DE19605711A1 - Antriebseinrichtung für ein Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Bei einer bekannten Antriebseinrichtung dieser Art (DE 36 23 247 A1) ist wenigstens ein Schalter mit einer Betätigungswelle gekuppelt, die ihrerseits über ein Richt­ gesperre mit Freilaufanordnung und über eine Kurvenscheibe zum schrittweisen Antrieb der Freilaufeinrichtung mit einer Antriebswelle gekuppelt ist. Die Antriebswelle steht dabei über ein Getriebe in unmittelbarer Antriebsverbindung mit einem Antriebsmotor und trägt andererseits ein Kupplungsstück für das wahlweise Ansetzen einer Handkurbel. Von Nachteil ist bei dieser Anordnung, daß bei einem Antrieb durch die Handkurbel eine Vielzahl von Umdrehungen ausgeführt werden muß, bis die Betätigungswelle für den Schalter in die jeweilig gewünschte Endlage schrittweise verstellt ist. Dabei muß auch der Antriebsmotor mitgedreht werden, wodurch ein zusätzliches Bremsmoment bei der Handbetätigung überwunden werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Antriebs­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs Maßnahmen zu treffen, durch welche eine einfache Handbetätigung ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

Bei einer Ausgestaltung einer Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung wird ein einziges Kuppelstück für die Handkurbel unmittelbar mit der Betätigungswelle für den oder die Schalter starr verbunden. Dabei bewegt sich die Betätigungswelle beim Ein- bzw. Ausschalten der damit gekuppelten Schalteinrichtung um weniger als 180 Winkelgrade in einer Pendelbewegung, die durch das zwischen der Betätigungswelle und einer Antriebs­ welle angeordnete Kurbelgetriebe bestimmt ist. Die Antriebs­ welle steht dabei über ein damit gekuppeltes, wenigstens einen Freilauf enthaltendes Richtgesperre in Antriebsverbindung mit einem Antriebsmotor, wobei zwischen Motor und Richtgesperre noch eine Getriebeanordnung vorgesehen sein kann. Um dabei zu vermeiden, daß die nur in einer Drehrichtung umlaufend an­ treibbare Antriebswelle in eine Drehstellung gelangt, in welcher bei Betätigung der Betätigungswelle mittels der Hand­ kurbel eine Antriebsstange, die dem Kurbelgetriebe zwischen der Betätigungswelle und der Antriebswelle zugeordnete Antriebs­ stange in eine Totpunktlage gelangt, ist mit der Antriebswelle eine Kurvenscheibe starr verbunden, die zwei vorzugsweise gleichlaufende Kurvenbahnen aufweist. Jede der Kurvenbahnen besitzt dabei in Umlaufrichtung einen radial flach ansteigenden Kurvenabschnitt, der sich beispielsweise über 170 Winkelgrade erstreckt, und einen anschließenden steil abfallenden Kurvenabschnitt, der bei einer Drehung um 10 Winkelgrade auf das Anfangsniveau der nachfolgenden Kurvenbahn abfällt. Auf die Kurvenbahn wirkt ein kraftbelastetes Druckglied ein, dessen Kraft- und Angriffsrichtung so gewählt sind, daß die Kurvenscheibe und damit die Antriebswelle zwar nicht betätigt wird, solange das Druckglied auf dem flach ansteigenden Kurvenabschnitt läuft, das jedoch am steil abfallenden Kurvenabschnitt eine Kraftkomponente an der Kurvenscheibe erzeugt, welche die Antriebswelle um einen entsprechenden Winkel selbsttätig weiterdreht. Die Zuordnung ist dabei so getroffen, daß das Druckglied dann auf den steil abfallenden Flankenabschnitt aufläuft, wenn die der Antriebswelle zugeordnete Antriebskurbel des Kurbelgetriebes in die Totpunktlage gelangt. Die nachfolgende selbsttätige Verstellung der Kurvenscheibe durch die Einwirkung des Druckgliedes bewirkt das selbsttätige Weiterdrehen der Antriebswelle, wodurch die Totpunktlage zwischen der Antriebskurbel und der Antriebsstange selbsttätig überwunden wird. Die durch das Richtgesperre dann vom Antriebsmotor entkuppelte Antriebswelle kann somit durch die Handkurbel von der Betätigungswelle aus weitergedreht werden, ohne den Motor und ggf. ein zwischengefügtes Getriebe mitdrehen zu müssen. Auch beim Wirksamwerden des steilen Kurvenabschnitts ist diese Entkupplung gegeben, so daß über die Kurvenscheibe nur die Lager- und Reibungskräfte überwunden werden müssen. Die Hand­ betätigung der Schalteinrichtung ist somit im normalen manuellen Schaltfall wie bei der Notbetätigung bei gestörter Antriebsverbindung vom Antriebsmotor her über das der Betä­ tigungswelle zugeordnete einzige Kupplungsstück möglich. Es ergibt sich dadurch die gleiche Schalthandlung für den die Handkurbel betätigenden Werker unabhängig davon, ob der Motor­ antrieb vorhanden oder defekt ist. Dadurch werden auch keine besonderen Verriegelungseinrichtungen erforderlich und der Antrieb bleibt immer im betriebsbereiten Kupplungszustand. Es können dadurch keine die Schaltfunktion beeinträchtigenden Relativverstellungen in der Antriebsverbindung auftreten. Dabei ist der Aufwand für die selbsttätige Überwindung der Totpunktlage gering. Um dabei zu vermeiden, daß bei einer Handbetätigung der Antriebsmotor gestartet werden kann, kann im Bereich des Kupplungsstücks ein handbetätigter Verriegelungsschieber mit einem Anstoßschalter vorgesehen werden, der bereits bei beginnender Verschiebung des Verriegelungsschiebers den Stromkreis zum Motor unterbricht.

Der Verriegelungsschieber ist dabei insbesondere der für das Kupplungsstück vorgesehenen Öffnung in einem Gehäuse zugeordnet.

Wenn bei der Schalterbetätigung kein Gegendrehmoment auftritt, ist es zweckmäßig, der Betätigungs- oder der Antriebswelle eine Bremse zuzuordnen, um eine künstliche Schwergängigkeit zu erzeugen. Damit wird beim Übertotpunktlaufen der Antriebs­ kurbel keine ungewollte, impulsartige Bewegung der Betäti­ gungswelle und damit keine Fehlschaltung der Schalteinrichtung hervorgerufen. Das Richtgesperre wird vorzugsweise durch eine Freilaufanordnung gebildet, die zwischen der Antriebswelle und dem Antriebsmotor bzw. dem zugehörigen Getriebe angeordnet ist. Der Freilauf läßt es zu, daß die Antriebswelle in einer Rich­ tung frei durchgedreht werden kann. In der Gegenrichtung ist eine Drehung dagegen nicht möglich. Wird dagegen der Freilauf angetrieben, dann erfolgt eine Drehung der Antriebswelle wieder nur in der Antriebsdrehrichtung. Ein Rückdrehen in der Gegendrehrichtung ist auch dann nicht möglich.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipskizzen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrich­ tung für ein Schaltgerät in perspektivischer Ansicht, wobei ein Doppelfreilauf in der Antriebsverbindung zu einem Antriebsmotor vorgesehen ist;

Fig. 2 eine Antriebsverbindung mit einem Freilauf zu einem Antriebsmotor mit angeflanschtem Getriebe und damit gekuppeltem Richtgesperre.

Eine Schalteinrichtung 1, die insbesondere für Mittelspan­ nungsnetze bestimmt ist, und wenigstens eine Strombahn bzw. einen Schalter, vorzugsweise jedoch drei Strombahnen oder Schalter für ein dreiphasiges Netz enthält, wird mittels einer Antriebseinrichtung in einen Ein- oder Ausschaltzustand gesteuert. Jedes bewegliche Schaltglied 2 der Schalteinrichtung 1 ist mit einer Schaltstange 3 gekuppelt, die mit einem Betätigungsexzenterzapfen 4a in Antriebsverbindung steht, welcher über einen Hebel in Form einer Betätigungsexzenter­ scheibe 4 mit einer Betätigungswelle 5 starr verbunden ist. Die Betätigungswelle 5 führt eine pendelnde Bewegung über einen Drehwinkel von weniger als 180 Grad aus. Sie ist zudem starr mit einem Kuppelstück 6 verbunden, an das eine Handkurbel 7 manuell mittels eines Kuppelbolzens 8 axial ansteckbar ist. Fest mit der Betätigungswelle 5 ist auch eine Betätigungskurbel 9 verbunden, deren exzentrisch angesetzter Betätigungszapfen 10, der wie der Betätigungsexzenterzapfen 4a parallel zur Längsachse der Betätigungswelle 5 gerichtet ist, gelenkig mit einer Antriebsstange 11 verbunden ist. Die Antriebsstange 11 sitzt andernends ebenfalls schwenkbeweglich auf einem Kurbelzapfen 12, der exzentrisch an einer Antriebskurbel 13 sitzt, die ihrerseits starr mit einer Antriebswelle 14 verbunden ist. Der radiale Abstand des Kurbelzapfens 12 von der Antriebswelle 14 ist hierbei kleiner als der radiale Abstand des Betätigungszapfens 10 von der Betätigungswelle 5. Hierdurch kann die Antriebswelle 14 stetig umlaufend angetrieben werden, wobei aufgrund der unterschiedlichen Radienverhältnisse der Zapfen 10 und 12 die Betätigungswelle 5 nur eine Pendelbewegung von weniger als 180 Winkelgraden ausführt. Für den Antrieb der Antriebswelle 14 ist ein Antriebsmotor 15 vorgesehen, der über eine Getriebeanordnung und ein Richtgesperre die Antriebswelle 14 nur in einer Drehrichtung bewegen kann. Während die Getriebeanordnung dazu dient, die ggf. erheblichen für die Betätigung der Schalteinrichtung erforderlichen Kräfte mit einem relativ leistungsschwachen Antriebsmotor aufzubringen, ist das Richtgesperre so ausgelegt, daß die Antriebswelle 14 immer nur in der gleichbleibenden Drehrichtung angetrieben werden kann, auch wenn die Antriebsverbindung vom Antriebsmotor zur Antriebswelle gestört ist oder unabhängig davon eine manuelle Betätigung der Schalteinrichtung 1 mittels der Handkurbel 7, 8 ausgeführt werden soll.

Bei der Handbetätigung der Betätigungswelle 5 durch die Handkurbel 7 wird, ausgehend von der dargestellten Stellung der Antriebseinrichtung, in welcher die Antriebskurbel 12, 13 bereits um einen Winkel β aus der oberen Totpunktlage herausgedreht ist, das in Ausschaltstellung befindliche Schaltglied 2 der Schalteinrichtung 1 beim Drehen der Handkurbel 7 im Uhrzeigersinn in die Einschaltstellung bewegt, in welcher das bewegliche Schaltglied 2 in Kontaktanlage mit dem feststehenden Schaltstück 2a tritt, nachdem in diesem Falle die Schaltstange 3 durch den Betätigungsexzenter 4a nach unten bewegt wird. Bei dieser Drehrichtung der Betätigungswelle 5 wird mittels der Betätigungskurbel 9 die Antriebsstange 11 ebenfalls nach unten gedrückt, wodurch die Antriebswelle 14 über den Kurbelzapfen 12 und die Antriebskurbel 13 in der einzigen zugelassenen Drehrichtung, vorliegend im Uhrzeigersinn, verdreht wird. Dabei lassen die beiden gemäß Fig. 1 auf der Antriebswelle 14 sitzenden Freiläufe 16, welche hier das Richtgesperre bilden, die vom Antriebsmotor 15 entkuppelte Rechtsdrehung ungehindert zu. In der Gegendrehrichtung sperren die Freiläufe 16 jegliche Bewegung der Antriebswelle 14. Bei der dadurch manuell erzwungenen Bewegung der Antriebswelle 14 wird eine Totpunktlage erreicht, in welcher die Radiuslinie 12a zwischen der Längsmittelachse 14a der Antriebswelle 14 und dem Kurbelzapfen 12 mit der Verbindungslinie 11a zwischen den Zapfen 10 und 12 gemeinsam in einer die Längsmittelachse 14a aufnehmenden Ebene 14b liegen, von der nur eine Linie dargestellt ist. In dieser Totpunktlage fluchtet dann die Radiuslinie 12a mit der Verbindungslinie 11a in der Ebene 14b. Auf dieser Totpunktlage läßt sich die Kurbelverbindung zwischen der Betätigungswelle 5 und der Antriebswelle 14 nicht durch Krafteinwirkung über die Handkurbel verstellen.

Um die Antriebswelle 14 aus der Totpunktlage herauszustellen, die im übrigen während einer Umdrehung der Antriebswelle in zwei um etwa 180 Grad versetzten Winkellagen auftritt, ohne manuell die Antriebswelle 14 verdrehen zu müssen, ist auf der Antriebswelle 14 eine Kurvenscheibe 17 starr festgesetzt, die zwei insbesondere gleichlaufende Kurvenbahnen aufweist, welche jeweils aus einem in Umlaufrichtung radial flach ansteigenden Kurvenabschnitt 17a und einem anschließenden, steil abfallenden Kurvenabschnitt 17b bestehen. Dabei kann sich der flach ansteigende Kurvenabschnitt 17a beispielsweise über etwa 170 Winkelgrade erstrecken, während der steil abfallende Kurvenabschnitt 17b über einen Drehwinkel von dementsprechend etwa 10 Winkelgraden erstreckt. Jede der beiden Kurvenbahnen reicht demnach insgesamt über 180 Winkelgrade. Auf den Kurvenbahnen 17a, 17b sitzt kraftschlüssig ein Druckglied aus einem einseitig schwenkbar angelenkten Rollenhebel 18, einer daran angreifenden Antriebsfeder 19 und einer am freien Ende des Rollenhebels 18 drehbar angesetzten Kurvenrolle 20 auf. Die Zuordnung der Kurvenscheibe 17 zum Kurbelzapfen 12 ist so getroffen, daß die Kurvenrolle 20 kurz vor oder spätestes bei Erreichen einer der beiden Totpunktlagen auf den jeweils zuge­ ordneten steil abfallenden Kurvenabschnitt 17b vom radial höchsten Punkt des in Drehrichtung vorgeordneten flach an­ steigenden Kurvenabschnitts 17a aus aufläuft. Die Druckkraft an der Kurvenrolle 20 ist dabei so bemessen, daß sie nur im Zusammenwirken mit dem jeweiligen steilen Kurvenabschnitt 17d ein Drehmoment erzeugt, das die Antriebskurbel 13 um den Winkel β, also vorliegend 10 Winkelgrade aus der jeweiligen Totpunktlage führt. Die Krafteinwirkung der Kurvenrolle 20 auf den jeweiligen radial flach ansteigenden Kurvenabschnitt 17a ist für die Funktion unerheblich, nachdem eine Rückdrehung der Antriebswelle durch das Richtgesperre 16 in jedem Fall verhindert wird. Dabei erfolgt das Spannen der Antriebsfeder über den flach ansteigenden Kurvenabschnitt 17a auch bei der manuellen Betätigung über die Betätigungswelle 5. Die Verstellvorrichtung zur automatischen Überwindung der Totpunktlage zwischen Antriebskurbel 13 und Antriebsstange 11, in welch letzterer die Verbindungslinie 11a die Mittelpunkte der darin vorgesehenen Bohrungen für die Zapfen 10, 12 verbindet, ermöglicht es somit, daß bei einer hybriden Antriebstechnik mit Hand- und Motorbetätigung der Schalteinrichtung 1 nur ein manueller Eingriffspunkt über die Handkurbel 7, 8 erforderlich ist und die Handbetätigung unmittelbar an der Betätigungswelle 5 ausführbar ist, welche die Schalteinrichtung 1 steuert. Es ist daher für die manuelle Betätigung unerheblich, ob ein Antriebsmotor 15 vorhanden ist oder nicht. Dadurch können auch alle Verriegelungseinrichtungen genutzt werden, wie sie für einfache Handbetätigung erfor­ derlich und vorgeschrieben sind. Zudem braucht keine durch die Handkurbel 7 gesteuerte Entkupplung des Antriebsmotor durchgeführt zu werden, so daß auch keine nachzusteuernden Kuppeleinrichtungen erforderlich sind, wenn bei hybrider Antriebstechnik eine Handbetätigung ausgeführt wird. Dabei stellt die Kurvenscheibe mit dem zugeordneten Druckglied 20 eine einfach zu erstellende Funktionseinheit dar, deren Funktionsablauf ohne zusätzliche Steuerungsmaßnahmen ge­ währleistet ist.

Gemäß Fig. 1 erfolgt der Antrieb der Antriebswelle mittels des Antriebsmotors 15, auf dessen Welle 15a zwei um 180 Winkelgrade versetzt angeordnete Exzenterscheiben festgesetzt sind. Die Exzenterscheiben 21 wirken auf Stellhebel 22, die mit den Außenringen der Freiläufe 16 starr verbunden sind, wobei mit den Außenringen über die Sperrelemente ein drehfest mit der Antriebswelle 14 verbundener Innenring in Antriebsverbindung steht. Die Stellhebel 22 werden mittels Anlegefedern 23 in Druckanlage mit den Exzenterscheiben 21 gehalten. Beim Drehen der Motorwelle 15a werden die Stellhebel 22 durch die Exzenterscheiben 21 in eine Pendelbewegung versetzt. Der jeweils in Sperrichtung betriebene Freilauf 16 bewirkt dabei die schrittweise Weiterdrehung der Antriebswelle 14 im Uhrzeigersinn, während der zweite Freilauf in Freilaufrichtung betrieben wird.

Es ist auch möglich, dem Antriebsmotor 15 ein Unterset­ zungsgetriebe 24 zuzuordnen, an dessen Abtriebswelle 24a ein Freilauf 16 angekuppelt wird, der die Antriebswelle 14 in einer Drehrichtung mit der Abtriebswelle 24a kuppelt. Wird die Antriebswelle 14 dagegen manuell über die Handkurbel 7 in der gleichen Drehrichtung verdreht, dann entkuppelt der Freilauf 16 die Antriebswelle 14 von der Getriebewelle 24, so daß auch hier sichergestellt ist, daß bei einer Handbetätigung der gesamten Antriebseinrichtung der Antriebsmotor mit der Ge­ triebeeinrichtung 24 bzw. 21, 22 von der Antriebswelle 14 entkoppelt ist.

Wenn bei einer Schalterbetätigung ohne Gegenmoment seitens des Schaltgerätes 1 eine künstliche Schwergängigkeit erzeugt werden soll, damit beim Übertotpunktlaufen der Antriebskurbel keine ungewollte, impulsartige Bewegung der Schalter-Betätigungseinrichtung hervorgerufen wird, dann wird zweckmäßig der Betätigungs- oder der Antriebswelle eine Rutschbremse zugeordnet, die ein Überschwingen infolge der bewegten Massen verhindert. Vorzugsweise wird hierzu eine Scheibenbremse verwendet.

Claims (9)

1. Antriebseinrichtung für ein Schaltgerät, insbesondere Mittelspannungsschaltgerät mit mehreren gleichzeitig von einer Betätigungswelle betätigbaren Strombahnen, mit einer mit der Betätigungswelle gekuppelten Antriebswelle, die mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht, mit einem in der Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und der Betätigungswelle vorgesehenen Richtgesperre und mit einem Kuppelstück für eine manuell betätigbar Handkurbel, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Kuppelstück (6) für eine Handkurbel (7, 8) fest mit der Betätigungswelle (5) verbunden ist, daß die Betätigungswelle (5) mit der Antriebswelle (14) über ein zwei Totpunktlagen aufweisendes Kurbelgetriebe (9, 11, 13) gekuppelt ist, daß der Antriebswelle (14) eine zusätzliche, im Bereich der Totpunktlagen wirksame Zusatzantriebseinrichtung (17, 18, 20) zugeordnet ist und daß das Richtgesperre (16) in der Antriebsverbindung zwischen den Antriebsmotor (15) und die Antriebswelle (14) gelegt ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Zusatzantriebseinrichtung mit der Antriebswelle (14) eine Kurvenscheibe (17) starr verbunden ist, welche zwei vorzugsweise gleichlaufende Kurvenbahnen aufweist, die jeweils aus einem in Umlaufrichtung radial flach ansteigenden Kurvenabschnitt (17a) und einem anschließenden, steil abfallenden Kurvenabschnitt (17b) bestehen, wobei auf der Kurvenscheibe (17) ein Druckglied (20) aufsitzt.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antriebswelle (14) eine An­ triebskurbel (13) starr verbunden ist, an welche eine An­ triebsstange (11) angelenkt ist, die mit einer fest mit der Betätigungswelle (5) verbundenen Betätigungskurbel (9) in Eingriff steht, wobei die Antriebskurbel (12, 13) einen kleineren Wirkungsradius als die Betätigungskurbel (9, 10) aufweist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kurvenscheibe (17) das ver­ stellbare, insbesondere drehbar gelagerte kraftbelastete Druckglied (20) kraftschlüssig aufsitzt, das in der Totpunktlage der Schubstange (11) gegenüber der Antriebskurbel (12, 13) auf einem der steilen Kurvenabschnitte (17b) aufsitzt, wobei die Druckkraft des Druckgliedes (20) so bemessen ist, daß die Kurvenscheibe in Umlaufrichtung selbsttätig etwa um den dem steilen Kurvenabschnitt zugeordneten Drehwinkel weitergestellt wird.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungswelle (5) oder der Antriebswelle (14) eine Bremse zugeordnet ist.

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremse als Scheibenbremse ausgebildet ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppelstück (6) an einem axialen Ende der Betätigungswelle (5) vorgesehen ist.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtgesperre ein einerseits mit der Antriebswelle (14) und andererseits mit der Motorwelle (15a) oder einer Abtriebswelle (24a) eines dem Antriebsmotor (15) zugeordneten Getriebes (24) verbundener Freilauf (16) ist.

9. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtgesperre wenigstens zwei in gleicher Richtung wirkende Freiläufe (16) aufweist, die einerseits mit der Antriebswelle (14) verbunden sind und andererseits am demgegenüber verstellbaren Freilaufelement jeweils mit einem radial gerichteten Stellhebel (22) versehen sind, welche jeweils mit einem auf einer Abtriebswelle (15a) eines vom Antriebsmotor (15) angetriebenen Exzenters (21) in Eingriff stehen, wobei die Exzenter (21) um 180° winkelversetzt sind und die Stellhebel (22) unter der Kraft je einer Anlegefeder (23) an den Exzentern (21) anliegen.