebswelle 28
verbunden ist. Unterhalb des Kraftspeichers ist die Abtriebswelle 28 mit einer Längsverzahnung 29
gezeigt, auf der die beschriebenen, hier nicht dargestellten, Kurvenscheiben o. ä. von der erläuterten
Hubmechanik höhenverschiebbar geführt sind.
Schließlich ist unterhalb der erläuterten Kontur 15 noch eine weitere Führungskontur 33 gezeigt, die
sich in Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens 8 erstreckt und in der Führungsrollen 34 geführt
sind. Diese zusätzliche Führung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kraftspeichers ist folgende: Zu Beginn jeder Umschaltung
dreht sich die Antriebswelle 11 und mit ihr der Exzenter 12, der auf einen der beiden Mitnehmerklötze
13 oder 14 aufläuft und den Aufzugsschlitten 8 drehrichtungsabhängig nach rechts oder links auf den
Führungsstangen 6, 7 verschiebt. Durch dieses Verschieben des Aufzugsschlittens 8 relativ hin zum
Abtriebsteil 9 werden die dazwischen angeordneten Aufzugsfedern 10 gespannt. Hat der
Aufzugsschlitten 8 seine neue Endposition erreicht, so läuft, abhängig von der Bewegungsrichtung,
eine der beiden Klinkenrollen 31 oder 32 auf die Auslösekontur auf, die nicht dargestellt ist. In der
Folge wird die entsprechende Klinke 19 oder 20 aus der jeweiligen Raste 24 oder 25 des Abtriebsteils
9, mit der sie bisher in Eingriff stand, ausgelenkt. Das bis dahin arretierte Abtriebsteil 9 folgt jetzt
sprungartig der Bewegung des Aufzugsschlittens 8 nach. Das Abtriebsteil 9 ist dabei ebenfalls auf den
Führungsstangen 6, 7 geführt; durch die sprungartige Bewegung entspannen sich die Aufzugsfedern
10. Hat das Abtriebsteil 9 seine neue Endposition erreicht, gerät eine der beiden Klinken 19 oder 20
wieder in Eingriff mit der jeweiligen Raste 24 oder 25 und arretiert das Abtriebsteil 9 wieder. Bei der
beschriebenen sprungartigen linearen Bewegung des Abtriebsteils 9 wird durch die diese Bewegung
mitvollziehende Verzahnung 26 das Zahnrad 27 auf der Abtriebswelle 28 mitgenommen und damit die
Abtriebswelle 28 gedreht. Durch entsprechende Dimensionierung der Verzahnung 26, Zahl, Größe
und Art der Zähne etwa, und des korrespondierenden Zahnrades 27, z. B. seines Durchmessers, ist
auf einfache Weise in weiten Grenzen der resultierende Drehwinkel der Abtriebswelle 28 wählbar.
Schließlich sind noch Traglaschen 30 an der Lagerplatte 1 gezeigt, mit denen diese Lagerplatte 1
beispielsweise am Ölgefäß des Stufenschalters auf vielfältige Weise befestigt werden kann.
Es ist auch möglich, zusätzlich auf der Lagerplatte 1 eine Dämpfungseinrichtung 35 vorzusehen, die
mit einer oder mit mehreren nicht dargestellten Anschlägen, die ihrerseits mit der Abtriebswelle 28
oder dem Zahnrad 27 in Verbindung stehen, korrespondiert. Dadurch ist eine Dämpfung der
sprungartigen Bewegung der Abtriebswelle 28 kurz vor Erreichen der jeweiligen neuen Endposition
auf einfache Weise möglich.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftspeichers besteht zunächst einmal in der
einfachen und gleichmäßigen Bewegungsübertragung auf die Abtriebswelle, wie dies weiter oben
erläutert worden ist. Ein weiterer Vorteil besteht in der - ebenfalls erläuterten - einfachen
Anpassungsmöglichkeit an einen erforderlichen Drehwinkel der Abtriebswelle 28 an die
unterschiedlichsten Anforderungen des jeweiligen Lastumschalters, die wiederum von Zahl, Art und
Sequenz der im Einzelnen zu betätigenden Schaltmittel abhängen. Schließlich ist der
erfindungsgemäße Kraftspeicher besonders platzsparend aufgebaut. Dies dadurch, dass
Aufzugsschlitten 8 und Abtriebsteil 9 ineinander verschachtelt um die Führungsstangen 6, 7 herum
aufgebaut sind und das Abtriebsteil 9 den Aufzugsschlitten 8 im Querschnitt teilweise umschließt.
Claims (6)
1. Kraftspeicher für einen Stufenschalter,
wobei ein längsbeweglicher, mit einer Antriebswelle in Verbindung stehender Aufzugsschlitten und ein ebenfalls längsbewegliches, mit einer Abtriebswelle in Verbindung stehendes Abtriebsteil vorgesehen sind,
wobei Aufzugsschlitten und Abtriebsteil durch mindestens zwei sich in deren Bewegungsrichtung erstreckende parallele Führungsstangen geführt sind,
wobei zwischen Aufzugsschlitten und Abtriebsteil mindestens eine Aufzugsfeder vorgesehen ist,
wobei der Aufzugsschlitten bei jeder Schaltung des Stufenschalters durch die sich drehende Antriebswelle in jeweils eine von zwei Richtungen linear bewegbar ist, derart, dass die mindestens eine Aufzugsfeder spannbar ist
und wobei nach Erreichen der neuen Endstellung des Aufzugsschlittens das bis dahin arretierte Abtriebsteil auslösbar ist, derart, dass es sprungartig der linearen Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens folgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei parallelen Führungsstangen (6, 7) seitlich untereinander in einer vertikalen Ebene angeordnet sind,
dass das Abtriebsteil (9) den Aufzugsschlitten (8) im Querschnitt teilweise umschließt,
dass das Abtriebsteil (9) eine in dessen Bewegungsrichtung verlaufende Verzahnung (26) aufweist
und dass ein mit der Abtriebswelle (28) verbundenes Zahnrad (27) mit der Verzahnung (26) in Eingriff steht.
wobei ein längsbeweglicher, mit einer Antriebswelle in Verbindung stehender Aufzugsschlitten und ein ebenfalls längsbewegliches, mit einer Abtriebswelle in Verbindung stehendes Abtriebsteil vorgesehen sind,
wobei Aufzugsschlitten und Abtriebsteil durch mindestens zwei sich in deren Bewegungsrichtung erstreckende parallele Führungsstangen geführt sind,
wobei zwischen Aufzugsschlitten und Abtriebsteil mindestens eine Aufzugsfeder vorgesehen ist,
wobei der Aufzugsschlitten bei jeder Schaltung des Stufenschalters durch die sich drehende Antriebswelle in jeweils eine von zwei Richtungen linear bewegbar ist, derart, dass die mindestens eine Aufzugsfeder spannbar ist
und wobei nach Erreichen der neuen Endstellung des Aufzugsschlittens das bis dahin arretierte Abtriebsteil auslösbar ist, derart, dass es sprungartig der linearen Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens folgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei parallelen Führungsstangen (6, 7) seitlich untereinander in einer vertikalen Ebene angeordnet sind,
dass das Abtriebsteil (9) den Aufzugsschlitten (8) im Querschnitt teilweise umschließt,
dass das Abtriebsteil (9) eine in dessen Bewegungsrichtung verlaufende Verzahnung (26) aufweist
und dass ein mit der Abtriebswelle (28) verbundenes Zahnrad (27) mit der Verzahnung (26) in Eingriff steht.
2. Kraftspeicher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei parallelen Führungsstangen (6, 7) seitlich untereinander in einer vertikalen
Ebene, die der axialen Richtung von Antriebswelle (11) und Abtriebswelle (28) entspricht, angeordnet
sind.
3. Kraftspeicher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verzahnung (26) als Zahnstange ausgebildet ist.
4. Kraftspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als tragendes Element des Kraftspeichers eine horizontale Lagerplatte (1) vorgesehen ist, auf
der Führungsstangen (6, 7) und, von diesen geführt, Aufzugsschlitten (8) und Abtriebsteil (9)
angeordnet sind.
5. Kraftspeicher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Lagerplatte (1) ein Stator (4) als weiteres Tragelement befestigt ist, an dem wiederum die
Führungsstangen (6, 7) angeordnet sind.
6. Kraftspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Lagerplatte (1) eine Dämpfungseinrichtung (35) angeordnet ist, die mit mindestens einem
mit der Abtriebswelle (28) in Verbindung stehenden Anschlag korrespondiert.
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