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Motor-Antrieb mit Feder-Arbeitsspeicher, insbesondere zum Antrieb
elektrischer Schalter In der Technik werden für alle möglichen Zwecke motorisch
angetriebene Geräte, beispielsweise Schalter, Pumpen, Zerkleinerungsgeräte u. dgl
benötigt, welche von einem Motor, insbesondere von einem Elektromotor, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung eines Getriebes, angetrieben werden. Aus Kostengründen und
aus Raumersparnis werden üblicherweise nur solche Antriebsmotoren gewählt, deren
maximales Drehmoment gleich oder nur wenig größer ist als das für den Antrieb des
betreifenden Gerätes im allgemeinen erforderliche Drehmoment. Wird nun aber, beispielsweise
zur Betätigung eines motorisch angetriebenen Schalters, aus irgendwelchen Gründen,
z. B. weil die Kontakte kleben, ein größeres Drehmoment benötigt als der Motor liefern
kann, so kann in diesem Fall der Schaltvorgang nicht ablaufen, was zu großen Störungen
führen kann. Entweder erleidet nun der Motor wegen Überlastung Schaden, oder die
dem Motor vorgeschalteten Sicherungen unterbrechen den Stromkreis. Auf jeden Fall
gibt es eine unerwünschte Störung. Natürlich könnte man einen größeren Motor nehmen,
welcher auch bei zunächst klebenden Kontakten den Schaltvorgang sicher bewältigt.
Abgesehen davon, daß ein größerer Motor auch entsprechend mehr kostet, ist oft auch
nicht genügend Platz dafür vorhanden. Ebenfalls müßte die als Steuerleitungen gedachten
Stromzuführungen zu diesem »Schaltmotor« sowie die dazugehörigen Steuerschalter
stärker ausgelegt werden. Eine weitere Möglichkeit, um ein sicheres Schalten zu
gewährleisten, wäre durch ein zwischen Schalter und Schaltmotor angeordnetes hochuntersetztes
Getriebe gegeben, das jedoch den Nachteil hat, daß der Schaltvorgang entsprechend
langsamer erfolgt. Auch die Zwischenschaltung eines Energiespeichers ist bekannt,
welcher von einem Motor aufgeladen wird und der aber nur so lange das notwendige
Drehmoment liefern kann, als noch Energie vorhanden ist, d. h., er arbeitet wie
ein Uhrwerk.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein motorisch angetriebenes
Gerät, beispielsweise einen Schalter, zu entwickeln, dessen Antriebsmotor für das
zum Betätigen des Gerätes normalerweise erforderliche Nenndrehmoment ausgelegt ist,
das jedoch auch bei einem größeren Drehmomentbedarf sicher arbeitet.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Antrieb mit Federarbeitsspeicher,
insbesondere zum Antrieb von elektrischen Schaltern, zwischen Motor und anzutreibendem
Gerät ein Kraftspeicher in Form einer Feder eingeschaltet ist, der selbsttätig in
Reihe mit dem anzutreibendem Gerät vom Motor aufgeladen und parallel zum Motor auf
den Antrieb des Gerätes geschaltet entladen wird. Die Umschaltung von Reihen- und
Parallelbetrieb des Kraftspeichers kann in Abhängigkeit vom Drehmoment oder vom
Weg erfolgen. Auch in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Motors oder von
dessen Drehzahl kann die Umschaltung erfolgen.
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Bei dem erfindungsgemäßen motorisch angetriebenen Gerät arbeitet also
der Motor im Normalfalle mit dem Kraftspeicher als Übertragungsglied direkt auf
das anzutreibende Gerät. Da bei den meisten motorisch anzutreibenden Geräten der
Drehmomentbedarf unterschiedlich groß ist, wird, während der Drehmomentbedarf des
anzutreibenden Gerätes kleiner ist als das vom Motor aufzubringende maximale Drehmoment,
der Kraftspeicher nicht in Aktion treten, sondern höchstens unerwartet auftretende
Stöße abfangen. Übersteigt das von dem anzutreibenden Gerät benötigte Drehmoment
wesentlich das vom Motor zu liefernde maximale Drehmoment, so wird der Kraftspeicher
ganz aufgeladen und selbsttätig parallel zum Motor geschaltet und hilft so mit,
den Drehmomentbedarf zu decken. Hat der Kraftspeicher seine Kraft abgegeben, so
wird er wieder, in Reihe mit dem Motor geschaltet, aufgeladen und erneut parallel
zum Motor entladen. Es ist möglich, mehrere solche Kraftspeicher zur Aufladung hintereinander
und zur Entladung parallel zu schalten, was zu einer entsprechenden Vervielfältigung
des Antriebsdrehmoments führt. Selbstverständlich können auch kombinierte Reihen-
und Parallelschaltungen der Kraftspeicher Anwendung finden.
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Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselben
erzielten Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels.
F i g. 1 und 2 zeigt schematisch die Wirkungsweise
des erfindungsgemäßen Kraftspeichers; F i g. 3 und 4 zeigt die Hintereinanderschaltung
mehrerer Kraftspeicher; F i g. 5 zeigt im Schnitt den Aufbau eines Kraftspeichers,
während F i g. 6, in perspektivischer Ansicht, die auseinandergezogenen Einzelheiten
des Kraftspeichers und seine Wirkungsweise zeigt; F i g. 7 und 8 zeigen die Wirkungsweise
der Umschaltelemente des Kraftspeichers; F i g. 9 zeigt schematisch die Wirkungsweise
eines Kraftspeichers mit wegabhängiger Umschaltung.
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In den Figuren ist jeweils mit M der Motor, mit G das anzutreibende
Gerät und mit K der Kraftspeicher, welcher zwischen Motor M und dem anzutreibenden
Gerät G eingeschaltet ist. Im einfachsten Falle enthält der Kraftspeicher Keine
Feder, welche die Verbindung zwischen dem Abtrieb des Motors M und dem Antrieb des
Gerätes G herstellt. Wird nun der Drehmomentbedarf des anzutreibenden Gerätes G
größer als das maximale Drehmoment des Motors M, so wird die Feder des Kraftspeichers
K mit dem Maximaldrehmoment des Motors M aufgeladen und motorseitig abgekuppelt
(F i g. 2) und gegen Zurückdrehen gesichert. Gleichzeitig wird eine direkte Verbindung
vom Motor M zum anzutreibenden Gerät G hergestellt. Das vom Motor M abgegebene Drehmoment
und das der Feder wirken nun in gleichem Drebsinn auf das anzutreibende Gerät G.
Wenn die Feder entladen ist, wird ihr im Punkt F festgehaltenes Ende unter gleichzeitiger
Auflösung der direkten Verbindung vom Motor M zum anzutreibenden Gerät G wieder
an den Motor M angekuppelt, und der Vorgang wiederholt sich.
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In den F i g. 3 und 4 sind drei Kraftspeicher K hintereinander geschaltet,
so daß gegebenenfalls das vierfache Motordrehmoment auf das anzutreibende Gerät
einwirken kann.
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Wie aus F i g. 5 zu entnehmen ist, ist der Kraftspeicher K von einem
Gehäuse 5 umschlossen, welches zwischen dem angedeuteten Motor M und dem nicht gezeigten
Gerät G angeordnet ist. Die durch entsprechende Bohrungen in das Gehäuse 5 hineinragenden
Stifte 50 verhindern ein Mitlaufen des Gehäuses 5. Es ist auch möglich, das Gehäuse
so auszubilden, daß es am Flansch des Motors M zu befestigen ist, wobei es entsprechende
Bohrungen aufweist, welche mit Bohrungen im Motorflansch fluchten. Auf seiner dem
Motor M abgekehrten Seite wird dann zweckmäßigerweise ein dem Motorflansch entsprechender
Flansch vorgesehen. Im Inneren des Gehäuses 5 ist auf einer Verlängerung
1 der Motorwelle die Kupplungsscheibe 2 lose gelagert und die Antriebsscheibe
10 befestigt. Auf einer Verlängerung 4 der Antriebsachse des anzutreibenden Gerätes
G ist sowohl das Abtriebsrad 3 als auch die Feder 30 befestigt. Die Verlängerung
1 der Motorachse kann man so ausbilden, daß sie in einfacher Weise mit Reibungssitz
in die Scheibe 10 einschiebbar ist. Die Verlängerung 4 der Achse des anzutreibenden
Gerätes erhält zweckmäßigerweise die gleiche Form wie das vordere Ende der Motorachse,
welches mit der Verlängerung 1 in Verbindung steht. Die Feder 30 ist bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel auf der Abtriebsscheibe 3 mit ihrem einen Ende befestigt, während
das andere Ende über eine Verbindungsstange 20 (F i g. 6) mit der Kupplungsscheibe
2 verbunden ist. Wie aus F i g. 6 ersichtlich, sind an der Kupplungsscheibe 2 ein
Antriebsstift 21 und der Steuerstift 22 befestigt. An der Abtriebsscheibe 3 ist
ebenfalls ein Antriebsstift 31 und ein i Steuerstift 32 befestigt. Diese Steuerstifte
22 und 32 wirken mit einer an der Antriebsscheibe 10 befestigten Schaltwippe
11, 12 zusammen, welche die Umschaltung der Feder 30 von der Reihen- in die Parallelschaltung
zum Motor bewirkt, und deren Wirkungsweise an Hand der F i g. 7 und 8 näher erläutert
wird. Mit 21 und 31 sind wieder die beiden Antriebsstifte, mit 22 und 32 die beiden
Steuerstifte bezeichnet. Die Schaltwippe besteht aus den beiden um die Achse 13
schwenkbar gelagerten Hebelarmen 11 und 12 zwischen deren Bolzen
110 und 120
(F i g. 6) die Schaltfeder 14 gespannt ist.
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Der Weg der beiden Hebelarme 11 und 12 ist durch die Anschläge 17
bzw. 18 begrenzt. Während die Steuerstifte 22 und 32 direkt auf den Hebelarm 12
einwirken, wirkt der Hebelarm 11 über eine seitliche Verlängerung 15 (F i g. 6)
auf den Antriebsstift 21 und über eine Verlängerung 16 auf den Antriebsstift 31.
Die Feder 30 ist vorgespannt, etwa bis zum Normaldrehmoment des Motors und legt
sich mit der Verbindungsstange 20 gegen den Anschlag 33.
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Die Wirkungsweise des Kraftspeichers ist nun folgende: Im Normalfall,
d. h. wenn der Drehmomentbedarf des anzutreibenden Gerätes kleiner ist als das vom
Motor gelieferte Drehmoment, erfolgt die übertragung der Kraft vom Motor zum anzutreibenden
Gerät G über die Verlängerung 1 der Motorwelle, die darauf befestigte Antriebsscheibe
10,
den Hebelarm 11 der Schaltwippe, den Antriebsstift 21, die lose
auf der Verlängerung 1 gelagerte Kupplungsscheibe 2, die Verbindungsstange
20 und die Feder 30 auf die Verlängerung 4 des anzuteibenden Gerätes G.
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Die Feder 30 dient während dieses Normalbetriebes zur Auffangung von
Stößen, welche sonst vom anzutreibenden Gerät auf den Antriebsmotor gelangen würden.
Die Schaltwippe 11, 12 befindet sich in der in F i g. 8 gezeigten Stellung,
d. h., der Antriebsstift 31 kann ungehindert an der Schaltwippe vorbeigeführt werden.
Die Abtriebsscheibe läuft etwa in der in F i g. 6 gezeigten Stellung mit.
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Wird nun der Drehmomentbedarf des anzutreibenden Gerätes größer als
das vom Motor M maximal zu liefernde Drehmoment, so erfolgt eine Aufladung der Feder
und damit verbunden eine Verdrehung der Antriebsscheibe 10 zusammen mit der
Kupplungsscheibe 2 und der Feder 30 gegenüber der Abtriebs-Scheibe 3. Wenn die Verdrehung
etwa 360° erreicht hat, so stößt der an der Abtriebsscheibe 3 vorgesehene Steuerstift
32 gegen den Hebelarm 12 der Schaltwippe und veranlaßt diese zum Umspringen in die
in F i g. 7 gezeigte Lage, d: h., der Hebelarm 11
kommt außer Eingriff mit
dem Antriebsstift 21 und damit über die Kupplungsscheibe 2 mit der Feder und in
Eingriff mit dem Antriebsstift 31 der Abtriebsscheibe 3, wodurch über die Antriebsscheibe
10
und der Abtriebsscheibe 3 eine direkte Kupplung zwischen Motor M und anzutreibenden
Gerät G erreicht ist. Parallel zu dieser direkten Verbindung liegt und wirkt nun
die gespannte Feder 30, welche durch das auf der Kupplungsscheibe 2 wirkende
Kugelgesperre 23 gegen Zurückdrehen gesichert ist. Nachdem die Feder etwa während
einer Umdrehung der Antriebsscheibe 10 und der Abtriebsscheibe 3
gewirkt
hat und dadurch wieder bis auf ihre Vorspannung entladen ist, kommt am Ende dieser
Umdrehung der an der Kupplungsscheibe 2 befestigte Steuerstift 22 mit dem Hebelarm
12 in Eingriff, wodurch die Schaltwippe wieder betätigt wird. Dadurch wird die über
den Hebelarm 11 und dem Antriebsstift 31. bestehende direkte Verbindung zwischen
der Antriebsscheibe 10 und der Abtriebsscheibe 3 aufgelöst und die Antriebsscheibe
10 wieder über dem Hebelarm 11 mit dem Antriebsstift 21 der Kupplungsscheibe 2 verbunden.
Der Vorgang kann nun wieder von neuem beginnen. Das Wesentliche dabei ist immer,
daß die Feder zunächst in Reihe mit dem anzutreibenden Gerät G vom Motor M aufgeladen
und anschließend parallel zum Motor M auf den Antrieb des Gerätes geschaltet und
.wieder entladen wird. An Stelle einer Schaltwippe können selbstverständlich alle
möglichen Schaltelemente mit derselben Wirkungsweise, wie beispielsweise Kurbel-,
Kulissen-, Hebelsteuerungen usw. verwendet werden. Das Kugelgesperre 34 soll verhindern,
daß die teilweise gespannte Feder 30 nach Ausschalten des Motors M die Abtriebsscheibe
3 zurückdreht. Bei größerem Drehmomentsbedarf kann die Feder 30 in rascher Folge
geladen und entladen werden. Das Ganze wirkt dann so, wie wenn der Motor mit doppeltem
Drehmoment aber nur mit halber Drehzahl laufen würden. So kann man, namentlich wenn
man mehrere Getriebe nach F i g. 5 hintereinanderschaltet, einen Nebenschlußmotor
so arbeiten lassen, wie wenn er Seriencharakteristik hätte. Bei dem in F i g. 9
gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Umschaltung von Reihen- in Parallelschaltung
wegabhängig, was naturgemäß mit einer wesentlich einfacheren Konstruktion durchführbar
ist. Die über die Verlängerung 1. mit dem Motor M fest verbundene Antriebsscheibe
10 ist an ihrem Umfang mit ein oder mehreren federbelasteten Sperrklinken 19 versehen,
die im Normalfall in einer- entsprechenden Zahnung in der Kupplungsscheibe 2 eingreift.
Diese Kupplungsscheibe 2 ist mit einem Ende der nicht dargestellten Feder verbunden
und lose auf der Verlängerung 1 der Motorwelle gelagert. Das andere Ende der nicht
dargestellten Feder ist mit der Abtriebsscheibe 3 verbunden, die mit dem anzutreibenden
Gerät gekoppelt ist. Die Abtriebsscheibe 3 ist ebenfalls mit einer Zahnung versehen,
welche zweckmäßigerweise der Zahnung der Kupplungsscheibe 2 gegenübersteht. Durch
Umlegen der Sperrklinke 19
kommt die Antriebsscheibe 10 entweder mit der Kupplungsscheibe
2 oder der Abtriebsscheibe 3 in Verbindung. Betätigt wird die Sperrklinke 19 durch
Zusammenwirken eines an ihr befestigten Fortsatzes mit mindestens einer Schaltkulisse
6. Die Schaltkulisse 6 kann beispielsweise auch verschiebbar angeordnet sein, so
daß der wegabhängige Zeitpunkt der Parallelschaltung in gewissen Grenzen verschiebbar
ist. Wie schon in F i g. 3 dargestellt, können mehrere Kraftspeicher hintereinandergeschaltet
werden. Man kann das Drehmoment der Feder der hintereinandergeschalteten Kraftspeicher
gleichmachen, jedoch ist es auch möglich, beispielsweise das Federdrehmoment des
nächstfolgenden Kraftspeichers gegenüber dem vorhergehenden Kraftspeicher zu verdoppeln.