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Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Laststufenschalter.
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Stufenschalter dienen bekanntermaßen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators und damit zur Spannungsregelung. Sie bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Vorwahl derjenigen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll sowie einem Lastumschalter zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung von der bisherig beschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Der Lastumschalter besitzt dazu die für eine solche unterbrechungslose, schnelle Umschaltung erforderlichen Bauteile, insbesondere einen Kraftspeicher, Schaltkontakte – dies können mechanische Schaltkontakte, Vakuumschaltzellen oder auch Thyristoren sein – sowie Mittel zur Betätigung der Schaltkontakte in einer vorgegebenen Schaltsequenz bei jedem Umschaltvorgang.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Kraftspeicher werden zu Beginn jeder Betätigung des Laststufenschalters von dessen Antriebswelle aufgezogen, d. h. gespannt. Die bekannten Kraftspeicher bestehen im Wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem Sprungschlitten, zwischen denen Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind. Derartige Kraftspeicher sind der
DE 19 56 369 sowie der
DE 28 06 282 entnehmbar.
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Zudem sind bei den bekannten Kraftspeichern Führungsstangen vorgesehen, auf denen der Aufzugsschlitten als auch der 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 Sprungschlitten hin bewegt, wodurch die dazwischen befindlichen Kraftspeicherfedern gespannt werden. Hat der Aufzugsschlitten seine Endposition erreicht, wird die Arretierung des Sprungschlittens gelöst.
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Mit anderen Worten: Es wird eine anfängliche langsame Drehbewegung der Antriebswelle genutzt, um einen Aufzugsschlitten translatorisch aufzuziehen, um nachfolgend die wiederum translatorische Bewegung des Sprungschlittens in eine rotatorische Hauptbewegung der Abtriebswelle und in eine damit verbundene eigentliche Kontaktbetätigung zu überführen. Diese aufwändige Wandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung und wieder zurück in eine Drehbewegung erfordert einen hohen Platzbedarf der Kraftspeicherkonstruktion und zudem eine Vielzahl komplexer einzelner Bauteile.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kraftspeicher der eingangs erwähnten Art anzugeben, der die aufwändige mehrfache Wandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung entbehrlich macht. Insbesondere soll dies mit nur einfachen technischen Mitteln und wenig Einzelbauteilen erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kraftspeicher für einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, einen Kraftspeicher für einen Laststufenschalter anzugeben, bei dem an einer drehbaren, sich in Längsrichtung erstreckenden Antriebswelle ein als Sonnenrad ausgebildetes erstes Zahnrad fest montiert ist, das mit mehreren als Planetenräder ausgebildeten weiteren Zahnrädern in Verzahnungseingriff gebracht werden kann, die sich ihrerseits wiederum jeweils an einer korrespondierend verzahnten inneren Umfangsseite eines ersten, größeren Durchmessers eines Hohlrades entlangwälzen. Zudem ist an der drehbaren Antriebswelle eine flügelförmige Stegwelle rotatorisch gelagert befestigt, bei der jeder Flügel einerseits mit einem als Planetenrad ausgebildeten weiteren Zahnrad und andererseits mit dem ersten Ende einer Feder in Wirkverbindung steht. Weiterhin ist ein armförmiges Gestell vorgesehen, das den zweiten, kleineren und als Abtriebswelle ausgebildeten Durchmesser des Hohlrades lagernd umgreift und an dem, an dem jeweiligen Arm, das zweite Ende der entsprechenden Feder befestigt ist, derart, dass die jeweiligen Federn zwischen den entsprechenden Aufnahmen mittels einer Drehbewegung der Stegwelle einerseits spannbar sind und andererseits die Stegwelle, im Falle des eigentlichen schnellen Umschaltvorgangs des Lastumschalters, entgegen der Aufzugsrichtung in eine Drehbewegung versetzen. Damit verzichtet dieser Kraftspeicher erfindungsgemäß auf die aufwändige technische Wandlung einer anfänglichen translatorischen Aufzugsbewegung in eine schnelle, für die eigentliche Lastumschaltung benötigte, rotatorische Hauptbewegung zur Betätigung der Schaltkontakte.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Zudem ergeben sich Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinesfalls auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll.
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Es zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftspeichers für einen Laststufenschalter.
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In 1 ist der erfindungsgemäße Kraftspeicher in einer Schnittdarstellung im Detail gezeigt. Sich in Längsrichtung erstreckend ist mittig eine drehbare Antriebswelle 1 vorgesehen, an der ein als Sonnenrad ausgebildetes erstes Zahnrad 2 fest montiert ist, das mit mehreren als Planetenräder ausgebildeten weiteren Zahnrädern 3 in Verzahnungseingriff steht, wobei sich die weiteren Zahnräder 3 ihrerseits wiederum an der korrespondierend verzahnten inneren Umfangsseite eines ersten, größeren Durchmessers eines Hohlrades 4 entlangwälzen. Mit anderen Worten: Das Hohlrad 4 weist eine Innenverzahnung auf, die in Verzahnungseingriff mit mehreren Planetenrädern 3 gebracht werden kann, die wiederum in einem Verzahnungseingriff mit einem zentralen Sonnenrad 2 stehen, das seinerseits drehfest mit der Antriebswelle 1 verbunden ist.
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An der äußeren Umfangsseite des ersten, größeren Durchmessers des Hohlrades 4 sind mehrere, jeweils um 120° zueinander versetzte, doppelhakenförmige Rastelemente 5 vorgesehen. Zum drehfesten Fixieren des Hohlrades 4, d. h. in der Rastposition, greift in das jeweilige Rastelement 5 ein an einem Haltemechanismus 6 mittels eines Längsbolzens 7 befestigter, korrespondierender Haltehaken 8 ein. Der Haltehaken 8 ist dabei zweiteilig ausgebildet, derart, dass die zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Haltehaken 8.1 und 8.2, jeweils um den Längsbolzen 7 drehbar gelagert, in das jeweilige Rastelement 5 zu beiden Seiten hin einhaken. Zwischen den Haltehaken 8.1 und 8.2 ist eine Feder 20 gespannt, um eine erneute Arretierung des Hohlrades 4 an der entsprechenden Rastposition 5 am Ende eines Schaltvorgangs des Laststufenschalters zu bewerkstelligen. Die Feder 20 ist als Schenkelfeder ausgeführt, welche am unteren Ende des Haltemechanismuses 6 durch den Längsbolzen 7 geführt und gehalten wird. Die beiden Federschenkel der Feder 20 stehen mit den Haltehaken 8.1 und 8.2 in Wirkverbindung.
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Der symmetrisch aufgebaute Haltemechanismus 6 ist mit zwei Achsen fest verbunden, von denen auf Grund der Symmetrie und der Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kraftspeichers nur eine Achse 21 gezeigt ist. Die Achsen 21 sind ihrerseits jeweils an entsprechenden Lagerstellen 22 im Gestell 10 verdrehsicher gelagert, jedoch entlang ihrer Achse 21 verschiebbar. Zwischen den Lagerstellen 22 im Gestell 10 und dem Haltemechanismus 6 sind jeweils entlang der Achsen 21 Ringfederpakete 23 angebracht und sorgen mit ihrer Vorspannkraft für die Zentrierung des Haltemechanismuses 6 im unbelasteten Zustand des Kraftspeichers. Federrate, Vorspannkraft und maximaler Federweg der Ringfedern 23 sind so gestaltet, dass kein Lösen der Arretierung des Hohlrades 4 durch die Haltehaken 8.1 und 8.2 infolge einer Verschiebung des Haltemechanismuses 6 entlang der Achsen 21 möglich ist.
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Der untere Abschnitt des Hohlrades 4 weist einen zweiten, kleineren Durchmesser auf und ist dabei als Abtriebswelle 9 ausgebildet, an der beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Keilwellenkupplung die Wirkverbindung zum eigentlichen Lastumschalter herstellbar ist.
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Im Bereich des Übergangs des ersten, größeren Durchmessers zu dem zweiten, kleineren Durchmesser des Hohlrades 4 ist die Antriebswelle 1 zentrisch im Inneren des Hohlrades 4 gelagert. Das Hohlrad 4 wird seinerseits wiederum in einem armförmigen Gestell 10 rotatorisch gelagert aufgenommen. Insgesamt betrachtet bilden damit die Antriebswelle 1, der kleinere, als Abtriebswelle 9 ausgebildete Durchmesser des Hohlrades 4 und der Bereich der Aufnahme des Hohlrades 4 im Gestell 10 einen konzentrisch und gegenseitig rotatorisch gelagerten Aufbau.
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Horizontal beabstandet zu dem ersten Zahnrad 2 befindet sich an der Antriebswelle 1 zudem eine flügelförmige Stegwelle 11 angeordnet, die mittels eines Lagers drehbar an dem Selbigen befestigt ist. Die jeweiligen Flügel der Stegwelle 11 stehen jeweils mittels eines Bolzens 12 mit einem der als Planetenräder ausgebildeten weiteren Zahnrädern 3 in Wirkverbindung. Im Bereich des Übergangs zwischen den Flügeln der Stegwelle 11 sind jeweils im Wesentlichen flach und rechteckig ausgebildete Auslöser 13 angebracht, die eine abgeschrägte Auflauffläche 14 aufweisen. Zudem sind an den oberen Enden eines jeden Bolzens 12 rotatorisch gelagerte erste Aufnahmen 15 für entsprechende Federn 16, die als Zugfedern ausgebildet sind, vorgesehen, die dann über eine weitere, zweite Aufnahme 17 mit dem jeweiligen Arm des Gestells 10 verbunden sind und zwischen den ersten Aufnahmen 15 und den zweiten Aufnahmen 17 im Falle einer Drehung der Stegwelle 11 gespannt werden können. Befestigt ist die weitere, zweite Aufnahme 17 an dem armförmigen Gestell 10, ebenfalls mittels eines Bolzens 18.
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Für einen Aufziehvorgang des erfindungsgemäßen Kraftspeichers wird über einen nicht dargestellten Motorantrieb ein definiertes Drehmoment auf die Antriebswelle 1 übertragen, während das Hohlrad 4 über den an der jeweiligen Rastposition eingeklinkten Haltehaken 8 beidseitig drehfest fixiert ist. Das an der Antriebswelle 1 fest montierte erste Zahnrad 2 treibt die als Planetenräder wirkenden weiteren Zahnräder 3 an, die sich ihrerseits an der verzahnten Innenseite des eingeklinkten Hohlrades 4 entlangwälzen. Letztlich wird damit eine Drehung der Stegwelle 11 und damit ein Spannen der Federn 16 bewirkt. Nach etwas weniger als einer 360°-Grad-Drehbewegung der Antriebswelle 1 ist der Spannvorgang abgeschlossen und die Auflauffläche 14 des entsprechenden Auslösers 13 seht unmittelbar an einem Stift 19 des Haltehakens 8 an. Werden die 360° Drehbewegung des Aufziehvorgangs überstrichen, so wird der Haltehaken 8 von dem entsprechenden Auslöser 13 mittels des Stiftes 19 aus seiner Rastposition gedrückt, wodurch das bis zu diesem Zeitpunkt fest rotatorisch fixierte Hohlrad 4 freigegeben und der eigentliche schnelle Umschaltvorgang des Lastumschalters ausgelöst wird, indem die vorgespannten Federn 16 die Stegwelle 11 entgegen der Aufspanndrehrichtung in eine schnelle Drehbewegung versetzen. Auf Grund des gewählten Übersetzungsverhältnisses der einzelnen Zahnräder 2, 3 untereinander und der Innenverzahnung des Hohlrades 4 wird der 360° Grad andauernde und langsam ablaufende Aufziehvorgang in eine schnelle 120° Drehbewegung des Hohlrades 4 umgewandelt, das über die Abtriebswelle 9 die Drehbewegung an den nicht dargestellten Lastumschalter weitergibt. Nach Erreichen einer 120° Drehung des Hohlrades 4 rastet der Haltehaken 8 in der nächsten Rastposition 5 ein, wobei die kinematische Dämpfung der Drehbewegung über den Haltemechanismus 6 erfolgt, der entlang der Achse 21 verschoben und dabei die kinetische Energie über die Ringfederpakete 23 abgebaut wird.
