DE1135554B - Schrittschaltwerk zur Fernbetaetigung von Drehschaltern - Google Patents

Description

Zur elektrischen Abwicklung komplizierterer Schaltprogramme erweisen sich elektrische Mehrfachschalter, z. B. aus mehreren längs einer gemeinsamen Drehachse aufgereihten Nockenschaltern bestehend, d. h. also sogenannte Drehschaltfluchten, als wirtschaftlich vorteilhafte Schaltgeräte. Handelt es sich jedoch darum, den Schaltvorgang über eine größere Entfernung auszulösen, so werden meistens Schaltschütze verwendet, weil diese bequem fernsteuerbar sind; was bisher für einen Drehschalter nicht ohne weiteres zutrifft. Die Abwicklung eines komplizierten Schaltprogramms erfordert aber eine beträchtliche Zahl von solchen Schützen, und wenn man den Aufwand, den eine solche Schützensteuerung verursacht, mit jenem Aufwand in Vergleich setzt, der durch einen dieselbe Aufgabe lösenden Schalter bedingt ist, so erkennt man, daß es außerordentlich wünschenswert wäre, eine verläßlich wirkende, kompakte fernsteuerbare Antriebsmaschine für Drehschalter zu schaffen, was Voraussetzung für den Ersatz der Schütze durch einen Drehschalter wäre.

Vorauszuschicken ist, daß es einfache und verläßliche elektromagnetische Vorrichtungen^ die sogenannten Drehmagnete gibt, die imstande sind, einen Stromimpuls in eine Drehbewegung umzuwandeln, wozu die Axialbewegung eines Ankers über Kurvenbahnen in eine beschränkte Drehbewegung umgewandelt wird; der Rücklauf des Ankers erfolgt meist durch Federkraft. Drehmagnete werden in verschiedenen Größen erzeugt und haben pro Type einen ganz bestimmten Drehmomentsverlauf über ihren Drehweg. Es läge nahe, solche Drehmagnete für den fernsteuerbaren Antrieb von Drehschaltern zu verwenden.

Die Schwierigkeiten, die sich der Lösung dieser Aufgabe jedoch in den Weg stellen, und die nicht nur für Drehmagnete, sondern alle schrittweise arbeitenden Antriebsapparate gelten, seien im folgenden an Hand der Fig. 1 der Zeichnung erläutert, wobei den folgenden Betrachtungen eine bekannte Drehmagneteinrichtung zugrunde gelegt sei.

In Fig. 1 ist auf der Abszisse der Drehwinkel α und auf der Ordinate das zugeordnete Drehmoment Md einer Drehmagneteinrichtung aufgetragen; es sei, um eine Annahme zu treffen, von der Voraussetzung ausgegangen, daß der zu drehende Schalter Schaltwinkel von 30° besitze und daß das Drehmoment, das zur Weiterdrehung des Schalters um 30° erforderlich sei, durch die Kurve α dargestellt werden könne. Die Form dieser Kurve hängt nun in der Praxis von vielen Faktoren ab: z. B. von der Form der Schalternocken und dem Aufbau des Rastenwerks, wenn es Schrittschaltwerk
zur Fernbetätigung von Drehschaltern

Anmelder:
Hubert Laurenz Naimer, Wien

Vertreter: Dr.-Ing. R. K. Löbbecke, Patentanwalt, Berlin-Zehlendorf, Neue Str. 6

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 18. August 1958 (Nr. A 5749)

Ing. Karl Völker, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

sich um einen Nockenschalter handelt, der Stärke der Kontaktbrückenfedern und der Rastenwerksfedern, den Reibungsverhältnissen im Schalter und von anderen Faktoren. Es zeigt sich, daß diese Kurven für verschiedene Schalter keine einheitliche Form haben. Für die Kurve α wurde ein steiler Anstieg auf einen Scheitelwert angenommen, mit folgendem steilem Abfall auf den Nullwert und anschließendem kurzem Arbeitsrückgewinn (bei a'), bedingt durch die zur Auswirkung kommenden Schalterfedern, namentlich des Rastenwerkes. Es leuchtet nun ein, daß man, um einen Schalter mit Momentenkurve α zu drehen, eine Antriebsvorrichtung zur Hand haben müßte, die in jeder Drehstellung eine Antriebskraft liefert, die größer ist als der bezügliche Momentanwert Md der Kurve a.

Es ist möglich, eine Antriebsvorrichtung zu bauen, die dieser Forderung zufriedenstellend entspricht, aber es ist nun folgendes zu beachten:

Für einen anderen Schalter einer ganz ähnlichen Type wird die Drehmomentskurve vielleicht den Verlauf b mit höherem Scheitelwert haben, für andere Schalter werden sich Kurven c bzw. d ergeben. Wenn man nun, wie aus Gründen der Wirtschaftlichkeit erforderlich, eine einheitliche Antriebsvorrichtung schaffen will, die den innerhalb einer Schalterkategorie auftretenden Kurven a, b, c, d gerecht wird, so kommt man offenbar zu einer Vorrichtung, die ein Antriebsmoment liefern muß, das der Kurve/ folgt; diese Kurve ist also die Hüllkurve aller in Frage kommenden Drehmomentsverläufe der Schalter.

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Es hat sich nun gezeigt, daß eine Antriebsvorrich- lichkeit, außerordentlich befriedigt. Damit ist aber auch tung, die ein Antriebsmoment der Kurvenform / die Aufgabe gelöst, einen Drehschalter mit wirtschaftliefert, also eine Art »Hülldrehmoment«, viel zu groß, liehen Mitteln ferzusteuern auch dann, wenn der schwer und teuer wird, um in der Praxis mit der ein- Schalter, im Hinblick auf hohe Schaltleistung und gangs genannten Schützensteuerung in Wettbewerb 5 hohe mechanische Lebensdauer robust gebaut ist und treten zu können. demnach relativ hohe Drehmomentspitzenwerte zeigt. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese Wenn im vorstehenden von einer bestimmten Schwierigkeiten zu überwinden und msbesondere ein Schwungmasse die Rede ist, so soll damit nicht nur elektromagnetisches Drehschaltwerk zur Fernbetäti- eine Aussage darüber gemacht sein, daß es sich um gung von Drehschaltern zu schaffen, das für ein und io eine Masse handelt, welche unter Bedachtnahme auf dieselbe Schalterkategorie einwandfrei verwendbar ist, das Antriebssystem, das mit ihr verbunden ist, die gleichgültig, ob die Kurven einigermaßen gleichen Speicherung beträchtlicher Energiemengen erlaubt, Verlauf haben, d.h. ob die Drehmomenthöchstwerte sondern es soll auch verstanden sein, daß der Vorungefähr in gleichen Drehwinkeln auftreten oder laufwinkel der Schwungmasse um Größenordnungen nicht und ob diese Höchstwerte immer dieselbe abso- 15 von den im Schalterbau üblichen Erzeugungstoleranlute Größe haben oder nicht. Zur Lösung dieser zen verschieden ist. Betrachtet man nämlich Schalt-Aufgabe wird so vorgegangen, daß das Schrittschalt- geräte bekannter Art, wie sie verschiedenartigsten werk mit einer Schwungmasse kombiniert ist und Zwecken dienen, beispielsweise ein Schaltschütz mit hinsichtlich des zu betätigenden Drehschalters mit über ein Gestänge gesteuerter Schaltbrücke, oder zusätzlichem Vorlauf arbeitet, d. h. erst nach einem 20 auch ein Relais, beides mit elektromagnetischem Ansolchen Zeitabstand auf den Schalter einwirkt, trieb, so ist ersichtlich, daß das Fabrikationsspiel eine welcher ausreicht, um eine Menge an kinetischer Art Vorlauf zwischen bewegten Teilen bedingt, der Energie in der Schwungmasse zu speichern, die zur sich, wenn diese Teile hinreichend schwer ausgeführt Schalterbetätigung hinreicht oder diese Betätigung sind, als kurzzeitige Speicherung von kinetischer wenigstens zum Teil übernehmen kann. 25 Energie auswirken könnte.

Schrittschaltwerke mit einer energiespeichernden Bei diesen Maßnahmen handelt es sich aber nicht Einrichtung zu versehen, ist im Zusammenhang mit um eine bewußt ausgeführte Schwungmasse, welche Antriebsmotoren (nicht mit Drehmagneten) bekannt. vermöge ihrer Größe und des Ausmaßes ihres Vor-Im vorliegenden Zusammenhang würden sich jedoch laufes imstande ist, den Schaltvorgang zu übernehmen, Antriebsmotoren als unzweckmäßig erweisen, weil 30 wie dies in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist. die Schaltschritte Bruchteile einer Umdrehung be- Das Schema eines praktischen Aufbaues eines ertragen, findungsgemäßen Schalterantriebs mit Drehmagneten Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei aber- ist in Fig. 2 dargestellt. Man erkennt einen Mehrfachmals auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Kurve g be- schalter, d. h. eine Drehschaltflucht 1, die aus drei zeichne den Verlauf des Drehmomentes der (elektro- 35 Einzelschaltern 1 und einem Rastenwerk 1 bestehe; magnetischen) Antriebsvorrichtung. Diese Vonich- dieser Schalter sei mittels eines Haltebügels 2 auf tung ist so beschaffen, daß sie zeitlich früher zur einer Grundplatte 3 befestigt. Auf der Schalterwelle 4 Wirkung kommt als der Schalter, d. h., daß ein Vor- sitze die eine Hälfte einer Kupplung 5, deren andere lauf eingehalten wird, der im Beispiel mit 15° ange- Hälfte, S', auf der Welle der elektromagnetischen Annommen wurde. Da es sich bei den in der Fig. 1 40 triebsvorriehtung, bestehend aus ortsfest montiertem dargestellten Kurven um Weg-Drehmoment-Kurven Elektromagnet 6 mit beweglichem Drehanker und handelt, so sind die Integrale über den Weg, bei- drehbarer Schwungmasse 7, angeordnet ist. Die Anspielsweise dargestellt durch die schraffierten Flächen, triebsvorriehtung gehöre jener Art an, gemäß welcher im einen Falle die von der Antriebsvorrichtung über ein erregter, topfförmiger Elektromagnet einen Anker einen Weg von 15° geleistete Arbeit (die gespeichert 45 veranlaßt, sich axial zum Magnet hin zu bewegen, wowird) und im anderen Fall die über einen Weg von bei diese Axialbewegung durch eine Kurvenführung etwa 30° aufzubringende Arbeit, d.h. jene, die er- J_n eine Drehbewegung umgesetzt wird. Die Anordforderlich ist, um den Schalter — annahmegemäß — _nung ist also so zu verstehen, daß durch Erregung des um 30° zu drehen. Dabei wurde von der Arbeits- Magnets 6 die Schwungmasse 7 in Pfeilrichtung in fläche der Kurve g, die rechts von der 30°-Ordinate 50 Drehung versetzt und gleichzeitig zum Magnet hin, liegt, abgesehen, da sie vernachlässigbar ist. d. h. in der Zeichnung nach rechts, verschoben wird. Es ist nun leicht einzusehen, daß eine Antriebs- Die Kupplung 5, 5' ist nun so ausgelegt, daß vorrichtung, die eine Kurve g liefert, für alle jene eine Erregung des Magnets 6, die also zuerst die verschiedenartigsten Schalter als Antriebsmaschine Schwungmasse in Drehung setzt, erst nach 15° zum verwendet werden kann, deren Drehmomenten- 55 Eingriff der Kupplungshälften 5, 5' führt, wenn man bedarfskurven Flächen einschließen, die theoretisch bei den hinsichtlich der Fig. 1 getroffenen Annahmen höchstens gleich und praktisch etwas kleiner sein bleiben will. Erst wenn sich die Zähne der Kuppwerden als die von Kurve g eingeschlossene. Es ist, lungshälfte 5' in jenen der Kupplungshälfte 5 verwenn man diese Bedingung einhält, in weiten Gren- fangen, wird der Schalter gedreht, und zwar wieder zen gleichgültig, in welchen Zeitpunkten die Höchst- 60 annahmegemäß um 30°. Das Schwungrad 7 muß sich werte der Schalterdrehmomente auftreten und wie demnach um insgesamt 15 + 30, also 45°, drehen ansonsten noch der Verlauf der Schalterkurven sein können.

mag: das Drehwerk wird dank der gespeicherten Es ist auch denkbar, die Kupplung 5, 5' ständig kinetischen Energie stets imstande sein, die Schalter- in federndem Eingriff zu lassen, und die Kupplungsdrehung zu bewirken. Es hat sich gezeigt, daß es auf 65 scheibe 5' mit dem Elektromagnet nicht fest zu verdie erfindungsgemäße Weise möglich ist, eine Dreh- binden, sondern vielmehr über eine zusätzlich anzueinrichtung zu schaffen, die hinsichtlich Kraftbedarf, ordnende Schleppkupplung den zur Energiespeiche-Größe ihrer erforderlichen Abmessungen und Verlaß- rung notwendigen Frei-Drehwinkel zwischen den

Kupplungsteilen 5, 5' und Elektromagnet zu erreichen.

Die Speisung der Magneteinrichtung 6 erfolgt zweckmäßig impulsweise, wobei der Impuls lange genug währen muß, damit die Einrichtung das erforderliche Maß an kinetischer Energie speichern kann; für Drehmagnete bekannter Art ist allerdings auch eine Dauererregung möglich, um einen Schaltschritt auszulösen. Sobald die Schwungmasse 7 ihre Energie an den Schalter 1 abgegeben hat bzw. sobald der Magneto stromlos wird, kehrt die Schwungmasse, von einer — nicht gezeichneten — Feder gezogen, in ihre Ausgangslage zurück, wie dies den hier in Betracht gezogenen elektromagnetischen Einrichtungen eigentümlich ist; die Kupplung 5,5' löst sich, und die Einrichtung ist zum Empfang eines zweiten Impulses bereitgestellt.

Die Fig. 2 zeigt noch eine Möglichkeit, wie man diese Impulsgabe in einfachster Weise selbsttätig erzielen kann: Wenn der Speisestromkreis 8 der Magneteinrichtung 6 geschlossen ist und der Drehmagnet 6 sich zu drehen beginnt, so dreht er einen auf seiner Welle angeordneten Nocken 9 mit, der seinerseits, nachdem die Drehung ein ausreichendes Maß erreicht hat, den Kontakt 10 unterbricht, wodurch die Vorrichtung stromlos wird und der Anker in seine Ausgangslage zurückfällt. Dadurch dreht sich aber auch der Schaltnocken 9 zurück, der Kontakt 10 schließt wieder, und das Spiel beginnt von neuem. Die Dauer der Impulsfolge ist demnach unbeschränkt, aber sie bedarf einer Beschränkung, was entweder in der Weise erzielt werden kann, daß die Kommandogebung unterbrochen wird, sobald der Schalter 1 das Erreichen der befohlenen Schalterstellung (über eine zu diesem Zwecke vorgesehene Leitung) rückmeldet, oder indem dem Schalter 1 alsdann selbst die Stromzufuhr zur Wicklung der Dreheinrichtung 6 unterbricht. Diesbezüglich bestehen zahlreiche schaltungstechnische Möglichkeiten, auf die hier nicht weiter eingegangen zu werden braucht.

Es versteht sich, daß die Dreheinrichtung verschiedenster anderer, auch mechanischer Art sein kann; entscheidend ist immer nur die Speicherung eines Teiles oder der gesamten von ihr geleisteten Arbeit unter Vorlauf gegenüber dem anzutreibenden Schalter und die mindestens teilweise Betätigung des Drehschalters durch diese gespeicherte Arbeit.

Ferner ist ersichtlich, daß die Kupplung 5, 5' nichts anderes als eine Schleppeinrichtung ist, die natürlich ebenfalls auf die verschiedenartigste Weise verwirklicht werden kann.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schrittschaltwerk zur Fernbetätigung von Drehschaltern, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittschaltwerk mit einer Schwungmasse kombiniert ist und hinsichtlich des zu betätigenden Drehschalters mit zusätzlichem Vorlauf arbeitet.

2. Drehschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse zur periodischen Steuerung eines im Stromkreis des Schaltwerks liegenden Unterbrechers dient.

3. Drehschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es über eine Schleppkupplung auf den Drehschalter wirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 961179, 959 662,
700439, 605 927, 603 352, 471 322;
österreichische Patentschrift Nr. 9835.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 S3&/293 8.62