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Federschaltwerk für elektrische Schalter Die Erfindung bezieht sich
auf ein Federschaltwerk zum schnellen Ein- und Ausschalten von elektrischen Schaltern,
deren Schaltbewegung durch eine sich beim Ein- und beim Ausschalten in entgegengesetztem
Sinn drehende Welle bewirkt wird, mit einer zwischen einem Antriebsteil und Schaltteilen
auf der Schaltwelle angeordneten räumlich gewundenen Biegefeder, die beim Bewegen
des Antriebsteiles solange gespannt wird, bis das von einer Klinkeneinrichtung festgehaltene
Schaltteil durch das Antriebsteil entklinkt wird.
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Solche Schnellschalteinrichtun-en sind bekannt. Sie dienen dem Zweck,
unabhängig von der Bewegung durch den Bedienenden eine hohe Schaltgeschwindigkeit
sowohl für das Ein- als auch für das Ausschalten zu erzielen. Im allgemeinen kommen
konzentrisch um eine Achse angeordnete Schraubenfedern zur Anwendung, wobei ein
Ende an dem Mitnehmer des Antriebs- und ein Ende am Mitnehmer des Schalterteiles
liegt. Das Antriebsteil wird z. B. von einer die Federn umschliessenden Hülse gebildet,
während das Schaltteil als ein mit der Schaltwelle verbundener, verkleinerter Flanschteil
ausgebildet ist. Derartige Schnellschaltvorriehtun@en haben sich zum schnellen Ein-
und Ausschalten von elektrischen Schaltern, insbesondere Lasttrennschaltern,bewährt.
Die Feder muss für jeden Schaltvorgang in Ein- und Aus-Richtung getrennt ,gespannt
werden. Bei diesen Antrieben ist ein Ausschalten mittels Freiauslösung unmöglich,
da der Kraftspeicher für den Ausschaltvorgang fehlt.
Eine andere
bekannte Antriebsvorrichtung verwendet zwei getrennt angeordnete Federn, von denen
die eine als Einschaltfeder konzentrisch auf der Schalterwelle, die andere aber
zwischen dieser und dem Schalterrahmen als Kraftspeicher für den Ausschaltvorgang
angeordnet sLnd. Diese Ausführung ist rauen- und materialaufwendig. Besonders nachteilig
ist, dass die Einschaltfeder derart bemessen sein muss, dass sie wäh-
rend
des Einschaltvorganges die Ausschaltfeder mitspannt. Alle Schaltteile müssen entsprechend
robust ausgelegt werden. Zudem verlangt diese Ausführung einen erheblichen Kraftaufwand.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein als geschlossenes Bauelement auf
die Schaltwelle aufschiebbares Federschaltwerk zum schnellen Ein- und Ausschalten,
letzteres auch mittels Freiauslösung, von elektrischen Schaltern zu schaffen, bei
dem eine einzige gewundene Biegefeder zur Vermeidung der angeführten Nachteile zuerst
als Kraftspeicher zum Ausschalten vorgespannt und dann zum Einschalten weitergespannt
wird. Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass an einer
Spannhülse als Antriebsteil und an zwei sie abschliessenden Spannscheiben, in die
die Enden der Biegefeder eingehängt sind, Mittel, an den Schaltscheiben Nocken bzw.
eine Aussparung und am Schalterrahmen eine Einschaltklinke und ein Hebelsystem vorgesehen
sind, derart, dass die Spannhülse in einer ersten Drehbewegung die eine Spannscheibe
bei zurückgehaltener zweiter Spannscheibe mitnimmt und die Biegefeder als Kraftspeicher
für den Ausschaltvorgang vorspannt und in einer zweiten gegensinnigen Drehbewegung
bei verklinkter erster Spannscheibe durch Mitnahme der zweiten Spannscheibe über
Mittel die Biegefeder zum Einschalten gleichsinnig weiterspannt, so dass durch Abheben
der Einschaltklinke der Schalter eingeschaltet und danach durch Zurückdrehen der
Spannhülse oder mittels Freiauslösung die Ausschaltsperre aufgehoben wird.
In
zweckmässiger Ausgestaltung ist die Spannhülse auf der dem Schalter zugekehrten
Seite mit einem Anschlag zur Mitnahme der Spannscheibe über ihren Mitnehmer und
einem Anschlag zum Abheben der Einschaltklinke am Ende des Spannvorganges, am anderen
Ende mit einer Klinke, die mit dem Mitnehmer der zweiten Spannscheibe zusammenwirkt,
versehen. Fernerliegen an die drehbar gelagerten Spannscheiben fest auf der Schaltwelle
angeordnete Schaltscheiben an, von denen die erste einen Nocken für die,Ausschaltsperre
und einen Nokken für die Einschaltsperre, die zweite eine Aussparung und einen Abhebestift
hat. Schliesslich ist an der dem Schalter zugekehrten Spannscheibe eine Ausschaltsperrklinke
angeordnet, die mit der Schaltscheibe zusammenwirkt und von Hand durch ein Zurückdrehen
der Spannhülse oder bei einem Auslösebefehl z.B. durch einen Auslösemagneten oder
eine angesprochene Sicherung von einem Hebelsystem entklinkt wird. Diese Antriebsvorrichtung
bietet-ein vorteilhaftes Federschaltwerk raumsparender, geschlossener Bauweise unter
Verwendung einer einzigen gewundenen Biegefeder, die für beide Schaltvorgänge in
zwei Stufen in gleichem Sinne gespannt wird. Der erzielte geringere Kräfteaufwand
erlaubt, die Schaltteile materialsparender auszuführen. In der ersten Stufe wird
die Biegefeder als Kraftspeicher für den Ausschaltvorgang vorgespannt, so dass eine
Ausschaltung über eine Freiauslösung möglich ist, die ausserdem die Betriebssicherheit
erhöht, da bei Fortdauer des Auslöse-Befehls kein neuer Einschaltvorgang stattfinden
kann.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel
in perspektivischer Ansicht dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber die
einzelnen Teile räumlich getrennt dargestellt sind. Für übereinstimmende Teile werden
dabei gleiche Bezugszeichen verwendet Es zeigen: Fig. 1 - Stellung A - Schalter
"Aus", Antrieb "Ein", Feder ganz entspannt Fig. 2 - Stellung D - Schalter "Ein",
Antrieb "Ein," Feder teilentspannt (Einschaltfeder) Fig. 3 - Diagramm des Spannvorganges
der Feder Auf die Schalterwelle 1 wird das Federschaltwerk alg-geschlossenes Bauelement
aufgeschoben. Konzentrisch zur Schalterwelle 1 ist eine räumlich .gewundene Biegefeder
2 als Kraftspeicher, in der das Gehäuse des Federschaltwerkes bildenden Spannhülse
3 angeordnet, die mit einem Betätigungshebel 4 versehen ist. Die Spannhülse 3 wird
an den beiden Enden durch als Spannscheiben 5 und 6 dienende, aui der Schalterwelle
1 drehbar gelagerte Federteller abgeschlossen, in die die beiden Enden der Biegefeder
2 ein-. gehängt sind. Die Spannhülse 3 hat auf der dem Schalter zugekehrten Seite
einen Mitnehmeranschlag `) und einen Abhebeanschlag 8, am entgegengesetzten Ende
dagegen eine radial schwenkbare, unter Federwirkung stehende Mitnehmerklinke 9 mit
einem sie abhebenden Auflaufansatz 1o, die mit einer axial wirkenden Blattfeder
11 zusammenwirkt. Die Spannscheibe 5 -ist mit einem Mitnehmer 12 und einer durch
Federwirkung einschwenkbaren Ausschaltsperrklinke 13 versehen. An der Aussenseite
der Spannscheibe 5 anliegend ist eine Schaltscheibe 15 fest auf der Schalterwelle
1 angeordnet, mit deren Nocken 16 und 17 die Ausschaltsperrklinke 13 und eine am
Schalterrahmen schwenkbar angeordnete und unter Federwirkung stehende Einschaltsperrklinke
14 zusammenwirken.
Am angedeuteten Schalterrahmen ist ein Schaltschloss
angeordnet, dessen Auslösehebel 18 als unter Federwirkung einschwenkender Doppelhebel
über den ebenfalls unter Federwirkung stehenden Winkelhebel 19 auf die Ausschaltsperrklinke
13 wirkt. Die Spannscheibe 6 auf der dem Schalter abgekehrten Seite hat einen Mitnehmer
2o, der in einer ringsegmentförmigen Aussparung 21 der an der Spannscheibe h anliegenden,
fest auf der Schalterwelle 1 angeordneten Schaltscheibe 22 gleitet. Die Schaltscheibe
22 hat noch einen Abhebestift 23, der mit der Klinke 9 zusammenwirkt und sie durch
Auflaufen des Ansatzes 1o hebt. Die Wirkungsweise des Federschaltwerkes besteht
darin, dass die Biegefeder 2 zuerst als Kraftspeicher für den Ausschaltvorgang vorgespannt
und in demselben Sinn für den Einschaltvorgang weitergespannt wird, wie in dem Diagramm
M=f ( f ) in Fig. 3 dargestellt. Der Verlauf der Spannmomente M als Funktion der
Federspannwinkel @ ist ein linearer. In A wird die Vorspannung der Biegefeder als
Kraftspeicher für das Ausschalten und in B die noch zusätzliche Weiterspannung für
das Einschalten erreicht.
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In einem Zyklus durchläuft die Antriebsvorrichtung mehrere Zwischenstellungen.
Änhand derselben wird die Wirkungsweise näher erläutert.
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S t e 1 1 u n g A - als Ausgangsstellung gekennzeichnet durch die
Aus-Stellunz; des Schalters, die Ein-Stellun-- des Antriebes, wie immer bei Freiauslösung,
und die Feder ganz entspannt. In dieser Stellung greift die Sperrklinke 14 hinter
dem Nocken 17 der Schaltscheibe 15 und hält während des folgenden Spannvorganges
die Schaltwelle 1 bzw. den Schalter in der Aus-Stellung. Am anderen Ende des Antriebes
liegt der Mitnehmer
2o der Spannscheibe 6 wie gezeigt am Ende der
Ausspareng 21 der Schaltscheibe 22 an und wird so beim Spannen der Feder zurückgehalten.
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S t e 1 1 u n g B - Schalter in Aus-Stellung, Antrieb in Aus-Stellung
und die Feder teilweise gespannt, d.h. vorgespannt für den Ausschaltvorgang. Um
aus der Stellung A in diejenige B zu gelangen, wird der Spannhülse 3 mittels Betätigungshebel
4 eine Rechtsdrehung in Richtung des Pfeiles-I vermittelt, bis der Hebel 4 die strichpunktierte
Stellung B erreicht. Die Spannhülse 3 nimmt dabei mittels ihres Anschlages `J den
Mitnehmer 12 und damit die Spannhülse 5 in einer Rechtsdrehung mit, bis die Ausschaltsperrklinke
13 hinter den Nocken 16 der Schaltscheibe 15 greift und die Ausschaltsperre bildet.
Die Biegefeder 2 wird während dieses Spannvorganges bis in die Stellung B als nraftspeicher
vorgespannt, da ihr linkes, in die Spannscheibe 5 eingehängtes Ende mitgenommen
wird, während ihr rechtes, in die Spannscheibe 6 eingehängtes Ende durch das Anliegen
des Mitnehmers 2o am Ende der Aussparung 2.1 der Schaltscheibe 22 zurückgehalten
wird.
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Am Ende dieser Drehbewegung der Spannhülse 3 greift ihre Klinke 9
hinter den Zapfen des Mitnehmers 2o. Tn dieser Stellung B ist die Biegefeder 2 für
den Ausschaltvorgang vorgespannt und gesperrt.
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S t e 1 1 u n g C - (kurz vor der Stellung D in Fig. 2) -Schalter
in der Aus-Stellung, Antrieb kurz vor der Ein-Stellung und Feder ganz gespannt.
Zum Weiterspannen der Biegefeder 2 für den Einschaltvorgang wird der Spannhülse
3 eine Linksdrehung durch die Bewegung des Betätigungshebels 4 in Richtung des Pfeiles
:CI vermittelt. Die Spannscheibe 5 und damit das linke Ende der Feder 2 werden durch
die Sperre, Klinke 13
und Nocken 16, zurückgehalten: Die
Spannscheibe 6 und mit ihr das rechte erde der Feder 2 werden in der Linksdrehung
der Spannhülse 3 mitgenommen, da die Klinke 9 hinter den Mitnehmer 2o greift, der
in der Aussparung 21 der Schaltscheibe 22 naäh links gleitet. Die Biegefeder 2 wird
der-art für den Einschaltvorgang weitergespannt ur.d erreicht in der Stellung
C kurz vor derjenigen D die volle Spannung. S t e 1 1 u n g D - Einschaltstellung
Fig. 2: der Schalter in der Ein-Stellung, der Antrieb in der Ein-Stellung und die
Feder teilweise entspannt. Für das Einschalten des Schalters genügt es, den Betätigungshebel
4 bzw. die Spannhülse 3 in einer Linksdrehung von einigen Graden aus der vollen
SpLnnstellung C in die üinschalt-Stellung D zu bringen. Der Anschlag ö der Spannhülse
3 hebt dabei.. die Klinke 14 vom Nocken 1'7 ab und hebt die Einschaltaperr@=: auf,
so dass die Schaltscheibe 15 unter Wirkung der Biegef@der 2 von der Spannscheibe
5 über die Sperre 13, 16 in einer :M@,:@ydrehung und mit ihr die Schalterwelle 1
mitgenommenr..3:.. Der Schalter wird in die Einschaltstellung gebracht. Die Klinke
13 läuft dabei auf den Schenkel des Winkelhebels 19 des Schaltschlosses auf, so
dass sich die Biegefeder 2 nach dem Einschaltvorgang nicht weiter entspannen kann,
sondern. als Kraftspeicher für den Ausschaltvorgang vorgespannt bleibt. Die Schaltscheibe
22 hat dabei ebenfalls eine Linksdrehung ausgeführt und der Mitnehmer 2o liegt wieder
am rechten Ende der Aussparung 21 an. Der Abhebestift 23 hat die Klinke 9 über den
Auflaufansatz 1o abgehoben. Die Klinke 9 wird durch die Blattfeder 11 in dieser
ausgeschwenkten Stellung gehalten, damit beim Ausschalten die Spannhülse 3 nicht
mitgenommen wird. Nach dem Einschalten ist das Federschaltwerk für den Ausschaltvorgang
bereit:
D a s A u s s c h a 1 t e n von Hand. Das Ausschalten von
Hand erfolgt durch ein Zurückdrehen des Betätigungshebels 4 bzw. der Spannhülse
3 um einige Grade aus der Ein-Stellung D im Uhrzeigersinn. Der Anschlag 7 der Spannhülse
nimmt über den Mitnehmer 12 dabei die-Klinke 13@mit, die vom Nocken 16 und auf dem
kurvenförmig gebogenen Schenkel des Winkelhebels 19 abgleitet und ausschwenkt, so
dass die Ausschaltsperre 13, 16 aufgehoben wird. Der Mitnehmer 2o der unter Wirkung
der Biegefeder 2 stehenden Spannscheibe 6 nimmt die Schaltscheibe 22 in einer Rechtsdrehung
mit, so dass der Schalter durch die Rechtsdrehung der Schaltwelle 1 ausgeschaltet
wird. Das Federschaltwerk kehrt in die in Fig. i dargestellte Ausgangsstellung zurück.
D a s Aus s c,h a 1 t e n durch Freiauslösung. Wirkt eine Kraft als von einem Auslösemagneten
oder dem Schlagstift einer angesprochenen Sicherung gegebener Auslösebefehl auf
den rechten Arm des Auslösehebels 18, so wird durch seine Rechtsdrehung der unter
Federwirkung stehende Winkelhebel 19 für eine Drehbewegung freigegeben, in der sich
der kurvenförmig gebogene Schenkel des Hebels 19 von der Klinke 13 abhebt. Die Ausschaltsperre
13, 16 wird aufgehoben und der Ausschaltvorgang findet wie vorbeschrieben statt.