DE202010017792U1

DE202010017792U1 - Mechanischer Schalter für einen Laststufenschalter

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Publication number: DE202010017792U1
Application number: DE202010017792U
Authority: DE
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-09-11
Anticipated expiration: 2020-11-03
Also published as: CN203250656U; WO2012059164A1; DE102010050264A1

Abstract

Mechanischer Schalter (1) zum Herstellen und Lösen von elektrischen Verbindungen und/oder zum Umschalten zwischen verschiedenen elektrischen Verbindungen, insbesondere für einen Laststufenschalter, umfassend – eine Antriebseinheit (3) mit einer um eine lineare Achse rotierenden treibenden Welle (13) und mindestens einem drehfest mit der treibenden Welle (13) verbundenen Schrittschaltgetriebetreiber (5, 7, 9, 11) und mit an vordefinierten Positionen entlang eines Außenumfangs des Schrittschaltgetriebetreibers (5, 7, 9, 11) angeordneten treibenden Elementen (16), und – mindestens eine mit den treibenden Elementen (16) der Schrittschaltgetriebetreiber (5, 7, 9, 11) zusammenwirkenden Schrittschalteinheit (4) mit wenigstens einer getriebenen Welle (15; 31) mit mindestens einem an der getriebenen Welle (15, 31) angeordnetem ersten beweglichen elektrischen Kontaktelement (17), wobei bei einer Rotationsbewegung der treibenden Welle (13) um einen vordefinierten Winkel das wenigstens eine treibende Element (16) mit der Schrittschalteinheit (4) derart zusammenwirkt, dass eine Rotationsbewegung der wenigstens einen getriebenen Welle (15; 31) um einen definierten Drehwinkel...

Description

Die vorliegende Neuerung betrifft einen mechanischen Schalter zum Herstellen und Lösen von elektrischen Verbindungen. Der mechanische Schalter umfasst eine Antriebseinheit mit einer um eine lineare Achse rotierenden treibenden Welle und mindestens einem drehfest oder auch über Freilauf mit der treibenden Welle verbundenen Treiber eines Schrittgetriebes. Weiter sind an vordefinierten Positionen entlang des Außenumfangs des Treibers des Schrittgetriebes Betätigungselemente (Nocken, Rollen usw.) angeordnet. Der mechanische Schalter umfasst weiter mindestens ein auf einer zweiten Welle angeordnetes getriebenes Element des Schrittgetriebes (Rollenstern, Sternrad, Malteserrad usw.), das mit jeweils mindestens einem beweglichen elektrischen Kontaktelement zusammenwirkt. Der Umschaltvorgang des mechanischen Schalters kann unabhängig von der Drehrichtung der treibenden Welle erfolgen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits mechanische Schalter bekannt. So offenbart beispielsweise die WO 2007/042088 A1 einen Schalter, bei dem ein elektrischer Kontakt über die Betätigung eines Schalthebels geschlossen werden kann. Mehrere dieser Schalter können im Rahmen dieser Offenbarung zu einer Schalteinheit zusammengefasst sein. Soll ein elektrischer Kontakt geschlossen werden, so muss eine vordefinierte Stellbewegung des Schalters erfolgen.
Die vorrangige Aufgabe der Neuerung besteht darin, einen einfach aufgebauten mechanischen Schalter zur Verfügung zu stellen, der auf möglichst unkomplizierte aber zuverlässige Weise funktioniert, der unabhängig von der Schaltrichtung ist und zudem die Schaltreihenfolge variierbar macht.
Diese Aufgabe wird durch einen mechanischen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Neuerung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. So sieht die Neuerung zur Lösung der genannten Aufgabe einen mechanischen Schalter zum Herstellen und Lösen von elektrischen Verbindungen vor.
Der mechanische Schalter umfasst eine Antriebseinheit mit einer um eine lineare Achse rotierenden treibenden Welle und mindestens einem drehfest oder auch über Freilauf mit der treibenden Welle verbundenen Treiber eines Schrittgetriebes. Der Treiber kann als Kreisscheibe ausgebildet und in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Neuerung konzentrisch zur treibenden Welle ausgerichtet sein. Durch die drehfeste oder mit Freilauf ausgeführte Verbindung der treibenden Welle mit dem Treiber kann mit einer Rotationsbewegung der treibenden Welle eine Rotationsbewegung des Treibers ausgelöst werden.
Weiter sind an vordefinierten Positionen entlang des Außenumfangs des Treibers Betätigungselemente (Nocken, Rollen usw.) angeordnet. Hierbei ist mindestens ein Betätigungselement vorhanden, jedoch sind in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Neuerung mehrere Betätigungselemente entlang des Außenumfangs des Treibers angeordnet. Damit wird ermöglicht, dass mehrere auf parallelen Achsen im selben Teilkreis angeordnete, gleichartige Schalteinheiten synchron oder auch um einen definierten Winkel versetzt betätigt werden können. In der vorliegenden Ausführung ist vorzugsweise ein Kurvenscheibenschrittgetriebe beschrieben; es können aber auch andere Schrittgetriebe wie z. B. Sternradgetriebe, Maltesergetriebe oder ähnliche zur Anwendung kommen. Der mögliche Freilauf des Treibers an der treibenden Welle ermöglicht eine Verzögerung der Schalterbetätigung bei Drehrichtungswechsel.
Durch Anordnung weiterer Schrittgetriebeeinheiten auf den gleichen Achsen können beliebig viele separate neuerungsgemäße Schalter in unterschiedlichen Ausprägungen ggf. mit oder ohne Freilauf übereinander angeordnet werden. Alle diese Schalter können durch Drehbewegung der gemeinsamen Antriebseinheit betätigt werden.
Neuerungsgemäß erfolgt bei einer Rotationsbewegung der treibenden Welle um einen vordefinierten Winkel eine Rotationsbewegung der getriebenen Welle bzw. der Mehrzahl von getriebenen Wellen um einen definierten und möglicherweise gleichen, jedoch normalerweise aufgrund der dabei vorhandenen Übersetzungsverhältnisse voneinander abweichenden Drehwinkel, so dass das erste elektrische Kontaktelement mit einem zweiten elektrischen Kontaktelement elektrisch leitend in Verbindung steht oder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement gelöst ist. Die Neuerung soll nicht auf das Lösen und/oder Verbinden einzig zweier elektrischer Kontakte beschränkt sein. Vielmehr können mehrere elektrische Kontaktelemente vorhanden sein, so dass das erste Kontaktelement und/oder weitere Kontaktelemente mit dem zweiten Kontaktelement und/oder weiteren Kontaktelementen während einer Rotationsbewegung der zweiten Welle miteinander in Verbindung gebracht werden.
Der vordefinierte Winkel der treibenden Welle kann in einer vorteilhaften Variante bspw. 120 Grad betragen. Der definierte Winkel, um den die erste getriebene Welle und/oder die zweite getriebene Welle bei einer 120°-Verdrehung der treibenden Welle verdreht wird, kann bspw. 90 Grad betragen. So können mehrere elektrische Kontakte um jeweils 90° versetzt um die Rotationsachse der zweiten Welle angeordnet sein, so dass mittels des ersten und/oder weiteren elektrischen Kontakten durch eine Drehbewegung der getriebenen Wellen um 90° ein oder mehrere elektrische Kontakte verbunden oder gelöst werden können.
In die Schrittgetriebe integrierte Sperrkonturen greifen formschlüssig ineinander und vermeiden das unbeabsichtigte Lösen bzw. Schließen zweier elektrischer Verbindungen zwischen den Schaltvorgängen. Besonders vorteilhaft in der vorliegenden Ausführung mit Kurvenscheibenschrittgetriebe ist die aufeinander abrollende Relativbewegung der formschlüssig ineinander greifenden Sperrelemente, wodurch Reibung und Verschleiß minimiert werden.
Die Neuerung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung der beschriebenen Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines mechanischen Schalters.
2 zeigt eine Perspektivansicht einer Anordnung von elektrischen Kontaktelementen einer Ausführungsform eines mechanischen Schalters der vorliegenden Neuerung.
3 zeigt eine weitere Perspektivansicht einer Anordnung von elektrischen Kontaktelementen einer Ausführungsform eines mechanischen Schalters der vorliegenden Neuerung nach einer Rotationsbewegung einer getriebenen Welle.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von elektrischen Kontaktelementen einer Ausführungsform eines mechanischen Schalters der vorliegenden Neuerung.
5 zeigt verschiedene Möglichkeiten, elektrische Kontaktelemente eines neuerungsgemäßen mechanischen Schalters zu schalten.
Die 1 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines mechanischen Schalters 1. Der mechanische Schalter 1 umfasst eine Antriebseinheit 3 mit einer um eine lineare Achse A rotierenden treibenden Welle 13. Weiter ist an der treibenden Welle 13 ein erster Schrittschaltgetriebetreiber 5, 7 und ein zweiter Schrittschaltgetriebetreiber 9, 11 angeordnet. Die Schrittschaltgetriebetreiber 5/7 und 9/11 sind drehfest mit der treibenden Welle 13 der Antriebseinheit 3 verbunden. An jeder der Schrittschaltgetriebetreiber 5/7 und 9/11 sind entlang des Außenumfangs im 120°-Winkel versetzt treibende Elemente 16, hier in Gestalt von Stellnocken, angeordnet. Weiter umfasst der mechanische Schalter 1 eine mit den treibenden Elementen 16 der Schrittschaltgetriebetreiber 5/7 und 9/11 zusammenwirkende Schrittschalteinheit 4 mit einer ersten getriebenen Welle 15. An der ersten getriebenen Welle 15 ist ein erstes bewegliches elektrisches Kontaktelement 17 (siehe hierzu 2, 3 und 4) angeordnet. Ferner sind fest mit der ersten getriebenen Welle 15 Rollensterne 25 verbunden. Bei einer Rotationsbewegung der treibenden Welle 13 um die lineare Achse A wird ein Drehmoment bzw. eine rotatorische Stellbewegung über die treibenden Elemente 16 an die Rollensterne 25 weitergegeben, so dass die erste getriebene Welle 15 um die lineare Achse B rotierend in Bewegung versetzt wird. Vorliegend wird die erste getriebene Welle 15 um 90° bei einer Drehung der treibenden Welle 13 um 120° rotierend bewegt. Durch die Rotationsbewegung der ersten getriebenen Welle 15 kann ein erstes bewegliches elektrisches Kontaktelement 17 mit einem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement 19 und/oder ein zweites bewegliches elektrisches Kontaktelement 21 mit zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelementen 23 leitend in Verbindung gebracht werden (siehe hierzu 2, 3 und 4). Das zweite bewegliche elektrische Kontaktelement 21 kann an einer optional zu verstehenden zweiten getriebenen Welle 31 angeordnet sein. Die zweite getriebene Welle 31 kann sich auf der gleichen Rotationsachse B wie die erste getriebene Welle 15 befinden, ist jedoch von dieser entkoppelt, um unabhängige Schaltzustände realisieren zu können. Die Drehmomentübertragung bzw. Stellbewegung an die zweite getriebene Welle 31 erfolgt in der gezeigten Ausführungsform über die unteren Schrittschaltgetriebetreiber 9/11. Die Drehmomentübertragung an die erste getriebene Welle 15 erfolgt in der gezeigten Ausführungsform über die oberen Schrittschaltgetriebetreiber 5/7.
Die schematische Darstellung der 2 zeigt eine Perspektivansicht einer Anordnung der zuvor anhand der 1 erläuterten elektrischen Kontaktelementen 17, 19, 22 und 23 des mechanischen Schalters 1. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten beweglichen elektrischen Kontaktelement 17 und dem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement 19 ist vorliegend gelöst bzw. unterbrochen. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten beweglichen elektrischen Kontaktelement 17 und einem zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelement 23 ist vorliegend hergestellt. Das erste feststehende elektrische Kontaktelement 19 und die weiteren bzw. zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelemente 23 sind an Stromschienen 27 angeordnet. Die starren Stromschienen 27 bestehen aus elektrisch leitfähigem Material. Ferner ist ein zweites bewegliches elektrisches Kontaktelement 21 vorhanden, welches mit zwei der weiteren bzw. zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelemente 23 elektrisch leitend in Verbindung steht. Das erste feststehende elektrische Kontaktelement 19 und die weiteren bzw. zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelemente 23 sind in der gezeigten Ausführungsform über Schraubverbindungen 29 an den Stromschienen 27 angeordnet und befestigt. Das erste bewegliche elektrische Kontaktelement 17 folgt aufgrund seiner drehfesten Verbindung synchron der Rotationsbewegung der ersten getriebenen Welle 15. Des zweite bewegliche elektrische Kontaktelement 21 folgt aufgrund seiner drehfesten Verbindung synchron der Rotationsbewegung der zweiten getriebenen Welle 31 (siehe hierzu 1). Die Rotationsbewegung des ersten beweglichen elektrischen Kontaktelementes 17 kann somit unabhängig von der Rotationsbewegung des zweiten beweglichen elektrischen Kontaktelementes 21 erfolgen. Des zweite und/oder weitere elektrische Kontaktelemente 19 und 21 können hinsichtlich ihrer geometrischen und funktionellen Ausgestaltung derart beschaffen sein, dass sie ggf. mehrere Stromschienen 27 miteinander verbinden.
Die schematische Perspektivdarstellung der 3 zeigt eine weitere Schaltstellung der elektrischen Kontaktelementen 17, 19, 21 und 23 des mechanischen Schalters 1 nach einer Rotationsbewegung der ersten getriebenen Welle 15 um einen Drehwinkel von 90 Grad. Des erste bewegliche elektrische Kontaktelement 17 steht leitend mit dem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement 19 in Verbindung. Im Vergleich zur 2 ist in 3 nun eine Rotationsbewegung der ersten getriebenen Welle 15 und damit des ersten beweglichen elektrischen Kontaktelementes 17 um die in 1 gezeigte vertikale Achse B um 90° erfolgt. Da die erste getriebene Welle 15 und die zweite getriebene Welle 31 unabhängig voneinander rotieren können, ist in 3 keine Rotationsbewegung der zweiten getriebenen Welle 31 und des drehfest damit verbundenen zweiten beweglichen elektrischen Kontaktelementes 21 erfolgt.
Die Darstellung der 4 zeigt eine Draufsicht auf die bereits zuvor beschriebene beispielhafte Anordnung der beweglichen und feststehenden elektrischen Kontaktelementen 17, 19, 21 und 23 des mechanischen Schalters 1. Der erste bewegliche elektrische Kontakt 17 steht mit dem ersten feststehenden elektrischen Kontakt 19 sowie dem zweiten feststehenden elektrischen Kontakt 23 elektrisch leitend in Verbindung. Der mit dem ersten beweglichen elektrischen Kontakt 17 in Verbindung stehende erste feststehende elektrische Kontakt 19 ist an zwei der vier im 90°-Winkel regelmäßig angeordneten Stromschienen 27 angeordnet und mittels Verschraubungen befestigt.
Die schematisch gezeichneten Schaltbilder der 5 zeigen verschiedene Möglichkeiten, elektrische Kontaktelemente 17, 19 und 23 gemäß der vorliegenden Neuerung zu schalten. Im Hinblick auf die erste Schaltanordnung 33 können die ersten beweglichen elektrische Kontaktelemente 17 selektiv mit den ersten feststehenden elektrischen Kontaktelementen 19 oder zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelementen 23 geschaltet werden. Die unteren der beiden zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelemente 23 sind miteinander elektrisch leitend verbunden. Dies kann beispielsweise aber die Anordnung an einer gemeinsamen Stromschiene 27, wie beispielsweise in 2 gezeigt, erfolgen. Dargestellt ist zudem eine zweite Schaltanordnung 35, die gelöste elektrische Verbindungen 43 aufweist. Die dritte Schaltanordnung 37 zeigt eine weitere alternative Schaltanordnung, bei der die beiden unteren zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelemente 23 miteinander leitend verbunden sind, während zwischen den beiden oberen zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelementen 23 keine leitende Verbindung hergestellt ist. In der vierten gezeigten Schaltanordnung 39 sind die beiden oberen zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelemente 23 elektrisch leitend miteinander verbunden, während zwischen den beiden unteren zweiten feststehenden elektrischen Kontaktelementen 23 keine elektrisch leitende Verbindung vorhanden ist.
Bezugszeichenliste

1: Mechanischer Schalter
3: Antriebseinheit
4: Schrittschalteinheit
5/7: erster Schrittschaltgetriebetreiber
9/11: zweiter Schrittschaltgetriebetreiber
13: treibende Welle
15: erste getriebene Welle
16: treibendes Element
17: erstes bewegliches elektrisches Kontaktelement
19: erstes feststehendes elektrisches Kontaktelement
21: zweites bewegliches elektrisches Kontaktelement
23: zweites bzw. weiteres feststehendes elektrisches Kontaktelement
25: Rollenstern
27: Stromschiene
29: Schraubverbindung
31: zweite getriebene Welle
33: Erste Schaltanordnung
35: Zweite Schaltanordnung
37: Dritte Schaltanordnung
39: Vierte Schaltanordnung
43: Gelöste elektrische Verbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/042088 A1 [0002]

Claims

Mechanischer Schalter (1) zum Herstellen und Lösen von elektrischen Verbindungen und/oder zum Umschalten zwischen verschiedenen elektrischen Verbindungen, insbesondere für einen Laststufenschalter, umfassend – eine Antriebseinheit (3) mit einer um eine lineare Achse rotierenden treibenden Welle (13) und mindestens einem drehfest mit der treibenden Welle (13) verbundenen Schrittschaltgetriebetreiber (5, 7, 9, 11) und mit an vordefinierten Positionen entlang eines Außenumfangs des Schrittschaltgetriebetreibers (5, 7, 9, 11) angeordneten treibenden Elementen (16), und – mindestens eine mit den treibenden Elementen (16) der Schrittschaltgetriebetreiber (5, 7, 9, 11) zusammenwirkenden Schrittschalteinheit (4) mit wenigstens einer getriebenen Welle (15; 31) mit mindestens einem an der getriebenen Welle (15, 31) angeordnetem ersten beweglichen elektrischen Kontaktelement (17), wobei bei einer Rotationsbewegung der treibenden Welle (13) um einen vordefinierten Winkel das wenigstens eine treibende Element (16) mit der Schrittschalteinheit (4) derart zusammenwirkt, dass eine Rotationsbewegung der wenigstens einen getriebenen Welle (15; 31) um einen definierten Drehwinkel erfolgt, wobei das erste bewegliche elektrische Kontaktelement (17) mit einem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement (19) und/oder mit zweiten bzw. weiteren feststehenden elektrischen Kontaktelementen (23) elektrisch leitend in Verbindung steht oder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten beweglichen elektrischen Kontaktelement (17) und dem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement (19) und/oder zweiten bzw. weiteren feststehenden elektrischen Kontaktelementen (23) gelöst ist.
Mechanischer Schalter nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheit (3) mindestens einen mit der treibenden Welle (13) drehfest verbundenen ersten Schrittschaltgetriebetreiber (5/7) mit an vordefinierten Positionen entlang des Außenumfangs angeordneten treibenden Elementen (16) umfasst und wobei bei Rotationsbewegung der treibenden Welle (13) um einen weiteren vordefinierten Winkel das treibende Element (16) des ersten Schrittschaltgetriebetreibers (5/7) mit der Schrittschalteinheit (4) derart zusammenwirkt, dass eine Rotationsbewegung der getriebenen Welle (15) um einen definierten Drehwinkel erfolgt, wobei das erste bewegliche elektrische Kontaktelement (17) mit dem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement (19) elektrisch leitend in Verbindung steht oder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten (17) und dem zweiten elektrischen Kontaktelement (19) gelöst ist.
Mechanischer Schalter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Schrittschalteinheit (4) eine zweite getriebene Welle (31) mit daran angeordnetem zweiten beweglichen elektrischen Kontakt (21) umfasst und die Antriebseinheit (3) einen drehfest mit der treibenden Welle (13) verbundenen zweiten Schrittschaltgetriebetreiber (9/11) mit an vordefinierten Positionen entlang des Außenumfangs angeordneten treibenden Elementen (16) umfasst, und wobei bei einer Rotationsbewegung der treibenden Welle (13) um einen vordefinierten Winkel das wenigstens eine treibende Element (16) des zweiten Schrittschaltgetriebetreibers (9/11) mit der zweiten getriebenen Welle (31) der Schrittschalteinheit (4) derart zusammenwirkt, dass eine Rotationsbewegung der zweiten getriebenen Welle (31) um einen definierten Drehwinkel erfolgt, wobei das zweite bewegliche elektrische Kontaktelement (21) mit dem ersten feststehenden elektrischen Kontaktelement (19) oder einem weiteren feststehenden elektrischen Kontaktelement (23) elektrisch leitend in Verbindung steht oder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten beweglichen elektrischen Kontaktelement (17) und dem ersten feststehenden (19) oder einem weiteren feststehenden elektrischen Kontaktelement (23) gelöst ist.
Mechanischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotationsbewegung der treibenden Welle (13) um eine lineare Achse (A) erfolgt und die Rotationsbewegung der ersten getriebenen Welle (15) und/oder der zweiten getriebenen Welle (31) um eine lineare Achse (B) erfolgt und wobei die linearen Achsen (A, B) zumindest annäherungsweise parallel zueinander verlaufen.
Mechanischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der vordefinierte Winkel der treibenden Welle (13) ungefähr 120 Grad beträgt und der definierte Winkel der ersten getriebenen Welle (15) und/oder der zweiten getriebenen Welle (31) ungefähr 90 Grad beträgt.
Mechanischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an der treibenden Welle (13) und/oder der zweiten getriebenen Welle (31) jeweils mindestens ein Sperrelement angeordnet ist, das die Kontur eines Kreisbogensegments aufweist, und wobei an der ersten getriebenen Welle (15) ein hinsichtlich seiner Kontur adaptiv an das Sperrelement angepasstes und mit diesem korrespondierendes Aufnahmeelement angeordnet ist, und wobei in vordefinierten Rotationswinkeln der treibenden Welle (13) das Sperrelement und das Aufnahmeelement formschlüssig ineinandergreifen.
Mechanischer Schalter nach Anspruch 6, wobei entlang der Bewegungsbahn des Aufnahmeelements auf einer oder auf beiden Seiten des Sperrelementes jeweils eine Rolle angeordnet ist.