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Die Erfindung betrifft ein Getriebe zwischen einem bewegbaren Schaltkontakt und einem Antrieb eines Leistungsschalters.
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Leistungsschalter weisen Schaltkontakte auf, die zwischen einer Ausschaltstellung, in der die Schaltkontakte voneinander getrennt sind, und einer Einschaltstellung, in der die Schaltkontakte miteinander in galvanischem Kontakt stehen, relativ zueinander bewegbar sind. In der Regel wird wenigstens einer der Schaltkontakte durch einen Antrieb bewegt, wie z. B. aus der
EP 0 651 409 A1 bekannt ist, der mit dem Schaltkontakt über ein Getriebe gekoppelt ist. Insbesondere beim Bewegungsbeginn eines Schaltkontakts aus der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung wird eine relativ hohe Kraft benötigt, um den Schaltkontakt schnell und sicher zu bewegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere hinsichtlich der Kraftübertragung zu Beginn des Bewegens eines Schaltkontakts aus der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung verbessertes Getriebe zwischen einem bewegbaren Schaltkontakt und einem Antrieb eines Leistungsschalters anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Getriebe zwischen einem bewegbaren Schaltkontakt und einem Antrieb eines Leistungsschalters umfasst einen Antriebshebel, auf den eine Antriebskraft des Antriebs wirkt, einen Abtriebshebel, der auf den Schaltkontakt eine Abtriebskraft ausübt, und eine Kopplungseinheit, die den Antriebshebel mit dem Abtriebshebel koppelt. Der Antriebshebel und der Abtriebshebel sind zwischen zwei Schaltstellungen bewegbar, wobei die Bewegung des Antriebshebels eine Drehung um eine zu einer Antriebshebellängsachse des Antriebshebels senkrechte Antriebsdrehachse ist und die Bewegung des Abtriebshebels eine Drehung um eine zu einer Abtriebshebellängsachse des Abtriebshebels senkrechte Abtriebsdrehachse ist. Die Kopplungseinheit übersetzt die Drehungen des Antriebshebels in Drehungen des Abtriebshebels mit einem Übersetzungsverhältnis, dessen Betrag kleiner als Eins ist.
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Das Getriebe koppelt also den Antriebshebel nicht starr mit dem Abtriebshebel, sondern über eine Kopplungseinheit, die Drehungen des Antriebshebels in Drehungen des Abtriebshebels mit einem Übersetzungsverhältnis übersetzt, dessen Betrag kleiner als Eins ist, so dass eine Drehung des Abtriebshebels größer und schneller als die Drehung des Antriebshebels ist. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Antriebshebelarm für die Antriebskraft in beiden Schaltstellungen größer als ein Abtriebshebelarm für die Abtriebskraft ist. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass in einer der Schaltstellungen der Abtriebshebelarm größer als der Antriebshebelarm ist, was zu einer aus dieser Schaltstellung herausführenden Bewegung führen kann, die insbesondere in der Ausschaltstellung verhindert werden muss, um einen unerwünschten Einschaltvorgang zu vermeiden.
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Die Bewegung des Abtriebshebels ist zwischen den beiden Schaltstellungen eine Drehung um wenigstens annähernd 180 Grad um die Abtriebsdrehachse und die Richtung der Abtriebskraft ist in den beiden Schaltstellungen wenigstens annähernd parallel zu der Abtriebshebellängsachse. Diese Ausgestaltung der Erfindung realisiert in beiden Schaltstellungen einen sehr kleinen Abtriebshebelarm, der sogar Null ist, wenn die Richtung der Abtriebskraft in den beiden Schaltstellungen genau parallel zu der Abtriebshebellängsachse ist. Dadurch können in beiden Schaltstellungen sehr große Kräfte auf den Abtriebshebel erzeugt werden, die ein Herausbewegen aus den beiden Schaltstellungen sicher verhindern.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bewegung des Antriebshebels zwischen den beiden Schaltstellungen eine Drehung um die Antriebsdrehachse mit einem spitzen Drehwinkel ist und die Richtung der Antriebskraft in einer Zwischenstellung des Antriebshebels zwischen den beiden Schaltstellungen senkrecht zu der Antriebshebellängsachse ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung realisiert vorteilhaft in beiden Schaltstellungen einen großen Antriebshebelarm, der ebenfalls einem Herausbewegen aus den beiden Schaltstellungen vorteilhaft entgegenwirkt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kopplungseinheit ein Zahnradgetriebe mit einem Antriebszahnrad und einem Abtriebszahnrad ist, wobei das Antriebszahnrad mit dem Antriebshebel verbunden ist und das Abtriebszahnrad mit dem Abtriebshebel verbunden ist. Ein Zahnradgetriebe ermöglicht vorteilhaft eine einfach realisierbare und zuverlässige Ausführung der Kopplungseinheit mit den oben genannten Eigenschaften und Vorteilen.
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Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Zahnradgetriebe ein Stirnradgetriebe ist. Insbesondere kann das Stirnradgetriebe einstufig ausgeführt sein, wobei das Antriebszahnrad und das Abtriebszahnrad in direktem Kontakt miteinander stehende Außenverzahnungen aufweisen, das Antriebszahnrad starr mit dem Antriebshebel verbunden ist und das Abtriebszahnrad starr mit dem Abtriebshebel verbunden ist. Ferner weist das Abtriebszahnrad vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als das Antriebszahnrad auf. Diese Ausgestaltungen der Erfindung realisieren eine besonders einfache Ausführung der Kopplungseinheit als ein insbesondere einstufiges Stirnradgetriebe. Der größere Durchmesser des Antriebszahnrades ermöglicht dabei bei einem einstufigen Stirnradgetriebe das oben genannte Übersetzungsverhältnis mit einem Betrag kleiner als Eins.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Zahnradgetriebe ein Umlaufradgetriebe mit einem Hohlrad, einem von dem Hohlrad umgebenen Sonnenrad und wenigstens einem zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad angeordneten Umlaufrad ist. Umlaufradgetriebe werden häufig auch als Planentenradgetriebe bezeichnet, Umlaufräder auch als Plantenräder. Ein Umlaufradgetriebe ermöglicht vorteilhaft eine besonders kompakte Bauweise der Kopplungseinheit.
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Beispielsweise ist bei der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung das Antriebszahnrad ein Umlaufrad, das drehbar um eine starr mit dem Antriebshebel verbundene Umlaufradachse gelagert ist, und das Abtriebszahnrad ist entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad und starr mit dem Abtriebshebel verbunden. Alternativ dazu ist das Antriebszahnrad das Hohlrad und starr mit dem Antriebshebel verbunden, und das Abtriebszahnrad ist das Sonnenrad und starr mit dem Abtriebshebel verbunden. Alle diese Alternativen realisieren das oben genannte vorteilhafte Übersetzungsverhältnis mit einem Betrag kleiner als Eins.
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Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst einen bewegbaren Schaltkontakt, einen Antrieb zum Bewegen des Schaltkontakts und ein erfindungsgemäßes Getriebe, wobei der Antriebshebel des Getriebes mit dem Antrieb verbunden ist und der Abtriebshebel des Getriebes mit dem Schaltkontakt verbunden ist. Der Antrieb ist beispielsweise ein manueller, mechanischer, elektromechanischer, elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb. Die Vorteile eines derartigen Leistungsschalters ergeben sich aus den oben genannten Vorteilen eines erfindungsgemäßen Getriebes.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Leistungsschalter mit einem bewegbaren Schaltkontakt, einem Antrieb zum Bewegen des Schaltkontakts und einem ersten Ausführungsbeispiel eines Getriebes zwischen dem Schaltkontakt und dem Antrieb,
- 2 das in 1 gezeigte Getriebe in einer ersten Schaltstellung,
- 3 das in 1 gezeigte Getriebe in einer zweiten Schaltstellung,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Getriebes zwischen einem bewegbaren Schaltkontakt und einem Antrieb eines Leistungsschalters, und
- 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Getriebes zwischen einem bewegbaren Schaltkontakt und einem Antrieb eines Leistungsschalters.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch einen Leistungsschalter 1 mit einem bewegbaren Schaltkontakt 3, einem Gegenkontakt 4, einem Antrieb 5 zum Bewegen des Schaltkontakts 3 und einem Getriebe 7 zwischen dem Schaltkontakt 3 und dem Antrieb 5.
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Das Getriebe 7 umfasst einen Antriebshebel 9, einen Abtriebshebel 11 und eine Kopplungseinheit 13. Der Antriebshebel 9 ist mit dem Antrieb 5 durch ein erstes Verbindungselement 15, das beispielsweise als eine Antriebstange ausgebildet ist, verbunden. Der Abtriebshebel 11 ist mit dem Schaltkontakt 3 durch ein zweites Verbindungselement 17, das beispielsweise als eine Abtriebstange ausgebildet ist, verbunden.
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Auf den Antriebshebel 9 wirkt eine Antriebskraft F1 des Antriebs 5, die von dem ersten Verbindungselement 15 auf den Antriebshebel 9 übertragen wird. Der Abtriebshebel 11 übt auf den Schaltkontakt 3 eine Abtriebskraft F2 aus, die von dem zweiten Verbindungselement 17 auf den Schaltkontakt 3 übertragen wird. Der Schaltkontakt 3 übt auf den Abtriebshebel 11 eine der Abtriebskraft F2 entgegengesetzte Reaktionskraft F3 aus, deren Betrag mit dem Betrag der Abtriebskraft F2 übereinstimmt und die von dem zweiten Verbindungselement 17 auf den Abtriebshebel 11 übertragen wird.
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Der Antriebshebel 9 und der Abtriebshebel 11 sind zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung bewegbar.
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2 zeigt das in 1 dargestellte Getriebe 7 in der ersten Schaltstellung, die eine Einschaltstellung ist, in der der Schaltkontakt 3 in galvanischem Kontakt mit dem Gegenkontakt 4 steht.
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3 zeigt das in 1 dargestellte Getriebe 7 in der zweiten Schaltstellung, die eine Ausschaltstellung ist, in der der Schaltkontakt 3 von dem Gegenkontakt 4 getrennt ist.
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Die Bewegung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um eine zu einer Antriebshebellängsachse 19 des Antriebshebels 9 senkrechte Antriebsdrehachse 21. Die Bewegung des Abtriebshebels 11 ist eine Drehung um eine zu einer Abtriebshebellängsachse 23 des Abtriebshebels 11 senkrechte Abtriebsdrehachse 25. In dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel fallen die Antriebsdrehachse 21 und die Abtriebsdrehachse 25 zusammen.
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Die Kopplungseinheit 13 koppelt den Antriebshebel 9 mit dem Abtriebshebel 11, wobei sie die Drehungen des Antriebshebels 9 in Drehungen des Abtriebshebels 11 mit einem Übersetzungsverhältnis, dessen Betrag kleiner als Eins ist, übersetzt, so dass eine Drehung des Abtriebshebels 11 größer und schneller als die Drehung des Antriebshebels 9 ist („Übersetzung ins Schnelle“). Die Kopplungseinheit 13 ist beispielsweise ein Zahnradgetriebe mit einem Antriebszahnrad 27 und einem Abtriebszahnrad 29, wobei das Antriebszahnrad 27 mit dem Antriebshebel 9 verbunden ist und das Abtriebszahnrad 29 mit dem Abtriebshebel 11 verbunden ist, siehe dazu auch die 4 und 5.
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Die Bewegung des Abtriebshebels 11 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um fast 180 Grad um die Abtriebsdrehachse 25, wobei die Richtung der Abtriebskraft F2 in den beiden Schaltstellungen jeweils annähernd parallel zu der Abtriebshebellängsachse 23 ist. Die Bewegung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um die Antriebsdrehachse 21 mit einem spitzen Drehwinkel, wobei die Richtung der Antriebskraft F1 in einer in 1 gezeigten Zwischenstellung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen senkrecht zu der Antriebshebellängsachse 19 ist. Dadurch ist ein Antriebshebelarm a für die Antriebskraft F1 in beiden Schaltstellungen größer als ein Abtriebshebelarm b für die Abtriebskraft F2 , um zu erreichen, dass der Betrag der Abtriebskraft F2 in beiden Schaltstellungen trotz der Übersetzung ins Schnelle größer als der Betrag der Antriebskraft F1 ist.
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Der Antrieb 5 ist beispielsweise ein manueller, mechanischer (z. B. ein Federsprungantrieb), elektromechanischer, elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes 7, das einen Antriebshebel 9, einen Abtriebshebel 11 und eine Kopplungseinheit 13 aufweist, wobei die Kopplungseinheit 13 ein Zahnradgetriebe ist, das als ein Stirnradgetriebe ausgeführt ist. Das Stirnradgetriebe weist ein Antriebszahnrad 27 und ein Abtriebszahnrad 29 auf, die in direktem Kontakt miteinander stehende Außenverzahnungen aufweisen.
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Das Antriebszahnrad 27 ist starr mit dem Antriebshebel 9 verbunden und um die Antriebsdrehachse 21 drehbar gelagert. Die Antriebshebellängsachse 19 verläuft durch die Antriebsdrehachse 21 und ist senkrecht zu der Antriebsdrehachse 21. Das Abtriebszahnrad 29 ist starr mit dem Abtriebshebel 11 verbunden und um die Abtriebsdrehachse 25 drehbar gelagert. Die Abtriebshebellängsachse 23 verläuft durch die Abtriebsdrehachse 25 und ist senkrecht zu der Abtriebsdrehachse 25. Die Antriebsdrehachse 21 und die Abtriebsdrehachse 25 sind zueinander parallel.
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Das Abtriebszahnrad 29 weist einen kleineren Durchmesser als das Antriebszahnrad 27 auf. In der ersten Schaltstellung nehmen der Antriebshebel 9 und der Abtriebshebel 11 Stellungen ein, die in 4 mit Volllinien dargestellt sind. In der zweiten Schaltstellung nehmen der Antriebshebel 9 und der Abtriebshebel 11 Stellungen ein, die in 4 mit Strichpunktlinien dargestellt sind. Die Bewegung des Abtriebshebels 11 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um 180 Grad um die Abtriebsdrehachse 25, wobei die Richtungen der Abtriebskraft F2 und der Reaktionskraft F3 in den beiden Schaltstellungen parallel zu der Abtriebshebellängsachse 23 sind. Die Bewegung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um die Antriebsdrehachse 21 mit einem Drehwinkel von etwa 60 Grad, wobei die Richtung der Antriebskraft F1 in einer Zwischenstellung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen senkrecht zu der Antriebshebellängsachse 19 ist. Die Antriebskraft F1 und die Abtriebskraft F2 sind jeweils senkrecht zu der Antriebsdrehachse 21 und der Abtriebsdrehachse 25.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes 7, das einen Antriebshebel 9, einen Abtriebshebel 11 und eine Kopplungseinheit 13 aufweist, wobei die Kopplungseinheit 13 ein Zahnradgetriebe ist, das als ein Umlaufradgetriebe ausgeführt ist, das auch als Planetenradgetriebe bezeichnet wird.
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Das Umlaufradgetriebe weist ein Hohlrad 31, ein Sonnenrad 33 und ein Umlaufrad 35, das auch als Planetenrad bezeichnet wird, auf. Das Hohlrad 31 weist eine Innenverzahnung auf und umgibt das Sonnenrad 33. Das Sonnenrad 33 und das Umlaufrad 35 weisen jeweils eine Außenverzahnung auf. Das Umlaufrad 35 ist zwischen dem Hohlrad 31 und dem Sonnenrad 33 angeordnet, wobei die Außenverzahnung des Umlaufrades 35 in Kontakt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 31 und der Außenverzahnung des Sonnenrades 33 steht.
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Das Hohlrad 31 ist räumlich fixiert, d. h. nicht drehbar ausgeführt. Das Umlaufrad 35 ist drehbar um eine starr mit dem Antriebshebel 9 verbundene Umlaufradachse 37, die auch einstückig mit dem Antriebshebel 9 ausgeführt sein kann, gelagert und fungiert als Antriebszahnrad 27. Das Sonnenrad 33 ist drehbar um eine Abtriebsdrehachse 25 gelagert und starr mit dem Abtriebshebel 11 verbunden, so dass das Sonnenrad 33 als Abtriebszahnrad 29 fungiert. Der Antriebshebel 9 ist drehbar um die Abtriebsdrehachse 25 gelagert, die somit gleichzeitig die Antriebsdrehachse 21 ist.
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In der ersten Schaltstellung nehmen der Antriebshebel 9, der Abtriebshebel 11 und das Umlaufrad 35 Stellungen ein, die in 5 mit Volllinien dargestellt sind. In der zweiten Schaltstellung nehmen der Antriebshebel 9, der Abtriebshebel 11 und das Umlaufrad 35 Stellungen ein, die in 4 mit Strichpunktlinien dargestellt sind. Die Bewegung des Abtriebshebels 11 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um 180 Grad um die Abtriebsdrehachse 25, wobei die Richtungen der Abtriebskraft F2 und der Reaktionskraft F3 in den beiden Schaltstellungen parallel zu der Abtriebshebellängsachse 23 sind. Die Bewegung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen ist eine Drehung um die Antriebsdrehachse 21 mit einem Drehwinkel von etwa 60 Grad, wobei die Richtung der Antriebskraft F1 in einer Zwischenstellung des Antriebshebels 9 zwischen den beiden Schaltstellungen senkrecht zu der Antriebshebellängsachse 19 ist. Die Antriebskraft F1 und die Abtriebskraft F2 sind jeweils senkrecht zu der Antriebsdrehachse 21 und der Abtriebsdrehachse 25.
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Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel kann dahingehend abgewandelt werden, dass das Hohlrad 31 das Antriebszahnrad 27 ist und starr mit dem Antriebshebel 9 verbunden ist, und dass das Sonnenrad 33 das Abtriebszahnrad 29 ist und wie in 5 starr mit dem Abtriebshebel 11 verbunden ist. In diesem Fall ist das Hohlrad 31 drehbar um die mit der Abtriebsdrehachse 25 übereinstimmende Antriebsdrehachse 21 gelagert, während die Umlaufradachse 37 des Umlaufrades 35 räumlich fixiert ist.
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Alternativ dazu kann das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel auch dahingehend abgewandelt werden, dass das Hohlrad 31 das Abtriebszahnrad 29 ist und starr mit dem Abtriebshebel 11 verbunden ist, während das Umlaufrad 35 wie in 5 drehbar um die starr mit dem Antriebshebel 9 verbundene Umlaufradachse 37 gelagert ist. In diesem Fall sind das Hohlrad 31 und der Antriebshebel 9 drehbar um die mit der Antriebsdrehachse 21 übereinstimmende Abtriebsdrehachse 25 gelagert, während das Sonnenrad 33 räumlich fixiert ist, d. h. nicht drehbar ausgeführt ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
