DE102005027527B3

DE102005027527B3 - Kraftspeicher

Info

Publication number: DE102005027527B3
Application number: DE102005027527A
Authority: DE
Inventors: Silke Wrede; Klaus HÖPFL; Gregor Wilhelm
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: KR20080016519A; JP2008544505A; EP1891653B1; JP4693901B2; EP1891653A1; KR101213058B1; CN101019198A; US7652218B2; WO2006133767A1; BRPI0605930B1; RU2007107088A; CN101019198B; RU2394297C2; BRPI0605930A2; US20090288934A1; HK1115225A1; DE502006007265D1; ES2347000T3; UA91229C2; ATE472162T1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Laststufenschalter mit einem längsbeweglichen Aufzugsschlitten und einem ebenfalls längsbeweglichen Sprungschlitten, der nach seiner Auslösung der Bewegung des Aufzugsschlittens folgt und dessen Längsbewegung in eine Drehbewegung einer Abtriebswelle, die den Laststufenschalter betätigt, umgewandelt wird. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass am Sprungschlitten zwei Rollen angeordnet sind, die in einer besonders geometrisch gestalteten Kulisse geführt sind. Dabei wird während des ersten Teils jeder Bewegung des Sprungschlittens nur eine der beiden Rollen in der Kulisse formschlüssig geführt, während die andere Rolle frei beweglich ist; während des zweiten Teils der Bewegung übernimmt die bisher frei bewegliche zweite Rolle die formschlüssige Führung, während dann die bis dahin geführte Rolle frei beweglich wird. Schließend übernimmt während des dritten Teils der Bewegung wieder die am Anfang geführte Rolle die formschlüssige Führung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Laststufenschalter.
Laststufenschalter dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators unter Last. Da diese Umschaltung üblicherweise sprungartig erfolgt, besitzen Laststufenschalter in der Regel einen Kraftspeicher.

Ein solcher Kraftspeicher ist aus der DE-PS 19 56 369 sowie der DE-PS 28 06 282 bereits bekannt. Er wird zu Beginn jeder Betätigung des Laststufenschalters von dessen Antriebswelle aufgezogen, d. h. gespannt. Der bekannte Kraftspeicher besteht im Wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem Sprungschlitten, zwischen denen Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind.

Beim bekannten Kraftspeicher sind Führungsstangen vorgesehen, auf denen Aufzugsschlitten als auch Sprungschlitten unabhängig voneinander längsbeweglich gelagert sind. Gleichzeitig bilden die Führungsstangen die Führung für die Kraftspeicherfedern, derart, dass jeweils eine Kraftspeicherfeder jeweils eine Führungsstange umschließt.

Der Aufzugsschlitten wird durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Exzenter linear relativ zum Sprungsschlitten hin bewegt, dadurch werden die dazwischen befindlichen Kraftspeicherfedern gespannt. Hat der Aufzugsschlitten seine neue Endposition erreicht, wird die Arretierung des Sprungsschlittens gelöst. Dieses folgt nun sprungartig, da unter der Kraft der gespannten Kraftspeicherfedern stehend, der vorangegangenen linearen Bewegung des Aufzugsschlittens ebenfalls linear nach. Aus den eingangs genannten DE-PS 19 56 369 und DE-PS 28 06 282 ist es bekannt, diese sprungartige Bewegung des Sprungschlittens mittels einer Rolle, die in eine Nut eingreift, in eine Drehbewegung einer Abtriebswelle umzuwandeln. Diese bekannte Art der Umwandlung einer Längs- in eine Drehbewegung mittels einer sich drehenden Rolle oder eines Gleitsteins hat den Nachteil, dass am Anfang jeder Bewegung relativ wenig Kraft zur Verfügung steht, etwa in der Mitte jeder Bewegung die Kraft ihr Maximum erreicht und zum Bewegungsende hin wieder abfällt. Dieser Drehmomentverlauf ist für bestimmte Schaltungen, bei denen bei jeder Betätigung eine Vielzahl von Kontakten in einer vorbestimmten Betätigungssequenz nacheinander betätigt werden müssen, ungeeignet. Durch das am Ende der Umschaltung nur noch geringe zur Verfügung stehende Drehmoment besteht außerdem die Gefahr, dass der Laststufenschalter seine Endposition nicht mit Sicherheit erreicht.

Aus der WO 02/31847 ist es weiterhin bekannt, die Längsbewegung des Sprungschlittens mittels einer Verzahnung, in die ein mit der Abtriebswelle verbundenes Zahnrad eingreift, in eine Drehbewegung umzuwandeln. Bei dieser Art der Bewegungsumwandlung ergibt sich eine konstante Kraftentfaltung, was für bestimmte Schaltsequenzen ebenfalls nicht vorteilhaft ist. Außerdem lässt sich der konstante Drehmomentverlauf nicht variieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftspeicher der eingangs genannten Art anzugeben, der auf einfache Weise eine Variierung des Drehmomentverlaufes an der Abtriebswelle, d. h. nach der Umwandlung der Längsbewegung des Sprungschlittens in eine Drehbewegung, gestattet. Insbesondere soll es möglich sein, mit einfachen technischen Mitteln zu erreichen, dass sich die Übersetzungsverhältnisse variieren lassen und dass am Ende der Schaltung ein hohes Drehmoment zur Verfügung steht, das sicherstellt, dass unter allen Umständen die Endposition sicher erreicht wird und der Kraftspeicher wieder verklinkt.

Diese Aufgabe wird durch einen Kraftspeicher mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Kraftspeicher mit seiner Anordnung von zwei Rollen in Verbindung mit dem ebenfalls erfindungsgemäßen Zusammenspiel dieser Rollen mit einer besonders gestalteten Kulisse, in der die Rollen geführt sind und mit deren Flanken sie wechselseitig in Eingriff gelangen, gestattet in weiten Grenzen eine Anpassung der spezifischen Zeit- und Drehmomentverläufe der aus der linearen Sprungbewegung des Sprungschlittens abgeleiteten Drehbewegung einer Antriebswelle an unterschiedlichste Schaltungen und Betätigungssequenzen. Das Übersetzungsverhältnis des Kraftspeichers, sowohl Drehmoment als auch Geschwindigkeit, kann durch den Abstand der beiden Rollen auf einfache Weise verändert werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird insbesondere auch am Ende der Bewegung des Sprungsschlittens und damit der Antriebswelle, wenn die Umschaltung des Laststufenschalters fasst vollzogen ist, ein hohes Drehmoment bereitgestellt.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Kraftspeicher in perspektivischer Darstellung schräg von oben
2 den gleichen Kraftspeicher in anderer perspektivischer Darstellung schräg von unten
3 die Rollenanordnung des erfinderischen Kraftspeichers allein von oben
4 diese Rollenanordnung in schematischer perspektivischer Darstellung schräg von oben.
Die 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Kraftspeicher in unterschiedlichen Darstellungen, wobei nicht in jeder Darstellung alle nachfolgend näher beschriebenen Einzelteile erkennbar und damit auch nicht alle Bezugszeichen eingetragen sind. Zudem sind in der 1 die Kraftspeicherfedern der besseren Darstellung wegen weggelassen.
Wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, ist auch beim hier beschriebenen Kraftspeicher eine mit einer Antriebswelle, die nicht dargestellt ist, in Verbindung stehende Exzenterscheibe 1 vorgesehen, die einen Aufzugsschlitten 3 betätigt, indem sie auf in Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens 3 oben und unten angeordnete Mitnehmerklötze 2 wirkt. Der Kraftspeicher weist in diesem Ausführungsbeispiel drei parallel verlaufende, sich längs der Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens 3 erstreckende Führungsstangen 4, 5 und 6 auf, wobei hier zwei davon von Kraftspeicherfedern 8 umschlossen sind. Auch eine andere Zahl von Führungsstangen und Kraftspeicherfedern ist im Rahmen der Erfindung möglich. Der Aufzugsschlitten 3 weist an seinen beiden Enden Linearlager 7 auf, diese umschließen jeweils eine der Führungsstangen 4 oder 5 oder 6. Mit diesen Linearlagern ist der Aufzugsschlitten 3 stabil gelagert und bei seiner Bewegung definiert geführt. Die Kraftspeicherfedern 8 werden in Bewegungsrichtung oben bzw. unten in jeweils einem verschiebbaren Federsteg mit einem ihrer Enden fixiert und stützen sich dort ab.
Unterhalb des Aufzugsschlittens 3 ist, in der gleichen Richtung wie dieser längsbeweglich, ein Sprungschlitten 9 geführt. Dieser Sprungschlitten 9 weist an seinen beiden Seiten wiederum Linearlager 10 auf, die ebenfalls jeweils eine der Führungsstangen 4 oder 5 oder 6 umschließen. Im Rahmen der Erfindung sind auch andere konstruktive Gestaltungen von Aufzugsschlitten 3 und Sprungschlitten 9 und deren Lagerungen möglich. Wichtig ist allein, dass Aufzugsschlitten 3 und Sprungschlitten 9 jeweils eine lineare Bewegung vollführen, die in den Figuren durch Doppelpfeile angedeutet ist.
Am Sprungschlitten 9 ist, an dessen unterer, dem Aufzugsschlitten 3 abgewandten Seite, ein Ausleger 11 befestigt, der zwei nach unten gerichtete Rollen 12, 13 trägt. Diese Rollen 12, 13 sind derart angeordnet, dass sie sich in einer horizontalen Ebene in einer Linie senkrecht zur Bewegungsrichtung des Sprungschlittens 9 befinden.
Dies ist besonders deutlich aus 4 ersichtlich. Die Bewegungsrichtung des dort gezeigten Auslegers 11, die der des Sprungschlittens 9 entspricht, ist durch einen Doppelpfeil verdeutlicht. In einer senkrecht dazu stehenden Linie sind die beiden Rollen 12, 13 auf dem Ausleger 11 befestigt. Die freien, nach unten gerichteten Rollen selbst sind drehbar.
Die beiden Rollen 12, 13 korrespondieren mit einer besonders ausgebildeten Kulisse 14, die in Form einer Nut in eine Schwungscheibe 15 eingearbeitet ist. Die besonders ausgestaltete Kulisse 14 wird weiter unten noch näher erläutert werden.
Die beschriebene Schwungscheibe 15 ihrerseits steht mit einer Abtriebsnabe 18 in Verbindung, die einen Vielkeil 19 aufweist, die wiederum mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle verbunden ist, die die erzeugte Drehbewegung auf den Laststufenschalter überträgt und diesen dadurch betätigt.
Die bereits erwähnte Kulisse 14 besitzt eine innere Kontur 16 sowie eine äußere Kontur 17, wobei im mittleren Bereich beide Konturen 16, 17 nicht parallel verlaufen. Mit anderen Worten: Die innere Breite der Kulisse 14 ist nicht konstant, sondern verändert sich. Die Kulisse 14 hat eine Y-förmige Kontur, wobei der Abstand zwischen innerer Kontur 16 und äußerer Kontur 17 im Bereich der äußeren Bereiche der drei Schenkel des Y annähernd konstant ist und dem Durchmesser der Rollen 12, 13 zumindest annähernd entspricht. Damit kann in diesen äußeren Bereichen jeweils eine der beiden Rollen 12, 13 formschlüssig geführt sein. In ihrem mittleren Bereich vergrößert sich die Breite der Kulisse 14, so dass in diesem Bereich eine der beiden Rollen 12 oder 13 frei bewegbar ist.
Der Bewegungsablauf bei einem Aufzug des erfindungsgemäßen Kraftspeichers ist folgender: Eine nicht dargestellte Antriebswelle beginnt sich kontinuierlich zu drehen, mit ihr die Exzenterscheibe 1, die auf dem entsprechenden Mitnehmerklotz 2 gleitet und somit den Aufzugsschlitten 3 in Längsrichtung auf den Führungsstangen 4, 5, 6 verschiebt. Dadurch werden die Kraftspeicherfedern 8 gespannt. Hat der Aufzugsschlitten 3 annähernd seine neue Endposition erreicht, sind diese Kraftspeicherfedern 8 maximal vorgespannt. Bis zu diesem Zeitpunkt ist der Sprungschlitten 9 noch arretiert, so dass er der Bewegung des Aufzugsschlittens 3 nicht folgen kann. Kurz vor der neuen Endposition des Aufzugsschlittens 3 wird dann durch ein geeignetes Betätigungselement die Arretierung ausgelöst. Dies ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Im Ergebnis dieser gelösten Arretierung folgt der Sprungschlitten 9 jetzt, bedingt durch die Kraft der gespannten Kraftspeicherfedern 8, sprungartig der Bewegung des Aufzugsschlittens 3 nach. Hat er seine neue Endposition erreicht, erfolgt wieder eine Arretierung, d. h. mechanische Mittel verklinken den Sprungschlitten 9 in der neuen Position wieder; der Kraftspeicher ist bereit für die nächste Schaltung.
Gleichzeitig mit dem ausgelösten Sprungschlitten 9 bewegt sich auch der an diesem befestigte Ausleger 11. Die beiden am Ausleger 11 befestigten Rollen 12, 13 vollziehen auf parallelen Bahnen ebenfalls diese sprungartige lineare Bewegung mit. Zunächst steht eine Rolle 12 im formschlüssigen Eingriff mit der Kulisse 14 der Schwungscheibe 15. Die andere Rolle 13 ist im inneren, breiteren Teil der Kulisse 14 zunächst frei beweglich. Im weiteren Verlauf der linearen Bewegung der beiden Rollen 12, 13 dreht die zunächst im formschlüssigen Eingriff stehende erste Rolle 12 die Schwungscheibe 15, bis die Rolle 12, durch diese Drehung verursacht, den mittleren, breiteren Bereich der Kulisse 14 erreicht. Durch die Drehung der Schwungscheibe 15 verändert sich also die relative Lage der Kulisse 14 in Bezug auf die Rollen 12, 13. In der Folge gerät jetzt die zweite Rolle 13, die bisher frei laufend war, in formschlüssigen Eingriff mit der Kulisse 14 und dreht diese und damit die Schwungscheibe 15 im mittleren Bereich in der gleichen Richtung weiter. Anschließend gelangt wiederum die erste Rolle 12 in formschlüssigen Eingriff, bis die Endstellung erreicht ist. Gleichzeitig gerät die zweite Rolle 13 jetzt wieder außer Eingriff und kann sich ohne Formschluss frei bewegen.
Die lineare Bewegung des Sprungschlittens 9 wird erfindungsgemäß durch die beiden Rollen 12, 13 in drei zeitlich aufeinander folgenden Abschnitten in eine Drehbewegung der Schwungscheibe 15 übertragen: Zunächst durch einen Formschluss der ersten Rolle 12 in der Kulisse 14 bei frei laufender zweiter Rolle 13, dann durch einen Formschluss der zweiten Rolle 13 in der Kulisse 14 bei frei laufender erster Rolle 12, schließlich wieder durch einen Formschluss der ersten Rolle 12 in der Kulisse 14 bei frei laufender zweiter Rolle 13.
Durch die Masse der Schwungscheibe 15 kann auf besonders vorteilhafte Weise noch eine Vergleichmäßigung der erzeugten Drehbewegung erfolgen.
Bei der nächsten Betätigung des Kraftspeichers vollzieht sich der geschilderte Bewegungsablauf von Aufzugsschlitten 3 und Sprungschlitten 9 sowie die Übertragung dessen linearer Bewegung mittels der Rollen 12, 13 und der Kulisse 14 in eine Drehbewegung der Schwungscheibe 15 in die andere Richtung. Die Bewegungsabläufe der einzelnen Bauteile laufen also in entgegengesetzter Richtung ab; der Kraftspeicher besitzt eine linke und eine rechte Endstellung, zwischen denen bei jeder Umschaltung alternierend gewechselt wird.
Durch die beschriebene erfindungsgemäße Umwandlung der linearen in eine Drehbewegung ergeben sich beim Kraftspeicher mehrere Vorteile: Zunächst einmal ist auf einfache Weise eine variable Übersetzung gegeben; das Drehmoment ist gerade am Anfang und am Ende der Betätigung des Laststufenschalters, wenn es benötigt wird, besonders hoch. Besonders am Ende jeder Umschaltung ist ein hohes Drehmoment bedeutsam, um sicherzustellen, dass die Endlage des Kraftspeichers sicher erreicht wird, er in dieser Endlage zuverlässig verklinkt wird und somit der Laststufenschalter seine neue stationäre Position nach der Umschaltung erreicht. Dem trägt die Erfindung Rechnung.
Weiterhin ist die Kulisse 14 hinsichtlich ihrer Geometrie in weiten Grenzen variierbar. Innere Kontur 16 als auch äußere Kontur 17 können in ihrer Form als auch in ihrem Abstand zueinander auf vielfältige Weise verändert werden. Damit ist eine Anpassung an unterschiedlichste Schaltabläufe und Betätigungssequenzen der verschiedensten Laststufenschalter möglich.

Claims

Kraftspeicher für einen Laststufenschalter, wobei ein längsbeweglicher, mit einer Antriebswelle in Verbindung stehender Aufzugsschlitten und ein ebenfalls längsbeweglicher, mit einer Abtriebswelle in Verbindung stehender Sprungschlitten vorgesehen sind, wobei zwischen Aufzugsschlitten und Sprungschlitten mindestens eine Kraftspeicherfeder vorgesehen ist, wobei der Aufzugsschlitten bei jeder Schaltung des Laststufenschalters durch die sich drehende Antriebswelle in alternativ eine von zwei entgegengesetzten Richtungen linear bewegbar ist, derart, dass die mindestens eine Kraftspeicherfeder spannbar ist, wobei nach Erreichen der neuen Endstellung des Aufzugsschlittens der bis dahin arretierte Sprungschlitten auslösbar ist, derart, dass er der Bewegung des Aufzugsschlittens sprungartig nachfolgt und wobei die lineare Bewegung des Sprungschlittens in eine Drehbewegung der Abtriebswelle umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Abtriebswelle zugewandten Seite des Sprungschlittens (9) zwei Rollen (12, 13) angeordnet sind, die in einer ihnen zugewandten drehbaren Kulisse (14) laufen, die ihrerseits mit der Abtriebswelle in Verbindung steht, dass die Kulisse (14) eine derartige innere Kontur (16) sowie äußere Kontur (17) aufweist, dass während eines ersten Teils jeder Bewegung des Sprungschlittens (9) zunächst die erste Rolle (12) in der Kulisse (14) formschlüssig geführt und die zweite Rolle (13) frei beweglich ist, während eines zweiten Teils jeder Bewegung des Sprungschlittens (9) die bis dahin frei bewegliche zweite Rolle (13) formschlüssig geführt und die bis dahin formschlüssig geführte erste Rolle (12) frei beweglich ist und während eines dritten Teils jeder Bewegung wiederum die bis dahin frei bewegliche erste Rolle (12) formschlüssig geführt und die bis dahin formschlüssig geführte zweite Rolle (13) frei beweglich ist.
Kraftspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (14) eine zumindest annähernd Y-förmige Bahn aufweist, wobei der Abstand zwischen innerer Kontur (16) und äußerer Kontur (17) im Bereich der äußeren Bereiche der drei Schenkel der Y-förmigen Bahn konstant ist und im Wesentlichen dem Durchmesser der Rollen (12, 13) entspricht und wobei sich im mittleren Bereich der Kulisse (14) deren Breite vergrößert, derart, dass in diesem Bereich eine der beiden Rollen (12 oder 13) frei bewegbar ist.
Kraftspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Sprungschlitten (9) ein Ausleger (11) befestigt ist, der die beiden Rollen (12, 13) trägt.
Kraftspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (12, 13) in einer horizontalen Ebene und in einer Linie senkrecht zur Bewegungsrichtung des Sprungschlittens (9) angeordnet sind.
Kraftspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (14) in eine Schwungscheibe (15) eingearbeitet ist, die ihrerseits mit der Abtriebswelle in Verbindung steht.