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Die Erfindung betrifft eine motorgetriebene Wiedereinschaltvorrichtung für drehbetätigbare Schaltgeräte.
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Technisches Gebiet und Stand der Technik
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Es sind diverse motorgetriebene Ein- und Umschalteinrichtungen bekannt. Beispielsweise zeigt die
DE 9203532 U1 einen mechanischen Umschalt- oder Fernantrieb für elektrische Schaltgeräte mit Dreh- oder Kipphebelantrieb für das Schaltschloss, wobei mindestens ein zusätzlicher mechanischer Drehantrieb vorgesehen ist, der mit dem Drehantrieb an einem benachbarten Schaltgerät durch Zugelemente in Form zweier Bowdenzüge mechanisch verbunden ist. Die
EP 1 465 226 A1 zeigt eine Lösung, die sich auf das Einschalten von Schaltgeräten mit Kipphebel bezieht.
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Es sind weitere Anordnungen beschrieben worden, die in einem Schaltgerät integriert sind, somit Bestandteil eine Schaltgeräts sind (
DE 30 22 971 A1 ,
US 5 311 161 A ,
FR 2 709 867 A1 ).
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Aus der Firmen-Schrift von Klöcker-Moeller (1. Jan. 1971) „Schutzschalter, Bauart, Qualitätssicherung“ geht eine Anordnung hervor, die zum Einbau in einen einen Leistungsschalter aufnehmenden Schaltschrank einbaubar ist. Diese Vorrichtung arbeitet über ein Untersetzungsgetriebe, welches eine hohe Motordrehzahl auf eine für die Schaltung nötige Drehzahl herabsetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wiedereinschaltvorrichtung anzugeben, die einfach arbeitet und die leicht an oder auf der Frontseite eines oder mehrerer Schaltgeräte anbaubar ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung im wesentlichen durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind. Die Verwendung der Erfindung wird ebenfalls beansprucht.
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Der Kern der Erfindung betrifft eine Wiedereinschaltvorrichtung (im folgenden auch kurz als Motorantrieb bezeichnet) zum Anbau an mindestens ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere an einen Niederspannungsschutzschalter oder dergleichen, wobei das Schaltgerät über einen Handdrehknopf und eine Betätigungswelle in EIN- und AUS-Position drehbetätigbar ist. Mit der Drehbetätigung, welche vorzugsweise auf 90° ausgelegt ist, kann das mindestens eine Schaltgerät manuell oder mittels Motorantrieb aus einer AUS-Position in eine EIN-Position geschaltet werden.
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Mindestens sind weitere Elemente und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anordnung vorhanden:
- • der Motorantrieb umfasst einen Elektromotor mit Motorwelle,
- • die Motorwelle ist über ein Schaltgestänge mit der Betätigungswelle mindestens eines Schaltgeräts in Wirkverbindung bringbar,
- • der Elektromotor ist über einen (entfernt angeordneten) Schalter in Drehbewegung setzbar.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient der Wiedereinschaltung von Schaltgeräten von Ferne nach gewollter oder ungewollter Abschaltung durch einfache Kontaktgabe.
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Besonderheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung:
- • das oder die Schaltgeräte bleiben zusätzlich handschaltbar;
- • Parallelantrieb für mehr als ein Schaltgerät;
- • sofortige Wiedereinschaltmöglichkeit;
- • einfache Versorgung über Netzspannung;
- • die Einschaltzeit ist kürzer als 1 sec.;
- • Ausschaltvorgang ohne Fremdspannung;
- • anbaubar an unterschiedliche Schaltgeräte, beispielsweise für Motorschutzschalter im industriellen Umfeld oder an Schutzschalter für PV-Anlagen.
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Der Motorantrieb ist an ein oder mehrere Schaltgeräte anbaubar, wobei mit einer Drehbetätigung von 90° das oder die Schaltgeräte aus einer AUS-Position in eine EIN-Position umschaltbar sind. Das Schaltgestänge umfasst ein oder zwei parallel geführte Koppelelemente, die zwischen an den Betätigungswellen eines oder zweier Schaltgeräte angeordneten doppelarmigen Hebeln anlenkbar sind.
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Der Motorantrieb ist derart neben einem oder mehreren Schaltgeräten nebeneinander anordbar, dass Betätigungswelle und Motorwelle parallel liegen.
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Die Betätigungsmechanik besteht aus einem Schaltgestänge mit ein oder zwei Koppelelementen. Das erste Koppelelement ist an der Betätigungswelle über einen einarmigen Hebel angelenkt. Zwei Koppelelemente liegen parallel und greifen an den Enden von an den Betätigungswellen der Schaltgeräte befestigten Doppelarmhebel an.
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Das Schaltgestänge umfasst eine an der Motorwelle angeordnete Kurbel, welche über eine Zugstange an einen an dem ersten Koppelelement angebrachten Mitnehmer angreift.
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Parallel zu dem mindestens einen Schaltgerät befindet sich ein Elektromotor, dessen Motorwelle parallel zu den Betätigungswellen angeordnet ist. Der Elektromotor kann mit Kleinspannung, beispielsweise mit 12 V gespeist und über einen entfernt angeordneten Schalter bestromt werden. Das Einschaltsignal kann durch einen potentialfreien Kontakt an den Motorantrieb von außen gegeben werden. An der Motorwelle ist eine Kurbel befestigt. Die Kurbel des Elektromotors und die Einarm- oder Doppelarmhebel bewegen sich in zwei zueinander parallel liegenden Ebenen. Im EIN-Schaltvorgang vollführt die Motorgetriebewelle eine Umdrehung. Eine Abschaltung des Elektromotors erfolgt über eine Betätigung eines von der Motorwelle mitbewegten Schaltnockens über einen Mikroschalter.
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Die Zugstange ist einerends am Kurbelende gelagert. Andernends ist die Zugstange über ein Lager mit einem auf dem ersten Koppelelement laufenden Gleitstein verbunden. Die Zugstange ist einerends am Ende der Kurbel angeordnet und andernends über einen auf dem ersten Koppelelement bewegbaren Gleitstein gelagert. In der AUS-Stellung des oder der Schaltgeräte befindet sich der auf dem ersten Koppelelement angeordnete Mitnehmer in einer Lage mit größter Entfernung zur Motorwelle. Der Gleitstein greift über an dem Koppelelement befestigten Mitnehmer.
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Bei einer Umdrehung der Kurbel vollführt die Zugstange eine Linearbewegung und der Gleitstein gleitet über einen Weg auf dem ersten Koppelelement vor und zurück.
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Die als Schaltgestänge ausgebildete Betätigungsmechanik kann in einem anbaubaren prismatischen Gehäuse untergebracht sein, welches mit seiner Gehäuseunterseite der Fronseite/Bedienseite des mindestens einen Schaltgeräts zugewandt angebracht werden kann.
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Vorzugsweise kann die Verwendung der erfindungsgemäßen Wiedereinschaltvorrichtung für mindestens einen Schutzschalter vorgesehen sein, der über Arbeitsstrom- oder Unterspannungsauslöser abschaltbar ist. Jedes Schaltgerät ist über Anschlüsse mit einer Strombahn verbunden. Jede Strombahn versorgt zum Beispiel einen Verbraucher. Wenn nicht Sicherheitsanwendungen Vorrang haben, wo eine Nullspannungssicherheit gefordert ist, kann ein Schutzschalter mit Arbeitsstromauslöser eingesetzt werden.
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Erfolgt die Ausschaltung fehlersicher durch einen Unterspannungsauslöser, reicht es vollkommen aus, die motorgetriebene Wiedereinschaltvorrichtung mit Netzspannung zu verbinden. Bei der elektrischen Verschaltung kann eine einfache Selbsthaltung mit einem Relais eingesetzt werden, das den Elektromotor ansteuert.
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Der Einsatz und Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung kann besonders von Vorteil sein, wenn sie für Anlagen verwendet wird, die schwer zugänglich sind. Beispielsweise im industriellen Umfeld im Bereich von Motorschutzschalter. So können bei unbesetzten Pumpstationen in Abwasserstationen irgendwo im Gelände, die nicht ständig besetzt sind, Schäden durch längeren Stillstand der Pumpen entstehen.
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Der Einschaltbefehl kann über einen entfernt liegenden, externen Taster gegeben werden. Die Zuschaltung erfolgt dann durch Schließen eines Kontaktes. Die Übermittlung des Wiedereinschaltbefehls kann auch drahtlos erfolgen. Dies kann z.B. mit Hilfe eines Funk-Systems erfolgen.
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Eine bevorzugte Verwendung der Wiedereinschaltvorrichtung wird für einen DC-Lasttrennschalter vorgeschlagen, der bei Photovoltaikanlagen zwischen Photovoltaikmodulen und Wechselrichter geschaltet ist.
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Ein solcher DC-Lasttrennschalter (für bis zu 32 A Nennstrom) ist als sogenannter Feuerwehrschalter bekannt (
DE 10 2008014129 B4 ). Mit diesem Schutzschalter kann bei Photovoltaikanlagen der Gleichspannungs-Leitungsweg zum Wechselrichter (durch einen Unterspannungsauslöser) abgeschaltet werden. Der Schutzschalter wird bevorzugt in unmittelbarer Nähe von PV-Module montiert, um Leitungslängen zwischen PV-Modulen und Schutzschalter so kurz wie möglich zu gestalten. Häufig ist jedoch die räumliche Erreichbarkeit des Schutzschalters dadurch erschwert.
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Wird im Notfall (z.B. bei Brand durch die Feuerwehr) das komplette Haus vom Stromnetz getrennt, so führt dies automatisch zur Auslösung des Schutzschalters und somit zur Spannungsfreischaltung der PV-Gleichstromleitungen. Eine Gefährdung der Einsatz- und Löschkräfte durch spannungsführende Gleichstromleitungen ist somit ausgeschlossen.
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Der Nachteil ist, dass Unterspannungsauslöser auch auf Spannungsausfälle reagieren, wie sie häufig vorkommen, z.B. bei Gewittern oder Netzfehler. Der Schutzschalter öffnet auch dann die Kontakte und bleibt offen. Nach gewollter oder ungewollter Ausschaltung war es bisher umständlich, die PV-Anlage aus der Ferne wieder einzuschalten. Folge davon ist, dass der Wechselrichter keine DC-Spannung bekommt und keine Energie ins Netz liefert. Ausfälle der Einspeisevergütung sind die Folge. Bisher muss der Schutzschalter am Installationsort von Hand wieder eingeschaltet werden.
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Nach Entschärfung der Gefahr und nach Rückkehr der Netzspannung kann ein Einschaltsignal (manuell oder automatisch) an die Wiedereinschaltvorrichtung gegeben werden. Die Kontakte werden geschlossen, die Versorgung des Wechselrichters mit DC-Spannung ist wiederhergestellt und die Energielieferung ins Netz wird wieder aufgenommen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Figuren zeigen Ausführungen von bevorzugten erfindungsgemäßen Anordnungen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
- 1: eine Aufsicht auf das Schaltgestänge bei Schalterstellung AUS;
- 2: eine perspektivische Aufsicht auf das Schaltgestänge bei Schalterstellung EIN;
- 3A: Detail Schaltgestänge bei Schalterstellung AUS und
- 3B: Bewegung des Schaltgestänges in Richtung EIN.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform schematisch gezeigt, welche folgende Elemente und Einzelheiten umfasst, wobei die Wiedereinschaltvorrichtung an mindestens ein elektrisches Schaltgerät 10.1 anbaubar ist, an dessen Betätigungswelle 12 ein einarmiger Hebel 15 angeordnet ist.
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Die erste Ausführungsform umfasst mindestens:
- - einen Motorantrieb mit einem Elektromotor 40 und dessen Motorwelle 41,
- - der Elektromotor 40 ist gegenüber dem Schaltgerät 10.1 derart anordbar, dass die Betätigungswelle 12 und die Motorwelle 41 parallel liegen;
- - über ein Schaltgestänge lässt sich die Motorwelle 41 mit der Betätigungswelle 12 des Schaltgeräts 10.1 in Wirkverbindung bringen,
- - wobei das Schaltgestänge ein (erstes) Koppelelement 30 umfasst, das die Motorwelle 41 mit der Betätigungswelle 12 verbindet.
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Das mindestens eine Schaltgerät 10.1 (10.2) wird über einen Handdrehknopf 80 (siehe 2) zum Öffnen und Schließen von Leitungsbahnen manuell EIN und AUS geschaltet. Der Handdrehknopf 80 ist der Betätigungswelle 12 aufgesetzt. Die Betätigungswelle ist senkrecht zur Bedienfront der Schaltgeräte angeordnet. Die Befestigungsfläche der Schaltgeräte liegt auf der Rückseite des mindestens einen Schaltgeräts und dient dort vornehmlich zur Befestigung auf einer Tragschiene. Der Elektromotor 40 wird vorzugsweise ebenfalls mit seiner Rückseite auf derselben Tragschiene befestigt.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist darauf ausgelegt, dass der Elektromotor 40 über einen entfernt angeordneten Schalter in Drehbewegung gesetzt wird, um ein (oder mehrere) Schaltgerät(e) aus der Aus-Position in EIN-Position zu schalten. Die Situation der 1 zeigt das Schaltgerät 10.1 in AUS-Position. Die Schaltgestänge ist derart ausgebildet, dass mittels einer Umdrehung der Motorwelle 41 das eine Schaltgerät 10.1 aus seiner AUS-Position in seine EIN-Position umschaltbar ist.
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An der Motorwelle 41 ist eine Kurbel 42 befestigt, an deren Ende ein Stift 44 ausgebildetes ist, der parallel zur Motorwelle gerichtet ist. Der Stift 44 greift über einen Weg S während einer Umdrehung der Motorwelle 41 an einen als Zapfen ausgebildeten Mitnehmer 51, der an dem ersten Koppelelement 30 angebracht ist. Der Mitnehmer am ersten Koppelelement ist senkrecht von dem ersten Koppelelement 30 weg und auf die Motorwelle hin gerichtet.
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Das erste Koppelelement 30 ist an der Betätigungswelle 12 über einen einarmigen Hebel 15 angelenkt und hat über einen zweiten einarmigen Hebel 11, 15 eine Parallelführung. Das Koppelelement 30 ist an beiden Enden 22 an den Hebeln 11, 15 gelagert. Die Drehachsen der beiden Hebel 15 und die Motorwelle 41 sind mechanisch parallel nebeneinander angeordnet. Während einer Umdrehung der Motorwelle 41 greift der an der Motorwelle 41 angeordnete Mitnehmer 44 mindestens in einem Winkelbereich W von 90° (oder größer) an den am Koppelelement 30 angebrachten Mitnehmer 51 an. Über die Mitnahme in dem Winkelbereich W wird das Koppelelement über einen Koppelweg S mitgenommen und das Schaltgerät 10.1 in einem Winkelbereich W von 90° (oder größer) betätigt. Am Ende der Betätigung rastet das Schaltgerät 10.1 in seine EIN-Position.
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Die Drehbewegung Dr des Elektromotors 40 wird nach einer Umdrehung des Elektromotors 40 abgeschaltet. Die Abschaltung des Elektromotors 40 erfolgt über die Betätigung eines von der Motorwelle 41 mitbewegten Schaltnockens 45 über einen Mikroschalter 48. Letzteres ist detaillierter in 2 dargestellt.
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Das Schaltgestänge ist in einem - nicht in den Figuren dargestellten - Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse kann prismatisch ausgebildet sein. Das Gehäuse ist anbaubar gestaltet, wobei es mit seiner Gehäuseunterseite der Fronseite/Bedienseite des mindestens einen Schaltgeräts 10.1 zugewandt und dort befestigbar ist. Die Gehäuseoberseite liegt der Gehäuseunterseite parallel und allein die Betätigungswelle 12 ist durch die Gehäuseoberseite hindurchgeführt. Die Gehäuseoberseite kann als abnehmbarer Deckel gestaltet sein. Bei einem geschlossenen Gehäuse ist somit nur die Betätigungswelle 12 nach außen sichtbar und ein auf der Betätigungswelle 12 aufgesetzter Handdrehknopf 80 (siehe 2). Der zweite einarmige Hebel 11 (15) kann in dem beschriebenen Gehäuse frei drehbar angeordnet sein.
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Als bevorzugte weitere erfindungsgemäße Anordnung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der zweite einarmige Hebel 11 (15) sich auf der Betätigungswelle 12 eines zweiten Schaltgeräts 10.2 befindet. Beide Situationen sind in 1 dadurch wiedergegeben, dass die Bezugszeichen 10.2 und 12 in Klammern eingetragen sind. In beiden Fällen arbeitet das Schaltgestänge identisch. Bei Vorhandensein zweier Schaltgeräte sind beide Schaltgeräte aus ihren AUS-Positionen in ihre EIN-Positionen umschaltbar.
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In der 2 ist leicht perspektivisch eine zweite erfindungsgemäße Anordnung dargestellt.
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Das Schaltgestänge umfasst das erste Koppelelement 30 und ein zweites Koppelelement 31, die beide zwischen Motorwelle 41 und Betätigungswelle(n) 12 parallel geführt sind. Erstes 30 und zweites Koppelelement 31 sind an der Betätigungswelle 12 über einen doppelarmigen Hebel 16 angelenkt.
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Der Elektromotor 40 und die beiden Schaltgeräte 10.1, 10.2 sind wiederum derart nebeneinander angeordnet, dass die Betätigungswellen 12 der Schaltgeräte und Motorwelle 41 parallel liegen. Die beiden Schaltgeräte 10.1, 10.2 sind beiderseits der Motorwelle 41 angeordnet.
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Das Schaltgestänge umfasst wiederum eine an der Motorwelle 41 angeordnete Kurbel 42. Die Kurbel greift über eine Zugstange 50 an einen an dem ersten Koppelelement 30 angebrachten als Zylinder ausgebildeten Mitnehmer 51' an. Die Zugstange 50 ist einerends am Ende 46 der Kurbel 42 gelagert und ist andernends 53 über einen auf dem ersten Koppelelement bewegbaren Gleitstein 52 gelagert.
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Über die Zugstange 50 wird die Drehbewegung Dr der Motorwelle 41 in eine Linearbewegung umgesetzt, wobei die Zugstange 50 über den Gleitstein hinter den am ersten Koppelelement befestigten Mitnehmer 51' hakt. Das Lager 46 an der Kurbel ist mit einem Abstand (Radius) vom Drehmittelpunkt der Motorwelle 41 abgeordnet, dass mit einer Umdrehung der Motorwelle 41 die Zugstange 50 eine ausreichende Linearbewegung ausführen kann zur Bewegung und zur vollen Mitnahme des Mitnehmers 51' auf dem ersten Koppelelement.
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Die Enden der Koppelelemente 30, 31 sind in Einhängeöffnungen, bzw. an drehbaren Haltezapfen an den Hebeln 15 (Version nach 1) oder an den Hebeln 16 (Version nach 2) eingehängt. Die Koppelelemente können in Form zweier Koppelstangen starr ausgebildet sein. Alternativ können sie auch durch straff gespannte Seile gebildet sein.
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Die 3A und 3B zeigen zwei Positionen des Schaltgestänges und der Motorwelle. Die 3A zeigt die Situation der Motorwelle 41 in Ausgangslage und das (oder die) Schaltgerät(e) in AUS-Position. Die 3B zeigt die Aktion des Schaltgestänges während des EIN-Schaltvorgangs.
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An der Motorwelle 41 ist ein Schaltnocken 45 angeschraubt, der mit einem Mikroschalter 48 zusammenwirkt. Der Elektromotor bleibt solange angesteuert, bis die Motorwelle eine komplette Umdrehung gemacht hat, wonach dann der Schaltnocken 45 jeweils den Mikroschalter 48 betätigt. Nach einer Umdrehung fällt das Relais der Selbsthaltung durch einen Endschalter ab. Während der Umdrehung werden Mechanik des Schaltgestänges und die Betätigungswellen der beiden Schaltgeräte gedreht. Nach einer Viertel-Umdrehung im Uhrzeigersinn ist das oder sind die Schaltgeräte in die EIN-Position bewegt. Der Motorantrieb gelangt in die Ausgangsstellung und ist an dieser Position für den nächsten Einschaltbefehl sofort wieder einschaltbereit.
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In der Ausgangsstellung gemäß 3A (Schaltgerät in AUS) befindet sich der eine Arm des doppelarmigen Hebels 16, an den das erste Koppelelement angelenkt ist, in einer Lage nach rechts gedreht. Die Lage des einen Arms des doppelarmigen Hebels 16 hat etwa einen Winkel von 135° gegenüber der Verbindungslinie beider Betätigungswellen der Schaltgeräte. Ebenso befindet sich das erste Koppelelement 30 in einer extremen Lage nach rechts verschoben. Der eine Arm des doppelarmigen Hebels und das erste Koppelelement 30 nehmen also eine extreme nach rechts verlagerte Lage ein. Die Kurbel 42 an der Motorwelle 41 liegt in dieser Stellung etwa parallel zum doppelarmigen Hebel 16 und hat ebenso eine Lage mit einem Winkel von etwa 135° gegenüber der Verbindungslinie beider Betätigungswellen der Schaltgeräte.
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In 3B vollzieht nach einem EIN-Schaltimpuls an den Motor die Motorwelle 41 eine Drehung. Hierbei nimmt die Zugstange 50 über den Gleitstein 52 an ihrem Ende den Mitnehmer 51' mit. Das erste Koppelelement 30 bewegt den doppelarmigen Hebel 16 im Uhrzeigersinn. Nach Einnahme der EIN-Schaltstellung stehen die auf das erste Koppelement gerichteten Arme der doppelarmigen Hebel 16 der Schaltgeräte in einer Lage mit einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Verbindungslinie beider Betätigungswellen der Schaltgeräte. Die Betätigungswellen haben jeweils eine Drehung um 90° vollzogen.
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In 3A ist angedeutet, dass über den doppelarmigen Hebel 16 hinaus, zwei weitere Koppelelemente 30' und 31' angeordnet sein können. Diese Koppelelemente 30', 31' führen zu einem dritten, nicht dargestellten Schaltgerät. Das dritte, bzw. weitere Schaltgerät liegt mit seiner Frontseite parallel zu den Frontseiten der ersten beiden Schaltgeräte; ebenso liegt die Betätigungswelle des weiteren Schaltgeräts parallel zur Motorwelle und den Betätigungswellen der ersten beiden Schaltgeräte. An der Betätigungswelle des weiteren Schaltgeräts ist ebenfalls ein doppelarmiger Hebel vorhanden, an dessen Enden die Koppelelemente 30', 31' dann angreifen. Wiederum sind die Koppelelemente 30', 31' parallel geführt. Der Elektromotor sollte in diesem Fall in seiner Leistung so stark ausgelegt sein, dass er die mechanische Arbeit zur Betätigung von mehr als zwei Schaltgeräten aufbringen kann.
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Bezugszeichen
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- Dr
- Drehrichtung
- S
- Koppelweg
- W
- Winkel
- 10.1 10.2
- elektr. Schaltgerät
- 11
- freidrehbarer Einarmhebel
- 15
- einarmiger Hebel
- 16
- zweiarmiger Hebel
- 22
- Lager an Hebel 15, 16
- 30 30' 31 31'
- Koppelelemente
- 40
- Motor
- 41
- Motorwelle
- 42
- Kurbel
- 44
- Mitnehmernocken
- 45
- Schaltnocken
- 46
- Lager an Kurbel für Zugstange
- 48
- Mikroschalter
- 50
- Zugstange
- 51 51'
- Mitnehmer (Zapfen, Zylinder)
- 52
- Gleitstein
- 53
- Lager am Gleitstein
- 80
- Handdrehknopf
- 100
- Schaltsignal
