DE1963869C3 - Vorrichtung zum Aufladen eines mechanischen Energiespeichers, der insbesondere zum Schließen eines elektrischen Schalters dient - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufladen eines mechanischen Energiespeichers, der insbesondere zum Schließen eines elektrischen Schalters dient, mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle, einer auf der Antriebswelle starr befestigten Kurbel mit einem Kurbelzapfen, einem an dem Kurbelzapfen angelenkten Hebel, der mit einer Stange od. dgl. zum Laden den Energiespeichers in gelenkiger Verbindung steht.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-AS

s 10 09 433) zum Schließen von Leistungsschaltern ist der Energiespeicher als Druckfeder ausgebildet, die in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist Am oberen Ende ist das Gehäuse von einem starr befestigten Deckel abgeschlossen, mit dem zwei senkrecht abstehende Platinen verbunden sind, die zur Lagerung der Antriebswelle dienen. Die mit dem an dem Kurbelzapfen angelenkten Hebel in gelenkiger Verbindung stehende Stange ist als Kolbenstange ausgebildet und in dem Deckel verschiebbar geführt An ihrem unteren Ende weist sie einen scheibenförmigen Kolben auf, an dem sich die Druckfeder abstützt und der in dem rohrförmigen Gehäuse verschiebbar dicht geführt ist. Durch Drehen der Antriebswelle wird die Kolbenstange mit dem Kolben in Richtung zur Antriebswelle geführt und hierbei die Druckfeder gespannt. Um die Druckfeder in gespannter Lage zu ha!ten_: weist das rohrförmige Gehäuse eine feste Zwischenwand auf, die das rohrförmige Gehäuse in zwei zylindrische Räume aufteilt, nämlich in einen oberen zylindrischen Raum, in dem die Druckfeder angeordnet ist, und in einen unteren zylindrischen Raum, der mit öl gefüllt und in dem ein Kolben dicht geführt ist, der mittels einer Druckfeder in Richtung auf die feste Zwischenwand gedrückt wird. Die feste Zwischenwand weist einen von dem unteren in den oberen zylindrischen Raum führenden Durchgangskanal auf, der durch ein Rückschlagventil verschlossen ist. Sobald die Druckfeder gespannt ist, entsteht unterhalb des scheibenförmigen Kolbens ein leerer Raum, in den nun das im unteren zylindrischen Raum befindliche öl durch den Kolben in den oberen zylindrischen Raum hineingetrieben wird. Durch dieses im oberen zylindrischen Raum befindliche öl und das Rückschlagventil wird verhindert, daß der Kolben unter Wirkung der gespannten Druckfeder nach unten sidrückt wird. Um verschieden große Energien mit dieser bekannten Vorrichtung zu speichern, sind in de;· Kurbel verschiedene Bohrungen für den Kurbelzapfen vorgesehen, so daß der wirksame Hebelarm der Kurbel verändert werden kann. Die bekannte Vorrichtung ist also kompliziert ausgebildet, so daß ihre Herstellung und die Montage erschwert und verteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der oben bezeichneten Art so auszubilden, daß unter Verwendung möglichst weniger Teile die Herstellung und die Montage vereinfacht und verbilligt werden. Außerdem soll es möglich sein, die Vorrichtung in einfacher Weise an verschiedene Schalter anzupassen. Ferner soll der geladene Energiespeicher ein möglichst hohes Anfangsdrehmoment aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der an dem Kurbelzapfen angelenkte Hebel mit der Stange od. dgl. einen Kniehebel bildet und daß drr Kniehebel durch Führungsmittel während des Aufladens des Energiespeichers einknickbar ist.

Durch Verwendung eines Kniehebels ergibt sich der Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung wenige Bauteile aufweist. So entfällt z. B. ein rohrförmiges Gehäuse, das bei der bekannten Vorrichtung notwendig ist. Dadurch werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Herstellung und die Montage vereinfacht und verbilligt. Durch das Einknicken des

Kniehebels durch die Führungsmittel wird ein hohes Drehmoment erzeugt, so daß der Energiespeicher ein hohes Anfangsdrehmoment zum Schließen eines elektrischen Schalters zur Verfugung stellen kann. Teure, gut abgedichtete Kolben und Zylinder, in denen die Kolben dicht geführt sein müssen, und gut abzudichtende Flüssigkeiten werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingespart. Die Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an verschiedenartige Schalter wird durch Auswechslung von Führungsmitteln erreicht. Die Führungsmittel können am Ende der Aufladedrehung oder/und während mindestens eines Teiles der Entladedrehung der Antriebswelle wirksam sein. Ebenso wie bei der bekannten Vorrichtung ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Energiespeicher eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, und die Stange zum Spannen der Feder bzw. der Druckfeder ist innerhalb der Feder bzw. der Druckfeder angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der an dem Kurbelzapfen angelenk'e Hebel ein doppelarmiger Hebel, dessen freier Arm an seinem Ende eine Rolle drehbar trägt, die mit einer lösbar angeordneten Führungsschiene zusammenarbeitet. Auf die;s Weise wird durch einfache Mittel ein Einknicken des Kniehebels erreicht. Die lösbare Anordnung der Führungsschiene ergibt die Möglichkeit, die Führungsschiene gegen eine andere auszutauschen, um die erfindungsgemäße Vorrichtung an einen anderen Schalter anzupassen, insbesondere um das gelieferte Antriebsmoment an das Widerstandsmoment dieses anderen Schalters anzupassen.

Zur weiteren Vereinfachung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind innerhalb der Druckfeder zwei Stangen zu beiden Seiten der Stange vorgesehen, die an ihrem dem doppelarmigen Hebel zugewandten Ende je ein Querstück aufweisen, an denen sich die Druckfeder abstützt, und die an ihrem anderen Ende gelenkig gelagert sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Drehwinkel der Antriebswelle zum Entladen des Energiespeici.ers größer als 180°, z. B. etwa 210°.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist mit einer die Antriebswelle in Aufladestellung anhaltenden Sperrvorrichtung versehen, die eine Sperrklinke und einen Riegel aufweist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hält vor dem Sperren der Antriebswelle durch die Sperrklinke ein elastisches Mittel die Sperrklinke in Anlage an dem Riegel. Das elastische Mittel drückt die Sperrklinke gegen den Riegel, bevor die Antriebswelle durch die Sperrklinke gesperrt wird, so daß die Sperrkraft ohne Stoß auf den Riegel übertragen wird.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung mit einem Energiespeicher für einen elektrischen Schalter, wobei sich der Energiespeicher im Ruhezustand vor seiner Aufladung befindet,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Fi₆. 1,

Fig. 3 ein F i g. 2 entsprechende Ansicht, die die Vorrichtung in einer Zwischenstellung während der Aufladung zeigt.

F ι g. 4 eine Ansicht der Vorrichtung gegen Ende der M Aufladung und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht der Sperrvorrichtung.die in den F i g. 2. 3 iw.d 4 gestrichelt gezeichnet ist.

Ein Gehäuse 10 der Vorrichtung weist eine Wand 12 auf, in der eine Antriebswelle 14 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 14 wird periodisch in Richtung des Pfeiles A intermittierend oder kontinuierlich, z. B. durcn eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung, angetrieben, die einen Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe oder einen Handhebel aufweisen kann, der mit einem Schrittschaltwerk oder besser noch mit einem Freilauf zusammenarbeitet. Diese Antriebsvorrichtung für die Antriebswelle 14 gehört nicht zur Erfindung und wird deshalb nicht näher beschrieben, ihre Aufgabe ist es die Antriebswelle 14 um einen genügend großen Winkel zu drehen, um den Energiespeicher aufzuladen und ihn im aufgeladenen Zustande zu sperren, worauf der Antrieb, z. B. durch Anhalten oder Abschalten, aufhört

Eine Kurbel 16 ist auf der Antriebswelle 14 starr befestigt, und sie weist einen Kurbelzapfen 18 auf, der einen Hebel 20 mit zwei Seitenteilen 20' und 20" durchsetzt. Ein Ende des Hebels 20 ist mit einer Achse 22 gelenkig verbunden, die von dem oberen Ende einer Stange 24 getragen wird, die dur-'r; eine aus zwei miteinander verbundenen Stangen 2c·' und 26" bestehenden Stange 26 hindurchgeht. Die Stange 26 ist an ihrem unteren Ende auf einer mit dem Gehäuse 10 fest verbundenen Achse 28 schwenkbar gelagert. Eine Schraubenfeder 30 umgibt die Stangen 24, 26', 26" und stützt sich einerseits an einer unteren Stütze 32, die zwischen den Stangen 26' und 26" gleitet und mit dem unteren Ende der Stange 24 fest verbunden ist, und andererseits an einer oberen Stütze 34 ab, die mit dem oberen Ende der Stange 26 fest verbunden ist. Die Schraubenfeder 30 ist eine Druckfeder, deren Kraft ausreicht, um die z. B. durch den beweglichen Teil eines Schalters ausgeübte Gegenkraft beim Einschalten unter Berücksichtigung der Hebelarme, der Reibungsverluste usw. zu überwinden.

Das Ende des Hebels 20, das dem mittels der Achse 22 mit der Stange 24 verbundenen Ende gegenüberliegt, trägt eine Rolle 36, die auf einer die Seiten*eile TfV und 20" durchquerenden Achse 38 drehbar gelagert ist. Diese Rolle 36 kommt in Anlage an eine feste Führungsschiene 40 in einem bestimmten Augenblick während des Spannens der Schraubenfeder 30, wie im folgenden genauer beschrieben wird.

Auf der anderen Seite der Wand 12 ist auf der Antriebswelle 14 ein als Nocken ausgebildeter Hebel 42 starr befestigt. Dieser Hebel 42 hat mehrere Funktionen; er gewährleistet das Einschalten eines Schalters in geeigneter Weise, was nicht zur Erfindung gehört und deshalb nicht näher beschrieben wird. Dies kann dadurch erfolgen, daß ein konkaver Teil 42' und/oder ein konvexer Teil 42" des Hebels 42 auf eine Rolle trifft, die mit dem beweglichen Teil eines Schalters fest verbunden ist. Er sichert das Anschlagen der Antriebswelle 14 nach Beendigung des Spannens der Schraubenfeder 30 und trägt τ\ diesem Zweck eine Rolle 44, die ein Stützorgan darstellt, das gegen Ende des Spannens auf das obere Ende eines schwenkbaren Hebels oder einer Sperrklinke 46 trifft, der die auf einer festen Achse 48 schwenkbar gelagert ist. Er schwächt die ungünstigen Wirkungen sines zu heftigen Anschlagens der Rolle 44 an der Sperrklinke 46 in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Eine Drehfeder 50 strebt ständig danach, die Sperrklinke 46 entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen und sie in Anlage an einen nur in Fig. 5 dargestellten festen Anschlag 52 zu bringen. Eine Halbwelle 54 einer Welle 56 sperrt das untere Ende der Sperrklinke 46.

Eine Schwenkung dieser Welle 56 im Uhrzeigersinn gibt die Sperrklinke 46 frei. Eine Blattfeder 58 ist als Fühler auf der Sperrklinke 46 angeordnet, und ihr unteres Ende ist fest mit der Sperrklinke 46 verbunden, während ihr oberer Teil an dem konvexen Teil 42" des Hebels 42 anliegen kann. Zwischen der Welle 56 und dem Fuß der Sperrklinke 46 besteht ein geringes Spiel 60, wenn die Sperrklinke 46 nur unter dem Einfluß der Drchfeder 50 ste:ht.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: E< sei angenommen, daß sich die Vorrichtung in ihrer Ruhelage gemäß den F i g. 1 und 2 im entspannten Zustande befindet. Um die Schraubenfeder 30 zu spannen, was automatisch sofort nach Schließung des Schalters geschehen kann, wird die Antriebswelle 14 in Richtung des Pfeiles A gedreht. Der Kurbelzapfen 18 beginnt dann, sich zu drehen, wobei er einen Kreisbogen beschreibt, dessen Mittelpunkt mit der Mittelachse der Antriebswelle 14 zusammenfällt. Solange die Rolle 36 frei isi, wird die Schraubenfeder 30 durch Vergrößerung des Abstandes der Achsen 22 und 28 gespannt, wobei die Stange 26 leicht um die Achse 28 schwenkt, so daß die Mittelpunkte der Achsen des Kurbelzapfens 18 und 22 und 28 auf einer geraden Linie liegen. In einem bestimmten Augenblick während der Drehung der Antriebswelle 14 trifft die Rolle 36 auf den Teil 40' der Führungsschiene 40(E ig. 3) und bewirkt ein Durchknikken des Kniegelenkes, das vom Hebel 20 und von der Stange 24 gebildet wird, wodurch die Achse 22 gezwungen wird, sich durch Umkippen des Hebels 20 entgegen dem Uhrzeigersinne nach rechts zu verschieben. Dadurch kippt die Wirkungslinie, die durch die die Mittelpunkte der Achsen 22 und 28 verbindende gerade Linie gegeben ist, mehr nach rechts um, als sie es in Abwesenheit der Rolle 36 tun würde. Daraus ergibt sich in der in F i g. 4 dargestellten Lage am Ende des Spannens. wobei die Rolle 36 jetzt mit ihrem Abrollen auf dem Teil 40" der Führungsschiene 40 begonnen hat. ein anfängliches Moment (anfänglich in bezug auf die folgende Tätigkeit der Entladung der in der Feder 30 gespeicherten Energie), das bezüglich des Antriebsmomentes, das man bei den bekannten Steuerungen erhält, hoch ist, bei denen nur ein schwaches Überschreiten des Totpunktes in der Stellung am Ende des Spannens und be· Beginn des Entladens erfolgt. Dieses verstärkte Moment kann zu Beginn der Entladung der Energie aufrechterhalten werden, wenn die Rolle 36 auf dem Teil 40" der Führungsschiene 40 weiterrollt, während sich die Antriebswelle 14 weiter in Richtung des Pfeiles A dreht. Es ist offensichtlich, daß man die Kurve des Antriebsmomentes als Funktion des Drehwinkels der Antriebswelle 14 naeii Belieben verändern kann, indem man der Führungsschiene 40 eine geeignete Form gibt. Man kann insbesondere leicht erreichen, daß das Aritriebsmoment höher als das Widerstandsmoment des gesteuerten Schahers isi. wie auch immer der Verlauf des Widerstandsmomentes als Funktion des Drehwinkels sein mag. Dies erlaubt es. sich von der Abhängigkeit der Schwungradwirkung der verschiedenen, in Bewegung befindlichen Teile freizumachen. Hierbei ist es auch erlaubt, den Winkclbereich des Entladens im Vergleich zu den bekannten Lösungen, bei denen beide Bahnen deutlich 180 sind,/. 15. auf 210" zu vergrößern.

Im Vorstehenden wurde etwas von dem Vorgang des Anschlagcns der rotierenden Teile Antriebswelle 14. Kurbel 16, Hebel 42 am finde des .Spannvorganges vorweggenommen. Tatsächlich beginnt kurz vor Ende dieses Spannvorgang", (siehe die in Fig.") gestrichelt dargestellte Lage) der als Nocken ausgebildete Hebel

42. der mit der Antriebswelle 14 starr verbunden ist. durch seinen äußeren konvexen Teil 42" in Anlage an das F.ndc der Blattfeder 58 zu kommen, die als Fühler auf der Sperrklinke 46 angeordnet ist. Diese Sperrklinke 46 befindet sich dann unter Wirkung der Drehfeder 50

is noch in Anlage an dem festen Anschlag 52. Bei der weiteren Drehung schwenkt der Hebel 42 die Blattfeder 58. wodurch ein leichtes Schwenken der Sperrklinke 46 im Uhrzeigersinne hervorgerufen wird, die sich leicht mit ihrem Fuß oder Absatz an die Welle 56 anlehnt.

Einige Augenblicke später trifft die Roiie 44 des Hebeis 42 auf den Ansatz des oberen Endes der Sperrklinke 46 auf, ohne jedoch die Sperrklinke 46 weiter verschieben zu können (siehe die gestrichelt gezeichnete Lage in F i g. 5). Die Rolle 44 übt dann ein beträchtliches Moment auf die Sperrklinke 46 aus. indem sie diese im Uhrzeigersinn schwenken will. Das Moment ist um so größer, als die Führungsschiene 40 die Achse 22 rechts der Linie verschoben hat. die der Kurbelzapfen 18 und die Achst 28 miteinander verbindet. Die durch die

jo gebogene Blattfeder 58 übertragene Kraft fügt ein konstantes Moment hinzu, das versucht, die Sperrklinke 46 im Uhrzeigersinn zu drehen Um die in der Schraubenfeder 30 gespeicherte Energie freizugeben, reicht es aus, die Halbwelle 54 leicht im Uhrzeigersinn

!5 drehen zu lassen, um die Schwenkung der Sperrklinke 46 im gleichen Sinne und die weitere Drehung des Hebels 42 in Richtung des Pfeiles A, der Antriebswelle 14 und der Kurbel 16 unter Wirkung der Schraubenfeder 30. die sich entspannt, zu bewirken. Während des

w Antriebsvorganges, der sich z. B. auf einen Schwenkwinkel von 180° erstrecken kann, treibt der Hebel 42 z. B. den beweglichen Teil zum Schließen eines Schalters an. und zwar auf geeignete Art, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Hebel 42 kann mit seinem konkaven Teil 42' auf eine Antriebsrolle treffen. Während des Beginns dieses Antriebsvorganges der Antriebswelle 14 und des Hebels 42 rollt die Rolle 36 auf dem Teil 40" der Führungsschiene 40, wodurch das Antriebsmoment dem Widerstandsmoment, wie oben beschrieben, angepaßt

Vi werden kann.

Am Ende des Antriebsvorganges ist die Sperrklinke 46 unter Wirkung der Drehfeder 50 wieder in ihre Ausgangstellung zurückgekehrt. Andererseits ist das Wiederspannen der Schraubenfeder 30 dann sofort gesichert, z. B. durch einen Endschalter, der einen Eiekiromoior zur Steuerung der periodischen Drehung der Antriebswelle 14 einschaltet. Nachdem die Rolle 44 auf dem Ansatz der Sperrklinke 46 in Anlage gelangt ist, ist die Vorrichtung von neuem bereit, einen Schalter zu

mi schließen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufladen eines mechanischen Energiespeichers, der insbesondere zum Schließen eines elektrischen Schalters dient, mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle, einer auf der Antriebswelle starr befestigten Kurbel mit einem Kurbelzapfen, einem an dem Kurbelzapfen angelenkten Hebel, der mit einer Stange od. dgl. zum Laden des Energiespeichers in gelenkiger Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem Kurbelzapfen (18) angelenkte Hebel (20) mit der Stange (24) od. dgl. einen Kniehebel bildet und daß der Kniehebel durch Führungsmittel (Rolle 36, Führungsschiene 40) während des Aufladens des Energiespeichers (Schraubenfeder 30) einknickbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (Rolle 36, Führungsschiene 40) am Ende der Aufladedrehung der Antriebswelle (!4) wirksam sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (Rolle 36, Führungsschiene 40) während mindestens eines Teiles der Entladedrehung der Antriebswelle (14) wirksam sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder (30), ist und die Stange (24) zum Spannen der Feder (Schraubenfeder 30) innerhalb der Feder (Schraubenfeder 30) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an d?m Kurbelzapfen (18) angelenkte Hebel (20) ein doppeiarmiger Hebel ist, dessen freier Arm an seinem Ende eine Rolle (36) drehbar trägt, die mit einer lösbar angeordneten Führungsschiene (40) zusammenarbeitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schraubenfeder (30) zwei Stangen (26', 26") zu beiden Seiten der Stange (24) vorgesehen sind, die an ihrem dem doppelarmigen Hebel (20) zugewandten Ende je eine Stütze (34) aufweisen, an denen sich die Schraubenfeder (30) abstützt, und die an ihrem anderen Ende gelenkig gelagert sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel der Antriebswelle (14) zum Entladendes Energiespeichers (Schraubenfeder 30) größer als 180°, z. B. etwa 210°, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch I mit einer die Antriebswelle in Aufladestellung anhaltenden Sperrvorrichtung, die eine Sperrklinke und einen Riegel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sperren der Antriebswelle (14) durch die Sperrklinke (46) ein elastisches Mittel (Blattfeder 58) die Sperrklinke (46) in Anlage an dem Riegel (Halbwelle 54) hält.