DE102010003787A1

DE102010003787A1 - Drive device for remote operation of a switch

Info

Publication number: DE102010003787A1
Application number: DE102010003787A
Authority: DE
Inventors: Dr. Dölling Andre; Philippe Leray; Steffen Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-13
Also published as: EP2556523A1; WO2011124428A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (1) zur Fernbetätigung eines Schalters über ein Schaltergestänge, insbesondere eines Trennschalters einer Fahrleitungsanlage für Schienenfahrzeuge. Sie umfasst einen Antriebsmotor (2) zur Erzeugung einer Antriebskraft (M) und ein linear geführtes Stellglied (3) zur Übertragung einer Stellkraft (F) auf das Schaltergestänge, welche über eine Umsetzeinrichtung zur Umsetzung der Antriebskraft (M) in die Stellkraft (F) wirkverbunden sind. Indem die Umsetzeinrichtung einen linear geführten und das Stellglied (3) mitnehmenden Schlitten (7) und einen durch den Antriebsmotor (2) zwischen zwei Endpositionen (a, b) drehbaren Antriebshebel (11) aufweist, der mit dem Schlitten (7) zur Umsetzung der Drehbewegung (d) in eine lineare Hubbewegung (H) des Schlittens (7) gekoppelt ist, wird eine Antriebseinrichtung (1) mit einer Kraftkennlinie bereitgestellt, die sich durch hohen Stellkräfte (F) aber niedrige Einlaufgeschwindigkeiten in den Endlagen (A, B) auszeichnet.The invention relates to a drive device (1) for remote actuation of a switch via a switch linkage, in particular an isolating switch of a contact line system for rail vehicles. It comprises a drive motor (2) for generating a driving force (M) and a linearly guided actuator (3) for transmitting an actuating force (F) to the switch linkage, which via a conversion device for converting the drive force (M) into the actuating force (F) are effectively connected. The relocating device has a linearly guided carriage (7) that carries along the actuator (3) and a drive lever (11) which can be rotated between two end positions (a, b) by the drive motor (2) and which is connected to the carriage (7) to implement the Rotary movement (d) is coupled into a linear stroke movement (H) of the slide (7), a drive device (1) with a force characteristic is provided which is characterized by high actuating forces (F) but low entry speeds in the end positions (A, B) .

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung zur Fernbetätigung eines Schalters mittels eines Schaltergestänges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a drive device for remote operation of a switch by means of a switch linkage according to the preamble of claim 1.

Mit derartigen Antriebseinrichtungen werden insbesondere Trennschalter von Fahrleitungsanlagen für Schienenfahrzeuge betätigt. Solche Fahrleitungsanlagen sind in elektrisch trennbare Fahrleitungsabschnitte unterteilt, um unterschiedliche betriebliche und sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen zu können. So müssen etwa gestörte Fahrleitungsabschnitte abschaltbar sein, um den Betrieb des Schienenverkehrs aufrechterhalten zu können. Hierzu sind Fahrleitungsabschnitte über Trennschalter, die auf Höhe der Fahrleitung an Masten, Portalen oder Wänden angeordnet sind, miteinander längs- oder querkuppelbar. Ein Trennschalter weist mit den Fahrleitungen der kuppelbaren Fahrleitungsabschnitte verbundene Kontaktsätze auf, in die zum elektrischen Kontaktschluss ein Trennmesser einläuft bzw. zur Kontaktunterbrechung daraus ausläuft. Die Stellkraft bzw. -bewegung des Trennmessers wird von der bodennah angeordneten Antriebseinrichtung erzeugt und an dieses über eine Distanz von etwa 5 m bis 8 m möglichst verlustfrei durch das Schaltergestänge vermittelt. Die Antriebseinrichtungen weisen elektrische Steuereinrichtungen auf, die vorortbetätigbar und bei ausgedehnten Fahrleitungsanlagen für Schienennetze des Fernverkehrs oder bei Notwendigkeit von häufigen Schalthandlungen auch fernbetätigbar sind. Für Notfälle sind die Antriebseinrichtungen aber auch von Hand betätigbar.With such drive devices in particular disconnectors of catenary systems for rail vehicles are operated. Such catenary systems are divided into electrically separable catenary sections in order to meet different operational and safety requirements. For example, disturbed catenary sections must be able to be switched off in order to be able to maintain the operation of the rail traffic. For this purpose, catenary sections via disconnectors, which are arranged at the height of the catenary on masts, portals or walls, with each other longitudinally or cross-coupled. A circuit breaker has contact lines connected to the catenary lines of the detachable catenary sections, into which a disconnect blade enters for the electrical contact closure or terminates therefrom for contact interruption. The actuating force or movement of the separating knife is generated by the drive means arranged near the ground and imparted to it as lossless as possible through the switch linkage over a distance of about 5 m to 8 m. The drive devices have electrical control devices that are on site and in remote catenary systems for long-distance rail networks or in the event of frequent switching operations also remotely controlled. For emergencies, the drive devices but also manually operated.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 55 301 A1 ist ein Schalterfernantrieb bekannt, der einen innerhalb eines Gehäuses angeordneten Antriebsmotor aufweist. Der Antriebsmotor versetzt über ein Umlenkgetriebe eine aus dem Gehäuse ragende Antriebswelle in Drehbewegung, an deren äußerem Ende ein Stellhebel befestigt ist. Das Umlenkgetriebe umfasst eine Gewindespindel, die vom Antriebsmotor über einen Riemen in eine Drehbewegung versetzt wird, welche eine von ihr geführte Spindelmutter in eine Linearbewegung umsetzt. Diese wird über ein Umlenkungsglied mit von der Spindelmutter getriebener Kulisse wiederum in die Drehbewegung der Antriebswelle umgesetzt. Die Drehbewegung des Stellhebels erfolgt zwischen zwei Endlagen und wird über eine Befestigungseinrichtung auf das Antriebsgestänge als Hubbewegung übertragen.From the publication DE 199 55 301 A1 For example, a remote switch drive is known, which has a drive motor arranged within a housing. The drive motor offset via a deflection gear projecting from the housing drive shaft in rotary motion, at the outer end of a lever is fixed. The deflection gear comprises a threaded spindle, which is offset by the drive motor via a belt in a rotational movement, which converts a guided by her spindle nut in a linear movement. This is in turn implemented via a deflection member driven by the spindle nut backdrop in the rotational movement of the drive shaft. The rotary movement of the actuating lever takes place between two end positions and is transmitted via a fastening device on the drive linkage as a lifting movement.

Derartige elektromechanische Antriebseinrichtungen mit rotatorischer Bewegung des Kraftübertragungspunktes vom Stellglied auf das Schaltergestänge weisen eine für Trennschalter günstige Kraftkennlinie auf, die sich durch eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit zwischen den Endlagen mit geringer Stellkraft und eine niedrige Ein- bzw. Auslaufgeschwindigkeit in die bzw. aus der Endlage mit hoher Stellkraft auszeichnet. Allerdings bedingen diese Antriebseinrichtungen einerseits eine spezielle Führung des Schaltergestänges, andererseits handelt es sich um sehr platzaufwendige Konstruktionen mit großen Gehäusen und außen aufgesetztem Drehhebel. Dies schränkt den Einsatz solcher Antriebseinrichtungen ein, da eine Integration in Maste – wie es häufig bei Fahrleitungsanlagen für Nahverkehr-Schienennetze gefordert ist – ausgeschlossen ist.Such electromechanical drive means with rotational movement of the power transmission point from the actuator to the switch linkage have a circuit breaker favorable force characteristic, characterized by a high speed of movement between the end positions with low actuating force and a low entry or exit speed in or out of the end position with high Stellkraft distinguished. However, these drive means require on the one hand a special leadership of the switch linkage, on the other hand, it is very space consuming constructions with large enclosures and externally mounted rotary lever. This limits the use of such drive devices, since integration in masts - as is often required in catenary systems for local rail networks - is excluded.

Daneben sind elektromechanische Antriebseinrichtungen mit linearer Bewegung des Kraftübertragungspunktes vom Stellglied auf das Schaltergestänge bekannt. Hierbei wird die Drehbewegung eines Elektromotors über einen Spindeltrieb mit Gewindemutter in eine lineare Bewegung einer Stellstange umgesetzt. Akzeptable Schaltzeiten von beispielsweise 10 s weist beispielsweise ein Kugelgewindetrieb auf, bei dem sich Kugeln in Laufrillen zwischen Gewindespindel und Spindelmutter bewegen, die beim Drehen der Gewindespindel axial wandern. In der Spindelmutter ist ein Rückführkanal ausgebildet, der die Kugeln wieder zurück befördert. Nachteilig sind jedoch die lange Handbetätigungszeit von circa 4 min und die über die Hublänge konstante Kraftkennlinie. Darüber hinaus ist von Nachteil, dass die Selbsthemmung des Kugelgewindetriebs in den Endlagen des Stellglieds nur über aufwendige Konstruktionen, wie zum Beispiel durch eine Schlingenfederbremse, realisiert werden kann. Eine Selbstsicherung der Antriebseinrichtung in den Endlagen ist jedoch erforderlich, damit die Kontakte im Trennschalter bei hohen Fehlerströmen oder durch das hohe Eigengewicht des Schaltergestänges nicht aufgetrennt werden.In addition, electromechanical drive means with linear movement of the power transmission point from the actuator to the switch linkage are known. Here, the rotational movement of an electric motor via a spindle drive with threaded nut is converted into a linear movement of an actuating rod. Acceptable switching times of, for example, 10 s, for example, has a ball screw, in which balls move in grooves between the threaded spindle and the spindle nut, which move axially when turning the threaded spindle. In the spindle nut, a return channel is formed, which conveys the balls back again. The disadvantage, however, are the long manual operation time of approximately 4 minutes and the constant force characteristic over the stroke length. In addition, it is disadvantageous that the self-locking of the ball screw in the end positions of the actuator can be realized only on elaborate structures, such as by a loop spring brake. A self-assurance of the drive device in the end positions is required, however, so that the contacts in the circuit breaker are not separated at high fault currents or by the high weight of the switch linkage.

Die Veröffentlichung EP 0 973 183 A2 offenbart eine Antriebseinrichtung für einen Trennschalter mit einem Gehäuse, in welchem eine durch einen Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpeinheit, ein durch diese betätigbarer hydraulischer Stellzylinder und eine mit diesem mechanisch über einen Mitnehmer gekoppelte Stellstange angeordnet sind. Der Trennschalter umfasst ferner eine hydraulische Sperreinrichtung, um ein Verstellen des Stellgliedes zu verhindern.The publication EP 0 973 183 A2 discloses a drive device for a circuit breaker with a housing in which a driven by an electric motor hydraulic pump unit, an operable by this hydraulic actuating cylinder and a mechanically coupled thereto via a driver control rod are arranged. The circuit breaker further comprises a hydraulic locking device to prevent an adjustment of the actuator.

Derartige Antriebseinrichtungen mit linearer Bewegung des Kraftübertragungspunktes vom Stellglied auf das Schaltergestänge können sehr schlank ausgeführt werden und sind daher auch zur Integration in Maste geeignet. Darüber erfüllen solche elektrohydraulischen Antriebseinrichtungen auch hinsichtlich Schaltkraft und Schaltzeit die an sie gestellten Funktionsanforderungen. Jedoch verursachen diese aufgrund ihrer Antriebsart sehr hohe Kosten bei Anschaffung und Instandhaltung. So handelt es sich bei elektrohydraulische Antriebseinrichtungen um Sonderlösungen, da Hydrauliköle ansonsten in Fahrleitungsanlagen nicht zum Einsatz kommen. Dies erfordert eine spezielle Schulung des Instandhaltungspersonals über eine sachgemäße Durchführung von Instandhaltungsarbeiten, bei welchen auch Vorschriften zum Umweltschutz zu beachten sind.Such drive means with linear movement of the power transmission point from the actuator to the switch linkage can be made very slim and are therefore also suitable for integration in masts. In addition, such electro-hydraulic drive devices also meet with regard to switching power and switching time the functional requirements placed on them. However, these cause due to their drive very high costs for purchase and maintenance. That is how it is Electro-hydraulic drive systems with special solutions, since hydraulic oils are otherwise not used in overhead line systems. This requires a special training of the maintenance personnel on the proper execution of maintenance work, in which also environmental protection regulations are to be observed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung bereitzustellen, die kurze elektrische und manuelle Schaltzeiten bei einer Kraftkennlinie aufweist, die sich durch hohen Stellkräfte aber niedrige Einlaufgeschwindigkeiten in den Schalterendlagen auszeichnet.The invention is therefore based on the object to provide a generic drive device which has short electrical and manual switching times at a power curve, which is characterized by high actuating forces but low inlet speeds in the Schalterendlagen.

Die Antriebseinrichtung soll in den Schalterendlagen gegen unbeabsichtigtes Verstellen des Stellglieds gesichert sein. Schließlich soll die Antriebseinrichtung nur einen geringen Platzbedarf und einen niedrigen Wartungsaufwand erfordern.The drive device should be secured in the Schalterendlagen against unintentional adjustment of the actuator. Finally, the drive device should only require a small footprint and low maintenance.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach weist die Umsetzeinrichtung einen linear geführten und das Stellglied mitnehmenden Schlitten und einen durch den Antriebsmotor zwischen zwei Endpositionen drehbaren Antriebshebel auf, der mit dem Schlitten zur Umsetzung der Drehbewegung in eine lineare Hubbewegung des Schlittens gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße elektromechanische Antriebsart verwirklicht eine lineare Bewegung des Kraftübertragungspunktes auf das Stellglied ohne Verwendung hydraulischer Komponenten. Durch die erfindungsgemäße Umsetzung von Antriebsmoment in Stellkraft nach Art eines Malteserkreuzgetriebes wird eine vorteilhafte Kraftkennlinie erzielt, derzufolge bei geringer Hubgeschwindigkeit des Schlittens nahe seiner Endlagen eine hohe Stellkraft für einen sicheren Kontaktschluss im Trennschalter übertragen wird.The object is achieved by a drive device of the type mentioned above with the features specified in the characterizing part of claim 1. Accordingly, the transfer device has a linearly guided and the actuator entraining carriage and a rotatable by the drive motor between two end positions drive lever which is coupled to the carriage for the implementation of the rotational movement in a linear lifting movement of the carriage. The electromechanical drive of the invention realizes a linear movement of the power transmission point on the actuator without the use of hydraulic components. The inventive implementation of drive torque in actuating force in the manner of a Maltese cross gear, an advantageous force curve is achieved, consequently, at low lifting speed of the carriage near its end positions, a high force is transmitted for a secure contact closure in the circuit breaker.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung weist der Antriebshebel einen Antriebsbolzen auf, welcher in einen sich quer zur Hubbewegung erstreckenden Führungsschlitz des Schlittens derart eingreift, dass er bei einer Drehbewegung des Antriebshebels den Führungsschlitz entlangfährt und dabei eine Stellkraft auf den Schlitten in Hubrichtung überträgt. Die vorteilhafte Kraftkennlinie kann so durch die Geometrie des Schlittens, also des Eingriffswinkels zwischen Antriebsbolzen und Führungsschlitz, angepasst werden.In a preferred embodiment of the drive device according to the invention, the drive lever has a drive bolt, which engages in a transversely to the lifting movement extending guide slot of the carriage so that it moves along the guide slot during a rotational movement of the drive lever and thereby transmits a force on the carriage in the stroke direction. The advantageous force characteristic can be adjusted by the geometry of the carriage, so the pressure angle between the drive pin and guide slot.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung weist der Schlitten zwei Ausnehmungen auf, in welche eine Arretierscheibe des Antriebshebels bei Erreichen einer der Endlage durch den Schlitten derart eingreift, dass dieser in seiner jeweiligen Endlage arretiert ist. Durch Anpassung der Formen von Arretierscheibe und Ausnehmung kann in den Endlagen des Schlittens ein passgenauer Formschluss hergestellt werden, der den Schlitten in seinen Endlagen gegen ungewollte Verstellung arretiert. Diese Verstellsicherung ist wichtig bei Eintrag einer äußeren Kraft über das Stellglied, beispielsweise bei hohem Eigengewicht des Schaltergestänges oder bei hohen Fehlerströmen in den Trennschaltern.In an advantageous embodiment of the drive device according to the invention, the carriage has two recesses into which a locking disc of the drive lever engages upon reaching one of the end position by the carriage so that it is locked in its respective end position. By adapting the shapes of the locking disc and recess a precise fit can be made in the end positions of the carriage, which locks the carriage in its end positions against unwanted adjustment. This adjustment is important for entry of an external force on the actuator, for example, at high dead weight of the switch linkage or high fault currents in the circuit breakers.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist der Antriebshebel drehfest mit einem Schneckenrad verbunden, welches mit einer Schneckenwelle in Eingriff steht. Mittels des Schneckentriebs erfolgt eine Zweitanpassung von Drehzahl und Drehmoment im Antriebsstrang. Durch eine Untersetzung wird die Drehzahl verringert und das Drehmoment wird um 90° umgelenkt.In an advantageous embodiment of the drive device according to the invention, the drive lever is non-rotatably connected to a worm wheel, which is in engagement with a worm shaft. By means of the worm drive a second adjustment of speed and torque in the drive train. By reducing the speed is reduced and the torque is deflected by 90 °.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung sind Schneckenwelle und Antriebsmotor über eine Trennvorrichtung koppelbar. Die Trennvorrichtung dient zum Ausgleich von Längsversatz und Winkelstellung zwischen Antriebsmotorwelle und Schneckenwelle. Sie kann beispielsweise als drehelastische Klauenkupplung ausgeführt sein, die sich durch ein kleines Baumaß, geringes Gewicht und niedriges Schwungmoment bei hoher Drehmomentübertragung auszeichnet. Es kann auch vorgesehen sein, den Antriebsmotor im ferngesteuerten Betrieb über die Trennvorrichtung oder mittels einer Zusatzeinrichtung an- bzw. abzukoppeln. Die Trennvorrichtung kann auch als Überlastschutz dienen, indem sie durch eine Begrenzung der übertragbaren Antriebsmoments die auf das Stellglied übertragbare Stellkraft begrenzt.In a preferred embodiment of the drive device according to the invention, the worm shaft and the drive motor can be coupled via a separating device. The separator serves to compensate for longitudinal offset and angular position between the drive motor shaft and worm shaft. It can for example be designed as a torsionally flexible claw coupling, which is characterized by a small dimension, low weight and low moment of inertia with high torque transmission. It can also be provided to connect or disconnect the drive motor in remote-controlled operation via the separating device or by means of an additional device. The separation device can also serve as overload protection by limiting the transferable to the actuator force by limiting the transmittable drive torque.

Mit Vorteil ist zwischen Trennvorrichtung und Antriebsmotor der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ein Zwischengetriebe geschaltet. Das Zwischengetriebe kann als Planetengetriebe ausgeführt sein und dient der Erstanpassung von Drehzahl und Drehmoment im Antriebsstrang. Durch eine Untersetzung kann die elektrische Antriebsleistung und damit die Baugröße des Antriebsmotors reduziert werden.Advantageously, an intermediate gear is connected between the separating device and the drive motor of the drive device according to the invention. The intermediate gear can be designed as a planetary gear and serves the Erstanpassung of speed and torque in the drive train. By reducing the electrical drive power and thus the size of the drive motor can be reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist die Schneckenwelle über eine Handbetätigung antreibbar. Die Handbetätigung kann als Handkurbel ausgeführt sein, die über Kegelräder die Schneckenwelle antreibt. Dabei kann die Übersetzung der Kegelräder so gewählt werden, dass bei Abkupplung des Antriebsmotors eine akzeptabel geringe Handbetätigungszeit realisierbar ist.In a further preferred embodiment of the drive device according to the invention, the worm shaft can be driven via a manual operation. The manual override can be designed as a hand crank, which drives the worm shaft via bevel gears. In this case, the translation of the bevel gears can be chosen so that when uncoupling the drive motor an acceptable low manual operation time can be realized.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist mittels Endlagenschaltern die Drehbewegung des Antriebshebels bei Erreichen vorgebbarer Endpositionen der Drehbewegung abschaltbar. Die Endlagenschalter können an einem Lagerblock der den Antriebshebel treibenden Hauptwelle angebracht sein und durch einen mit der Hauptwelle verbundenen Nocken ausgelöst werden. Sie dienen dazu, die Drehbewegung des Antriebshebels bei Erreichen seiner Endpositionen automatisch durch Abschalten des Antriebsmotors zu begrenzen. Indem der Schlitten seine Endlage erreicht, bevor der Antriebshebel an seine Endposition gelangt, wird ein freier An- und Auslauf des Antriebsmotors ermöglicht, während dessen der Antriebshebel den Schlitten noch nicht bzw. nicht mehr bewegt. In a further advantageous embodiment of the drive device according to the invention the rotational movement of the drive lever can be switched off by means of limit switches upon reaching predefinable end positions of the rotational movement. The limit switches may be mounted on a bearing block of the drive shaft driving main shaft and triggered by a cam connected to the main shaft. They serve to limit the rotational movement of the drive lever when it reaches its end positions automatically by switching off the drive motor. By the carriage reaches its end position before the drive lever reaches its end position, a free start and stop of the drive motor is made possible during which the drive lever does not move the carriage or not.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in derenFurther advantages and features of the drive device according to the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to the drawings, in which

1 die Antriebseinrichtung ohne Gehäusedeckel in perspektivischer Ansicht, 1 the drive device without housing cover in perspective view,

2–5 Schlitten und Antriebshebel in vier unterschiedlichen Bewegungspositionen der Hubbewegung, und 2 - 5 Carriage and drive lever in four different movement positions of the lifting movement, and

6 eine Kraftkennlinie der Antriebseinrichtung schematisch veranschaulicht sind. 6 a force characteristic of the drive device are illustrated schematically.

Gemäß 1 umfasst eine Antriebseinrichtung 1 zur Fernbetätigung eines nicht dargestellten Trennschalters über ein ebenfalls nicht dargestelltes Schaltergestänge einen Antriebsmotor 2, der als ein permanent erregter Gleichstrommotor ausgebildet ist und ein Antriebsmoment M erzeugt. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst ferner ein linear geführtes Stellglied 3, welches als Schaltstange mit Gabelkopf ausgeführt ist und zur Übertragung einer Stellkraft F auf das Schaltergestänge dient. Das Stellglied 3 ist über eine Umsetzeinrichtung mit dem Antriebsmotor 2 derart wirkverbunden, dass sie das Antriebsmoment M in die Stellkraft F umgesetzt. Die Umsetzeinrichtung ist in einem länglichen Gehäuse angeordnet, von dem nur eine längliche rechteckige Grundplatte 4 nicht aber ein Gehäusedeckel dargestellt ist. Der Antriebsmotor 2 ist über ein Winkelblech 5 an einer Schmalseite auf der Grundplatte 4 festgesetzt, wobei sich eine Antriebswelle des Antriebsmotors 2 parallel zur Bewegungsrichtung H des Stellgliedes 3 erstreckt. Das Stellglied 3 ragt an der dem Antriebsmotor 2 gegenüber liegenden Seite der Grundplatte 4 durch das Gehäuse und ist durch eine auf der Grundplatte 4 festgesetzte Lagerbuchse 6 linear geführt.According to 1 includes a drive device 1 for remote operation of a disconnector, not shown, via a likewise not shown switch linkage a drive motor 2 , which is designed as a permanent-magnet DC motor and generates a drive torque M. The drive device 1 further comprises a linearly guided actuator 3 , which is designed as a shift rod with clevis and is used to transmit a force F on the switch linkage. The actuator 3 is about a conversion device with the drive motor 2 operatively connected in such a way that it converts the drive torque M into the actuating force F. The transfer device is arranged in an elongated housing, of which only an elongated rectangular base plate 4 but not a housing cover is shown. The drive motor 2 is about an angle sheet 5 on a narrow side on the base plate 4 fixed, with a drive shaft of the drive motor 2 parallel to the direction H of the actuator 3 extends. The actuator 3 protrudes at the drive motor 2 opposite side of the base plate 4 through the case and is through one on the base plate 4 fixed bearing bush 6 linearly guided.

Die Umsetzeinrichtung weist erfindungsgemäß einen Schlitten 7 auf, der innerhalb und in Längsrichtung des Gehäuses eine lineare Hubbewegung H zwischen zwei Endlagen A bzw. B ausführen kann und dabei das Stellglied 3 mitnimmt. Der Schlitten 7 ist durch eine senkrecht auf die Grundplatte 4 gestellte Formplatte gebildet, die teilweise in ein Langloch 8 der Grundplatte 4 hineinragt. Der Schlitten 7 ist mit zwei parallel zur Hubbewegung H ausgerichteten Führungsstangen 9 verbunden, welche in Gleitbuchsen eines sich auf der Grundplatte 4 abstützenden ersten Lagerblocks 10 geführt sind. Durch die Anordnung der Führungsstangen 9 seitlich des Schlittens 7 kann mit Vorteil Bauraum in der Höhe gespart werden. Der Schlitten 7 ist mit einem Antriebshebel 11, der durch den Antriebsmotor 2 zwischen zwei Endpositionen a bzw. b drehbar ist, zur Umsetzung der Drehbewegung d in die lineare Hubbewegung H des Schlittens 7 gekoppelt. Hierzu weist der Antriebshebel 11 einen Antriebsbolzen 12 auf, welcher in einen sich quer zur Hubbewegung H erstreckenden Führungsschlitz 13 in der Mitte des Schlittens 7 eingreift. Wird der Antriebshebel 11 gedreht, so fährt der Antriebsbolzen 12 den Führungsschlitz 13 entlang und überträgt dabei eine aus seiner jeweiligen Position im Führungsschlitz 13 und aus dem Antriebsmoment M des Antriebshebels 11 resultierende Stellkraft F auf den Schlitten 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Antriebshebel 11 durch zwei parallel angeordnete, deckungsgleiche, eiförmige Bleche gebildet, zwischen welchen der Antriebsbolzen 12 und eine kreissektorförmige Arretierscheibe 14 angeordnet sind. Der Schlitten 7 weist symmetrisch zum Führungsschlitz 13 zwei Ausnehmungen 15 auf, in welche die Arretierscheibe 14 bei Erreichen einer der Endlagen A bzw. B durch den Schlitten 7 derart eingreift, dass dieser in seiner jeweiligen Endlage A bzw. B arretiert ist. Zu den Details der Bewegungsübertragung und der Endlagenarretierung wird auf die Beschreibung zu den 2 bis 5 weiter unten verwiesen.The transfer device according to the invention comprises a carriage 7 on, which can perform a linear stroke H between two end positions A and B within and in the longitudinal direction of the housing and the actuator 3 entraining. The sled 7 is through a perpendicular to the base plate 4 Asked mold plate formed partially in a slot 8th the base plate 4 protrudes. The sled 7 is with two parallel to the stroke H aligned guide rods 9 connected, which in sliding bushes one on the base plate 4 supporting first bearing block 10 are guided. By the arrangement of the guide rods 9 side of the carriage 7 can be saved with advantage space in height. The sled 7 is with a drive lever 11 that by the drive motor 2 is rotatable between two end positions a and b, for the implementation of the rotational movement d in the linear stroke H of the carriage 7 coupled. For this purpose, the drive lever 11 a drive bolt 12 on, which in a transverse to the lifting movement H extending guide slot 13 in the middle of the carriage 7 intervenes. Will the drive lever 11 turned, so drives the drive bolt 12 the guide slot 13 along and transmits one from its respective position in the guide slot 13 and from the drive torque M of the drive lever 11 resulting force F on the carriage 7 , In the illustrated embodiment, the drive lever 11 formed by two parallel, congruent, egg-shaped sheets, between which the drive bolt 12 and a circular sector-shaped locking disc 14 are arranged. The sled 7 points symmetrically to the guide slot 13 two recesses 15 on, in which the locking disc 14 upon reaching one of the end positions A and B by the carriage 7 engages such that it is locked in its respective end position A and B respectively. To the details of the motion transmission and the Endlagenarretierung is on the description of the 2 to 5 referenced below.

Die Umsetzeinrichtung umfasst weiter ein Schneckenrad 16, welches drehfest mit dem Antriebshebel 11 verbunden ist und auf einer gemeinsamen Hauptwelle sitzt, die im ersten Lagerblock 10 und in einem diesem gegenüber liegenden zweiten Lagerblock 17 drehbar gelagert ist. Das Schneckenrad 16 wird von einer Schneckenwelle 18 getrieben, die einen Schneckentrieb zur Umlenkung des Antriebsmoments M um 90° und zur Drehzahlanpassung bilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht zwischen Schneckenwelle 18 und Schneckenrad 16 ein Übersetzungsverhältnis von i = 19. Die Schneckenwelle 18 erstreckt sich in Längsrichtung des Gehäuses und ist in einem dritten Lagerblock 19 und einem vierten Lagerblock 20 drehbar gelagert. Die Schneckenwelle 18 ist mit dem Antriebsmotor 2 über eine mechanische Trennvorrichtung 21 koppelbar. Anders als im dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Trennvorrichtung 21 dazu ausgebildet sein, sowohl Vorort mechanisch als auch elektrisch aus der Ferne betätigt zu werden, um den Antriebsmotor 2 zuschalten oder abtrennen zu können. Sie kann auch zur Begrenzung des übertragenen Drehmoments M im Sinne eines Überlastschutzes dienen, wodurch die in das Stellglied 3 eingeprägte Stellkraft F begrenzt wird. Zwischen Trennvorrichtung 21 und Antriebsmotor 2 ist ein als Planetengetriebe ausgebildetes Zwischengetriebe 22 geschaltet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Übersetzungsverhältnis von i = 12 zwischen Antriebswelle des Antriebsmotors 2 und Schneckenwelle 18 aufweist. Hierdurch werden zur Reduzierung der erforderlichen Antriebsleistung und Baugröße des Antriebsmotors 2 die Drehzahl und das Drehmoment M angepasst. Alternativ zum Antriebsmotor 2 kann die Schneckenwelle 18 auch über eine Handbetätigung 23 angetrieben werden. Die Handbetätigung 23 kann als Handkurbel ausgeführt sein, deren Drehbewegung im dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei Kegelräder 24 auf die Schneckenwelle 18 übertragen wird. Wenn der Antriebsmotor 2 über die Trennvorrichtung 21 von der Schneckenwelle 18 abkuppelbar ist, kann das Übersetzungsverhältnis der Kegelräder 24 im Hinblick auf eine minimale Schaltzeit bei manueller Betätigung optimiert werden. Am zweiten Lagerblock 17 sind zwei Endlagenschalter 25 angeordnet, die durch einen Nocken 26 auf der Hauptwelle zur Abschaltung der Drehbewegung d des Antriebshebels 11 ausgelöst werden, wenn der Antriebshebel 11 eine seiner Endpositionen a bzw. b erreicht hat, was damit einhergeht, dass der Schlitten 7 eine seiner Endlagen A bzw. B erreicht hat. Durch die automatische Abschaltung der Drehbewegung d des Antriebshebels 11 kann wiederum Bauraum in der Höhe der Antriebseinrichtung 1 gespart werden.The conversion device further comprises a worm wheel 16 , which rotatably with the drive lever 11 connected and sitting on a common main shaft in the first storage block 10 and in a second storage block opposite this 17 is rotatably mounted. The worm wheel 16 gets from a worm shaft 18 driven, which form a worm drive for deflecting the drive torque M by 90 ° and for speed adjustment. In the illustrated embodiment, there is between worm shaft 18 and worm wheel 16 a gear ratio of i = 19. The worm shaft 18 extends in the longitudinal direction of the housing and is in a third bearing block 19 and a fourth storage block 20 rotatably mounted. The worm shaft 18 is with the drive motor 2 via a mechanical separator 21 coupled. Unlike in the illustrated embodiment, the separation device 21 be designed to be both suburb mechanical and electrically operated remotely to the drive motor 2 to switch on or disconnect. It can also serve to limit the transmitted torque M in terms of overload protection, which in the actuator 3 impressed force F is limited. Between separator 21 and drive motor 2 is designed as a planetary gear intermediate gear 22 switched, in the illustrated embodiment, a gear ratio of i = 12 between the drive shaft of the drive motor 2 and worm shaft 18 having. As a result, to reduce the required drive power and size of the drive motor 2 adjusted the speed and the torque M. Alternative to the drive motor 2 can the worm shaft 18 also over a manual operation 23 are driven. The manual operation 23 can be designed as a hand crank whose rotational movement in the illustrated embodiment via two bevel gears 24 on the worm shaft 18 is transmitted. When the drive motor 2 over the separator 21 from the worm shaft 18 can be uncoupled, the gear ratio of the bevel gears 24 be optimized for a minimum switching time with manual operation. At the second storage block 17 are two limit switches 25 arranged by a cam 26 on the main shaft to switch off the rotational movement d of the drive lever 11 be triggered when the drive lever 11 has reached one of its end positions a and b respectively, which goes hand in hand with the sled 7 has reached one of its end positions A and B respectively. By the automatic shutdown of the rotary motion d of the drive lever 11 can turn space in the height of the drive device 1 be saved.

Die vom linear geführten Schlitten 7 ausgeführte Hubbewegung H findet zwischen einer ersten Endlage A, in der gemäß 2 das mitgenommene Stellglied 3 ausgefahren ist, und einer zweiten Endlage B, in der gemäß 5 das Stellglied 3 eingefahren ist, statt. Entsprechend befindet sich der Antriebshebel 11 bezüglich seiner Drehbewegung gemäß 2 in einer ersten Endposition a und gemäß 5 in einer zweiten Endposition b. In diesen Endpositionen a bzw. b greift der Antriebsbolzen 12 des Antriebshebels 11 nicht in den Führungsschlitz 13 des Schlittens 7 ein. Stattdessen schmiegt sich die Arretierscheibe 14 über etwa 90° ihres Kreisumfangs in jeweils eine der kreisförmigen Ausnehmungen 15 des Schlittens 7, so dass dieser in seiner jeweiligen Endlage A bzw. B formschlüssige gegen ein unbeabsichtigtes Verstellen durch Krafteinwirkung aus dem Schaltgestänge arretiert ist.The linear guided slide 7 executed stroke movement H takes place between a first end position A, in accordance with 2 the entrained actuator 3 is extended, and a second end position B, in accordance with 5 the actuator 3 retracted, instead. Accordingly, the drive lever is located 11 in terms of its rotational movement according to 2 in a first end position a and according to 5 in a second end position b. In these end positions a and b, the drive pin engages 12 of the drive lever 11 not in the guide slot 13 of the sled 7 one. Instead, the locking disc hugs 14 over about 90 ° of its circumference in each case one of the circular recesses 15 of the sled 7 , so that it is positively locked in its respective end position A and B against unintentional adjustment by force from the shift linkage.

Bei Betätigung der Antriebseinrichtung 1 durch den Antriebsmotor 2 oder durch eine Handkurbel 23 wird über den Schneckentrieb die Hauptwelle mit Schneckenrad 16 und damit der Antriebshebel 11 in Drehbewegung d versetzt, die beginnend mit 2 bis 5 im Uhrzeigersinn orientiert ist. Erreicht der Antriebsbolzen 12 gemäß 3 die Oberseite des Schlittens 7, helfen zwei abgerundete Kanten an der Öffnung des Führungsschlitzes 13 das Eingleiten des Antriebsbolzens 12 in den Führungsschlitz 13. Sobald sich der Antriebsbolzen 12 im Führungsschlitz 13 befindet, erzwingt seine weitere Drehbewegung d, dass der Schlitten 7 längs seiner Führung im dargestellten Ausführungsbeispiel nach links bewegt wird. Während der Antriebsbolzen 12 bei fortschreitender Drehbewegung d den Führungsschlitz 13 entlangfährt, überträgt er auf den Schlitten 7 eine in Hubbewegung H gerichtete Stellkraft F, deren Größe durch die jeweilige Drehposition und das Antriebsmoment M des Antriebshebels 11 bestimmt ist. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des Antriebhebels 11 ist auch die Lineargeschwindigkeit des Schlittens 7 in Hubrichtung H von der jeweiligen Drehposition des Antriebshebels 11 abhängig. Der Schlitten 7 erfährt seine maximale Lineargeschwindigkeit, wenn der Antriebsbolzen 12 seinen Umkehrpunkt am unteren Ende des Führungsschlitzes 13 durchläuft, wie in 4 dargestellt. Der Schlitten 7 hat dort einen halben Hub zurückgelegt. Die zweite Hubhälfte erfolgt dann spiegelbildlich zur ersten, bis der Antriebsbolzen 12 den Führungsschlitz 13 wieder verlässt. Der Antriebshebel 11 läuft dann frei aus, bis gemäß 5 die Arretierscheibe 14 formschlüssig in die andere Ausnehmung 15 des Schlittens 7 eingreift. Die Lineargeschwindigkeit des Schlittens 7 nimmt dabei von ihrem Maximalwert kosinusförmig ab, so dass bei Einlaufen in die Endlagen A bzw. B sehr hohe Stellkräfte auf den Schlitten 7 übertragen werden.Upon actuation of the drive device 1 through the drive motor 2 or by a hand crank 23 becomes via the worm drive the main shaft with worm wheel 16 and thus the drive lever 11 offset in rotational motion d, starting with 2 to 5 oriented in a clockwise direction. Reached the drive bolt 12 according to 3 the top of the sled 7 , two rounded edges help at the opening of the guide slot 13 the sliding of the drive bolt 12 in the guide slot 13 , As soon as the drive bolt 12 in the guide slot 13 is, forcing his further rotational movement d, that of the sled 7 along its guide in the illustrated embodiment is moved to the left. During the drive bolt 12 with progressive rotation d the guide slot 13 He passes on the sledge 7 a directed in lifting movement H actuating force F, whose size by the respective rotational position and the drive torque M of the drive lever 11 is determined. At constant angular velocity of the drive lever 11 is also the linear velocity of the carriage 7 in the stroke direction H from the respective rotational position of the drive lever 11 dependent. The sled 7 experiences its maximum linear velocity when the drive pin 12 its turning point at the bottom of the guide slot 13 goes through, as in 4 shown. The sled 7 has covered there half a stroke. The second stroke half is then mirrored to the first, until the drive pin 12 the guide slot 13 leaves again. The drive lever 11 then runs free, according to 5 the locking disc 14 positively in the other recess 15 of the sled 7 intervenes. The linear speed of the carriage 7 decreases cosinusoidally from its maximum value, so that when entering the end positions A and B very high restoring forces on the slide 7 be transmitted.

6 zeigt die Kraftkennlinie einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 1, bei der eine normierte Stellkraft F in Abhängigkeit des Hubs H aufgetragen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Hublänge des Schlittens 7 zwischen seinen Endlagen A bzw. B 200 mm. Die Stellkraft F ist normiert auf die bei einer Hubposition von 20 mm bzw. 180 mm übertragene Stellkraft. Durch die hohen Stellkräfte in den Endlagen A bzw. B werden die Kontakte in einem Trennschalter sicher geöffnet, auch wenn dieser aufgrund seltener Betätigung, mangelnder Wartung oder Schnee- und Eisbehang schwergängig ist oder wenn gar zwei oder mehr Trennschalter parallel betätigt werden müssen. 6 shows the force characteristic of a drive device according to the invention 1 , in which a normalized force F is plotted as a function of the stroke H. In the illustrated embodiment, the stroke length of the carriage 7 between its end positions A and B 200 mm. The actuating force F is normalized to the force transmitted at a stroke position of 20 mm or 180 mm. Due to the high actuating forces in the end positions A and B, the contacts are safely opened in a circuit breaker, even if this is difficult due to infrequent operation, lack of maintenance or snow and Eisbehang or if even two or more disconnectors must be operated in parallel.

Zusammengefasst kann durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Platzbedarf für eine Antriebseinrichtung 1 gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert werden. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 1 ist daher nicht nur für Fahrleitungsanlagen des Fernverkehrs sondern auch des Nahverkehrs einsetzbar. Mit Vorteil kann für beide Einsatzgebiete dieselbe Grundplatte 4 und weitere Komponenten der Umsetzeinrichtung verwendet werden. Die hierdurch bedingte Stückzahlerhöhung bedingt eine Senkung der Herstellungskosten. Durch die vorteilhafte Kraftkennlinie kann die Anzahl an Betriebsstörungen aufgrund nicht arbeitender Antriebseinrichtungen reduziert werden. Dies erhöht die Verfügbarkeit von Fahrleitungsanlagen und damit die Kundenzufriedenheit der Betreiber. Die Antriebseinrichtung 1 weist eine sichere Selbsthemmung in den Endlagen des Schlittens 7 auf, die ohne aufwendige Zusatzkonstruktionen verwirklicht ist und im Falle von Kurzschlüssen oder Schwingungen die Trennschalter sicher offen oder geschlossen hält. Trotz platzsparender Bauweise lassen erfindungsgemäße Antriebseinrichtungen 1 noch unverbaute Räume im Gehäuse frei, die eine nachträgliche Bestückung der Antriebseinrichtung 1 mit Zusatzkomponenten, wie zum Beispiel Steuerungen, Rückmelder, Zusatzkontakte oder -relais und dergleichen, erlauben.In summary, by the construction according to the invention, the space required for a drive device 1 be significantly reduced compared to the prior art. The drive device according to the invention 1 is therefore not only suitable for overhead contact line systems but also for local traffic. Advantageously, for both applications the same base plate 4 and other components of the conversion device can be used. The consequent increase in quantity causes a reduction in manufacturing costs. Due to the advantageous force characteristic, the number of malfunctions due to non-operating drive means can be reduced. This increases the availability of overhead line systems and thus the customer satisfaction of the operators. The drive device 1 has a safe self-locking in the end positions of the carriage 7 on, which is realized without complex additional constructions and in the case of short circuits or vibrations, the circuit breaker securely holds open or closed. Despite space-saving design allow drive devices according to the invention 1 still unobstructed spaces in the housing free, the subsequent assembly of the drive device 1 with additional components, such as controls, feedback, additional contacts or relays and the like.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19955301 A1 [0003]
EP 0973183 A2 [0006]

Claims

Drive device ( 1 ) for the remote operation of a switch via a switch linkage, in particular a disconnector of a catenary line for rail vehicles, comprising a drive motor ( 2 ) for generating a driving force (M) and a linearly guided actuator ( 3 ) for transmitting a control force (F) to the switch linkage, which are operatively connected via a conversion device for converting the drive force (M) in the actuating force (F), characterized in that the conversion device is a linear guided and the actuator ( 3 ) sledging carriage ( 7 ) and one by the drive motor ( 2 ) between two end positions (a, b) rotatable drive lever ( 11 ) connected to the carriage ( 7 ) for converting the rotational movement (d) into a linear lifting movement (H) of the carriage ( 7 ) is coupled.

Drive device ( 1 ) according to claim 1, wherein the drive lever ( 11 ) a drive bolt ( 12 ), which in a transversely to the lifting movement (H) extending guide slot ( 13 ) of the carriage ( 7 ) engages in such a way that, during a rotational movement (d) of the drive lever (FIG. 11 ) the guide slot ( 13 ) while driving the force on the carriage ( 7 ) in the stroke direction (H) transmits.

Drive device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the carriage ( 7 ) two recesses ( 15 ) into which a locking disc ( 14 ) of the drive lever ( 11 ) when one of the end positions (A, B) is reached by the carriage ( 7 ) engages in such a way that it is locked in its respective end position (A, B).

Drive device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the drive lever ( 11 ) rotatably with a worm wheel ( 16 ) connected to a worm shaft ( 18 ) is engaged.

Drive device ( 1 ) according to claim 4, wherein the worm shaft ( 18 ) and drive motor ( 2 ) via a separating device ( 21 ) can be coupled.

Drive device ( 1 ) according to claim 5, wherein between separating device ( 21 ) and drive motor ( 2 ) an intermediate gear ( 22 ) is switched.

Drive device ( 1 ) according to claim 4 to 6, wherein the worm shaft ( 18 ) via a manual override ( 23 ) is drivable.

Drive device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein by means of limit switches ( 25 ) the rotational movement (d) of the drive lever ( 11 ) can be switched off when reaching definable end positions (a, b) of the rotational movement (d).