DE1013746B

DE1013746B - Rastelement, insbesondere fuer elektrische Steuerschalter od. dgl.

Info

Publication number: DE1013746B
Application number: DES48059D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joerg Amler; Dipl-Ing Josef Czerny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-03-22
Filing date: 1956-03-22
Publication date: 1957-08-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rastelement, insbesondere für elektrische Steuerschalter, z. B. Fahrschalter elektrischer Triebfahrzeuge, bestehend aus einem Rastrad und einer auf einem drehbaren, z. B. faderbeilasteten Hebel gelagertem Rastrolle. Diese Rastelemente haben bei Steuerschaltern die verschiedensten Aufgaben. So müssen sie einerseits in der Lage sein, die einmal in Bewegung gesetzte Schaltwalze auf kürzestem Weg vollständig in einer definierten Schaltstellung abzubremsen. Sie dürfen aber andererseits der Bewegung des Bedienenden nicht zu große Kräfte entgegensetzen, um ein Ermüden des Bedienenden ebenso- zu vermeiden wie die Überschaltung mehrerer Stufen bei einem einmaligen kräftigen Anstoß des Bedienungshebels. Die Rastelemente müssen gleichzeitig noch die Möglichkeit bieten, eine große Anzahl von Schaltstufen rasch zu überschalten und trotzdem die angesteuerte Scha.ltstufe sicher zu rasten. Eine sichere Rastung ist vor allem wegen der bei ungenauer Komtaktgaibe auftretenden Stehliehtbögen und der damit gegebenenfalls verbundenen Kontaktschweißungen unumgänglich notwendig.

Das Rastelement gemäß der Erfindung löst die gestellten Aufgaben dadurch, daß auf die Rastrolle bei jedem Rastvoirgang kurzzeitig Zusatzkräfte einwirken, die beim Einlauf der Rolle in die Rastung den Einlauf zusätzlich beschleunigen und/oder den Auslauf der Rolle zusätzlich hemmen. Durch das kurzzeitige Einwirken der Zusatzkräfte ist es möglich, die ständig vorhandene Rastkraft auf die für die Erfühlung der Schaltstellung und das Festhalten der Walze in dieser Stellung notwendige Kraft zu beschränken, soi daß bei einer Fortschaltung nur geringe Kräfte zu überwinden sind. Das Einsetzen der Zusatzkräfte erfolgt rein wegabhängig von der Stellung des Rasthebels bzw. der Rastrolle gegenüber der Raste bzw. des Rastrades. Für das Aussetzen der Zusatzkräfte besteht sowohl die Möglichkeit der wegabhängigen Betätigung wie beim Einsetzen, man kann aber auch ein zeitabhängiges Aussetzeh wählen. Bei letzterem muß die Zeitkonstante so festgelegt werden, daß die kinetische Energie der Schaltwalze zwar vollständig abgebremst, aber der Schaltvorgang bei normaler Schaltgeschwindigkeit¹ von Stufe zu Stufe nicht gehemmt wird. In jedem Fall werden die Zusatzkräfte zweckmäßig wesentlich größer gewählt als die normale, dauernd vorhandene Rastkraft.

Als Zusatzkräfte können sowohl dynamische als auch statische Kräfte verwendet werden. Dynamische Zusatzkräfte, z. B. motorische, magnetische, hydraulische und pneumatische, werden vor allem für große Schaltwerke vorgesehen, da diese beliebig groß gemacht werden können und die Raumfrage bei großen

Rastelement, insbesondere für elektrische Steuerschalter od. dgl.

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Jörg Amier und Dipl.-Ing. Josef Czerny,

Nürnberg,
sind als Erfinder genannt worden

Schaltern ebenso wie die Energieversorgung für die Zusatzkräfte keine hervorragende Rolle spielt. Für kleine Schaltanlagen und solchen, die auch bei Ausfall der Fremdenergiequellen sicher arbeiten müssen, sind statische Kräfte vorzuziehen. Diese werden im einfachsten Fall durch ein massebelastetes Pendel verwirklicht.

An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer statischen Zusatzkraft mit wegabhängigeni Einsetzen und zeitabhängigem- Aussetzen.

Ein Rastrad 1 ist auf einer mit dem Antrieb und der Schaltwalze starr gekoppelten Welle 2 gelagert. In die Rasten 3 greift die am Rasthebel 4 drehbar gelagerte Rastrolle 5 ein. Der Hebel 4 ist auf einer Welle 6 schwenkbar gelagert. Die Feder 7 drückt auf den Hebel 4 und damit die Rastrolle 5 in die Raste 3. Zur Führung und Lagerung des oberhalb des Rasthebels 4 angeordneten Pendels 8 greift eine Welle 9 in ein Langlodh des Pendels 8 ein. Das dem Rasthebel 4 zugewandte Ende des Pendels 8 ist mit einer Rolle 10 versehen, die gegen Anschläge 11 und 12 des Rasthebels 4 anliegt. Der Anschlag 12 verhindert ein Ausschwingen des Pendels über die in der Zeichnung dargestellte Rechtslage hinaus.

Die Feder 13 übernimmt die Rückstellung des Pendels 8 aus der gezeichneten Lage. Ein mit dem Rasthebel 4 starr verbundener Arm 14 beaufschlagt das Pendel 8 beim Einlauf der Rastrolle 5 in die Raste 3. Die Feder 15 dämpft die Bewegung des

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Pendels 8 und die der Masse 16, die im Ausführungsbeispiel vom Pendelkopf selbst gebildet wird.

Wird die Welle 2 und damit die Rastscheibe 1 in Pfeilrichtung gedreht, so wird die Rastrolle 5 unter Überwindung der Kraft der Feder 7 aus der Raste 3 ausgehoben. Da das Pendel 8 durch die Feder 13 in die gestrichelt gezeichnete Lage gedrückt wurde, setzt dieses der Bewegung des Rasthebels 4 keinen Widerstand entgegen. Hat die Rastrolle die Kimme der Raste überschritten, so wird die Rastrolle 5 durch die Feder 7 in die Raste 3 gedrückt. Gleichzeitig bekommt das Pendel 8 bzw. die Rolle 10 durch den mit dem Hebel 4 starr verbundenen Arm 14 einen Stoß in Richtung des Anschlages' 12, wodurch sich die Rolle 10 unter Überwindung der Kraft der Feder 13 vor den Anschlag· 11 und gegen den Anschlag 12 legt. Durch die in der Schaltwalze gespeicherte kinematische Energie wird das Rastrad 1 auch nach dem Abziehen der Betätigungskraft in Pfeilrichtung weiteirbewegt werden. Dem Auslauf der Rastrolle 5 aus der nächsten Raste steht aber nun nicht nur die Kraft der Feder 7, sondern auch die durch, das Pendel 8 bzw. dessen. Masse 16 am Rasthebel 4 anliegende statische Kraft entgegen. Die das Pendel 8 belastende Masse 16 ist so groß gewählt, daß die Schaltwalze sicher abgebremst wird. Wird bei diesem Vorgang die Masse 16 unter Zusammendrücken der Feder 15 leicht angehoben, so> reicht nach dem Abbremsen der Drehbewegung des Rastrades die Kraft, die durch die Federn 7 auf den Rastarm 4 ausgeübt wird, aus, das Rastrad und damit die Schaltwalze¹ in die Rastmittellage zurückzustellen. Ist die Schaltwalze abgebremst und die Rastrolle 5 in den tiefsten Punkt der Raste 3 zurückgeführt, so· drückt die Feder 13 das Pendel wieder in die gestrichelt eingezeichnete Lage zurück. '

Werden mehrere Schaltstellungen rasch überschaltet, so hat die Rastrolle 5 nicht die Möglichkeit, in die einzelnen Rasten 3 vollständig einzulaufen. Ist aber dar Rasthebel 4 nicht weit genug abgesenkt, so kann die Rolle 10 auch nicht an dem Anschlag 11 auflaufen, und damit die durch die Masse 16 bewirkten statischen. Kräfte aufschalten.

Das Pendel 8 bzw. die Rolle 10 legt sich hierbei in den Zwischenraum zwischen dem Arm 14 und dem Anschlag 11 ein.

Für dan Fall, daß zwar mehrere Schaltstellungen gleichzeitig überschaltet -werden, daß aber die Schaltbewegung langsam genug erfolgt, das Pendel wirksam werden zu lassen, ist beim Überschalten der zweiten Raste etwas mehr Kraft aufzubringen, denn nun muß die Masse 16 des Pendels 8 angehoben, d. h. beschleunigt werden. Ist die Anhebung der Masse 16 einmal erfolgt, so wirkt sie sich beim Weiterschalten kaum aus, denn die Trägheit dieser Masise ist so groß, daß sie sich in den kurzen Zeitraum, der zwischen dem Überlaufen der einzelnen Rastkimmen liegt, nur um ein geringes Stück abzusenken vermag.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer magnetischen Zusatzkraft. Um die Darstellung übersichtlicher zu gestalten, sind die Rasten 20 nicht auf einer Scheibe, sondern als Zahnstange aufgezeichnet. Eine am Rasthebel 21 gelagerte Rastrolle 22 greift in bekannter Weise in die Rasten 20 ein,. Die normale Rastkraft übernimmt die Feder 23, während die Zusatzkraft unter Zwischenschaltung der Feder 24 vom Magnet 25 aufgebracht wird. Die Einschaltung des Magneten 25 erfolgt mittels eines vom Rasthabeis 21 betätigten Kontaktes 26. Zum Verständnis der Wirkungsweise sind unterhalb der Rasten 20 die Sohaltzeit 27 und die Wirkzeit 28, bezogen auf normale Schaltgetschwindigkeit, aufgetragen. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, wird der Magnet 25 beim Anheben des Schalthebels 21, also beim Auslaufen der Rastrolle 22 aus der Raste 20 erregt. Durch geeignete Schaltverzögerungselemente oder Dimensionierung des Magneten wird die Wirkzeit des Schaltmagneten so weit verzögert, daß die Zusatzkraft in einem großen Schaltgeschwindigkeitsbereich beim Durchlaufen der Rastmitte wirksam ist. Zur Pufferung des Schaltstoßes des Magneten und gleichzeitig zur Verzögerung der Wirkzeit ist die Feder 24 vorgesehen. Vorteilhaft ist es, den Magnet 25 nicht starr zu befestigen, sondern, mit einer entsprechenden Masse belastet, z. B. in einer Langlochführung zu haltern. Dadurch ist es möglich, die Schaltstöße beim schnellen Durchschalten, bei dem der Magnet samt seiner eventuellen aufgesetzten Zusatzmasse angehoben wurde, auf ein Minimum herabzusetzen. Selbstverständlich kann die Feder 24 auch zwischen einem Festpunkt und dem Magnet angeordnet werden, der bewegliche Teil des Magneten ist dann starr mit dem Rasthebel 21 zu verbinden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem durch ein Schleppkontaktsystem weitgehend unabhängig von der Schaltgeschwindigkeit die Zusatzkraft etwa beim Durchlaufen der Rastmittellage wirksam wird.

Der Rasthebel 21 ist in einem Punkt 27 drehbar gelagert. Eine am Rasthebel 21 befestigte Rolle 22 wird unter der Einwirkung der Feder 23 in die Raste 20 gedrückt. Ein Elektromagnet 29 greift mit seinem beweglichen Teil am Rasthebel 21 über ein Gestänge an. Der Festteil ist unter Zwischenschaltung der Feder 28 nachgiebig gegen das Widerlager 30 abgestützt. Der eingezeichnete Pfeil gibt die Wirkrichtung des Magneten bei Erregung an. Durch das Schaltelement 31 wird beim Ausheben der Rastrolle 22 aus der Raste 20 das Gestänge 32 nach unten bewegt. Dadurch wird der am Gestänge 32 befestigte Mitnehmer 33 samt dem abgebremsten Gestänge 34 und dem Kontaktelement 35 nach unten mitgenommen. Läuft die Rolle 22 in die nächste Raste 20 ein, so wird das Gestänge 32 mit dem Kontaktelement 36 nach oben bewegt und dadurch der Stromkreis zwischen den Kotitaktelementen 35 und 36 geschlossen. Läuft die Rolle 22 in die Rastmittellage, so ist das Gestänge 32 mit dem Kontaktelement 36 so weit angehoben, daß der Kontakt zwischen dem Kontaktelement 36 und dem Gegenkontakt 37 unterbrochen ist. Zur Verzögerung der Wirkzeit gegenüber der Schaltzeit bzw. zur Verlängerung der Wirkzeit können an sich bekannte Zeitverzögerungselemente, wie Drosseln, Spulen, oder auch mechanische Zeitverzögerungseilemente, wie Federn u. dgl., eingesetzt werden.

Selbstverständlich kann das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 auch dahingehend abgewandelt werden, daß man die Zusatzkraft durch Aussetzen einer eine kräftige Rastfeder 23 entlastende Kraft aufbringt. In diesem Fall ist die Wirkrichtung des Magneten 29 entgegen der in Fig. 3 eingezeichneten Pfeilrichtung anzusetzen. Ebenso ist das Widerlager 30 der Feder 28 auf der entgegengesetzten Seite anzuordnen. An Stelle des Schleppkontaktsystems kann hierbei ein einfaches Druckkontaktsystem treten, das den Magnet z. B. beim Überlaufen der Rastkimme kurzzeitig entregt.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt. An Stelle der magnetischen Zusatzkräfte können auch motorische, hydrau-

lische oder pneumatische Kraftelemente treten. An Stelle einer elektrischen Steuerung kann auch eine entsprechende mechanische Steuerung, z. B. Schieber von hydraulischen Kraftelementen, verwendet werden.

Eine hydraulische Zusatzkraft kann z. B. folgendermaßen wirken: Beim Ausheben der Rastrolle, das verhältnismäßig langsam vor sich geht, entleert sich ein mit Flüssigkeit gefüllter Zylinder unter dem Druck eines mit dem Rasthebel verbundenen Kolbens über einer Düse. Während des Einfallens der Rastrolle in die Raste füllt sich der Zylinder wieder über ein Ventil, das eine rasche Füllung ermöglicht. Will die Rastrolle nun die nächste Raststellung überlaufen, so bremst der gefüllte Zylinder die Bewegung ab, da die Düse zu klein ist, um den Zylinder schnell genug zu entleeren. Um ein schnelles Überschalten mehrerer Raststellungen zu ermöglichen, wird der Zylinder entsprechend den gezeigten Ausführungsbeispielen nicht starr befestigt, sondern mit einer Masse oder Feder belastet nachgiebig gelagert. _

Für ein pneumatisch wirkendes Kraftelement gilt analog das gleiche wie für das beschriebene hydraulische Element. Eine motorisch angetriebene Zusatzkraft kann z. B. mit Hilfe mechanisch oder magnetisch betätigter Kupplungen zur Wirkung gebracht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Rastelement, insbesondere für elektrische Steuerschalter od. dgl., bestehend aus einem Rastrad und einer auf einem drehbaren, z. B. federbelasteten Rasthebel gelagerten Rastrolle, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Rastrolle bei jedem Rastvo'rgang kurzzeitig Zusatzkräfte einwirken, die beim Einlauf der Rastrolle in die Raste den Einlauf zusätzlich beschleunigen und/oder den Auslauf der Rastrolle aus der Raste zusätzlich hemmen.

2. Rastelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit der Zusatzkräfte in Abhängigkeit von der Stellung des Rasthebels bzw. der Rastrolle gegenüber der Raste stehen.

3. Rastelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkräfte in Abhängigkeit von. der Stellung des Rasthebels bzw. der Rastrolle gegenüber der Raste wirksam und zeitabhängig unwirksam werden.

4. Rastelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkräfte dynamische Kräfte sind.

5. Rastelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkräfte statische Kräfte sind.

6. Rasteleiment nach Anspruch 1 bis 3 und 5, gekennzeichnet durch ein massebelastetes Pendel, das den Auslauf der Rastrolle aus der Raste kurzzeitig hemmt.

7. Rastelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse von Teilen des Pendels, ζ. B. vom Pendelkopf selbst, gebildet wird.

8. Rastelement nach Anspruch 6 und 7, gekennzeichnet durch Anschläge am Rasthebel, gegen die sich das Pendel legt.

9. Rastelament nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel von einem am Rasthebel befestigten Arm unter Überwindung einer Rückstellkraft, z. B. einer Feder, in die Hetnmstellung gedrückt oder gestoßen wird.

10. Rastelement nach Anspruch 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine solche Abstimmung der Schwingdauer des Pendels mit der der Rückstellfeder, daß die kinetische Energie der Schaltwalze bei normaler Schaltbewegung von Raste zu Raste vollständig abgebremst wird, ehe das Pendel den Rasthebel zur Fortschaltung ohne Hemmwirkung freigibt.

11. Rastelement nach Anspruch 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine mit dem Anschlag des Rastarmes zusammenarbeitende Rolle des Pendels.

12. Rastelement nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelachse in einem Langloch od. dgl., das ein Ausweichen des Pendels in vertikaler Richtung gestattet, angreift.

13. Rastelement nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung magnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Kraftelemente, die beim Rastvorgang als Zusatzkräfte aufgeschaltet werden.

14. Rastelement nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch mechanische oder elektrische Steuerelemente, die von der Rastscheibe oder von Elementen der Schaltwalze betätigt werden.

15. Rastelement nach Anspruch 13 und 14, gekennzeichnet durch elektrische Kontaktelemente, z. B. Wischschalter, die vom Rasthebel betätigt werden.

16. Rastelement nach Anspruch 13 und folgenden, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung von Steuerelementen und gegebenenfalls Ausbildung der die Zus-atzkräfte erzeugenden Elemente, daß die Wirkzeit der Einschaltzeit um eine etwa halbe Rastbreite, bezogen auf normale Schaltgeschwindigkeit, nacheilt.

17. Rastelement nach Anspruch 13 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung der Zusatzkräfte beim Auslauf der Rastrolle aus der Raste erfolgt.

18. Rastelement nach Anspruch 13 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Rasthebel kraftschlüssig verbundene Kraftelement federnd gelagert ist.

19. Rastelement nach Anspruch 13 und folgenden, gekennzeichnet duroh eine solche Ausbildung der Kraftelemente, daß sich die Zusatzkräfte in Abhängigkeit von der Aushubgeschwindigkeit der Rastrolle ändern.

20. Rastel ement nach Anspruch 13 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkräfte von hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen, z. B. magnetischen Stoßdämpfern aufgebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen