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Antrieb für elektrische Schaltgeräte Bei der Betätigung von elektrischen
Schalt geräten kann es wesentlich sein, daß die Einschaltung möglichst rasch geschieht
und unabhängig von der Handhabung der Bedienungselemente des Schaltgerätes ist.
Dies ist beispielsweise bei Leistungsschaltern der Fall, die in der marge sein müssen,
eine Einschaltung auf eine Last oder auf einen Kurzschluß zu beherrschen. Der Antrieb
muß dann imstande sein, die Kontakt stücke des Schalters entgegen den starken abstoßenden
Kräften zu schließen, damit eine Verschweißung der KontaRtstücke vermieden wird,
wie sie bei ungenügender Kontaktkraft möglich ist.
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Es ist bekannt, für solche Zwecke Antriebe zu verwenden, die eine
Schnell einschaltung der elektrischen Schaltgeräte bewirken. Diese Antriebe besitzen
eine Spannvorrichtung zur Spannung einer Kraftspeicherfeder, die beim Erreichen
der erforderlichen Spannung freigebbar ist,sowie einen Übertragungsmechanismus zwischen
der Kraftspeicherfeder und dem Schaltgerät.
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Bei einem bekannten Antrieb dieser Art nach der US-Patentschrift 3
095 489 enthält die Spannvorrichtung für die Kraftspeicherfeder ein Klinkengesperre,
das es erlaubt, die hraftspeicherfeder durch eine lIin- und Herbewegung eines Bedienungsorgans
schrittweise zu spannen. Die Freigabe der Eraftspeicherfeder erfolgt dadurch, daß
ein Kurbeltrieb über seinen oberen Totpunkt, der der starksten Spannung der Kraftspeicherfeder
entspricht, hinausbewegt wird. lTach der Einschaltung des Schaltgerätes verbleibt
in der hrraftspeicherfeder
eine Restenergie, die zum größten Teil
durch eine Sperrvorrichtung aufgenommen wird, um das Klinkengesperre nicht schlagartig
zu beanspruchen. Andererseits kann die plötzliche.
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Stillsetzung der Kraftspeicherfeder starke Stöße hervorrufen, die
den Kraftspeicherantrieb insgesamt und auch das damit verbundene Schaltgerät beanspruchen.
Durch die Erfindung sollen schädliche Auswirkungen der in dem Antrieb verbleibenden
Restenergie vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung geschieht dies dadurch, daß bei der Freigabe der
Kraftspeicherfeder und während der gesamten weiteren Pederbewegung die mechanische
Verbindung der Kraftspeicher: feder mit der Spannvorrichtung gelöst ist. Die hierdurch
bewirkte vollständige Entkupplung der Kraftspeicherfeder von der Spannvorrichtung
ermöglicht es der Kraftspeicherfeder, nach der Einschaltung des Schaltgerätes ungehindert
auszuschwingen.
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Die Erfindung kann vorteilhaft in der Weise verwirklicht werden, daß
zwischen der Spannvorrichtung und der Kraftspei cherfeder eine Kupplung angeordnet
ist, die beim Erreichen der erforderlichen Federspannung zwangsläufig gelöst wird.
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Hierzu kann ein Kurbelarm mit einer Ausnehmung vorgesehen sein, in
die ein Kupplungsbolzen der Spannvorrichtung eingreift, der gegen Ende des Spannvorganges
aus der Kreisbahn des Kurbelarmes durch ein Führungsmittel ausgehoben-wird.
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Ferner kann der Kupplungsbolzen an einer Schwinge angeordnet sein,
die gelenkig mit einem durch eine Welle antreibbaren Treibhebel verbunden ist, und
die Schwinge kann eine rückseitige Verlängerung mit einer Anschlagfläche besitzen,
die mit einer feststehenden Gegenfläche zusammenwirkt. Diese Einrichtung arbeitet
zunächst nach der Art eines Viergelenkhebelsystems,bis die erforderliche Spannung
der Kraftspeicherfeder erreicht ist. Beider weiteren Drehung der Welle stößt die
rückseitige Verlängerung der Schwinge mit ihrer Anschlagfläche gegen die feststehende
Gegenfläche, wodurch nun der
Kupplungsbolzen veranlaßt wird, eine
Bewegung im wesentlichen als Kreisbogen mit der Drehachse der Welle als Hittelpunift
auszuführen. Diese Bewegung verläuft annähernd senkrecht zu der vorangehenden Bewegung,
so daß der Supplungsbolzen aus der Ausnehmung des mit der saftspeichcrfeder zusammenwirkenden
Kurbelarmes ausgehoben wird. Die Kraftspeicherfeder kann sich nun entspannen und
das Schalt gerät einschalten0 In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft,
als Gegenfläche für die rückseitige Verlängerung der Schwinge die erwähnte Welle
zu benutzen. Es entfallen dadurch besondere Teile und zusätzliche Justiervorgänge.
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Für die Zwecke der Erfindung sind Kraftspeicherfedern verschiedener
Art anwendbar. Besonders vorteilhaft sind jedoch Drehstabfedern, da sie sich in
den aufbau des Antriebes leicht einfügen lassen und mit der Spannvorrichtung besonders
einfach zusammenwirken. Der mit dem erwähnten Kupplungsbolzen zusammenwirkende Kurbelarm
kann unmittelbar an dem Ende der Drehstabfeder befestigt sein, oder es kann ein
Zwischenstück verwendet werden, welches das Ende der DrehqtabSeder umschließt und
eine Anbringungsmöglicn2eit für den sourtelarm besitzt.
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Der Übertragungsmechanismus zwischen der Kraftspeicherfeder und dem
Schaltgerät enthält bei der l5mordnung nach der US-Patentschrift 3 095 489 eine
Kurvenscheibe, die auf das Kniegelenk eines Kniehebelsystems einwirkt. Wenn die
Kurvenscheibe das Kniehebelsystem über die Strecklage hinaus bewegt, hebt das Kniegelenk
von der Kurvenscheibe ab, so daß keine Berührung mehr stattfindet. Wird eine Anordnung
dieser Art in Verbindung mit der Erfindung verwendet, so hat das Ausschwingen der
Kraftspeicherfeder keine Auswirkung auf das Schaltgerät. Dies kann aber in Weiterbildung
der Erfindung auch dann erreicht werden, wenn nach dem Einschalten des Schaltgerätes
eine mechanische Berührung zwischen dem aber tragungsmechanismus und dem Schaltgerät
bestehen bleibt.
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Hierzu kann der Ubertragungsmechanismus eine Totpunktcharakteristik
in bezug auf das Schaltgerät erhalten, und der Totpunitbereich kann entsprechend
dem größten beim Ausschwingen der Kraftspeicherfeder zurückgelegten Weg bemessen
werden.
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Beispielsweise kann hierzu die erwähnte Kurvenscheibe in dem Bereich
der Federschwingung einen Kreisbogen mit der Drehachse der Kurvenscheibe als Mittelpunkt
erhalten.
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Die Spannvorrichtung für die Kraftspeicherfeder kann in an sich bekannter
Weise mit einem Handbedienungsglied, beispielsweise einem Handhebel, ausgerüstet
sein. Andererseits kann aber die Spannvorrichtung auch mittels eines Kraftantriebes
betätigbar sein, und es kann eine Auslösevorrichtung vorhanden sein, um die gespannte
Kraftspeicherfeder zu einem beliebigen Zeitpunkt schlagartig freizugeben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Niederspannungs-Leistungsschalter,
der mit einem Antrieb gemäß der Erfindung verbunden ist.
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In Fig. 2 sind Einzelheiten des Antriebes gezeigt.
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Die Figuren 3 und 4 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Antriebes
gemäß Fig. 2.
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In Fig. 1 ist ein Leistungsschalter 1 und eine Antriebsvorrichtung
2 dargestellt, wobei durch strichpunktierte Umrandungen angedeutet ist, daß es sich
hierbei um zwei gesonderte Baueinheiten handelt, die lösbar miteinander verbunden
sind.
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Die Strombahn des Leistungsschalters 1 weist ein oberes Anschlußstück
3 und ein hiermit starr verbundenes, feststehendes Schalt8tück 4 auf, dem ein bewegliches
Schaltstück 5 gegenübersteht. Zwischen dem Schaltstück 5 und einem unteren
Anschlußstück
6 ist ein biegsames Leiterstück 7 angeordnet.
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Zwischen dem feststehenden- Schalt stück 4 und dem beweglichen Schaltstück
5 befinden sich parallele Leiterstücke 10 und 11, um bei großen Stromstärken den
Kontaktdruck zwischen den Schalt stücken 4 und 5 zu erhöhen.
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Das in Fig. 1 ebenfalls schematisch dargestellte Schaltschloß des
Leistungsschaiters 1 umfaßt eine Schaltwelle 12 mit einem zweiarmigen Hebel 13,
dessen einer Arm 14 mit einem insgesamt mit 15 bezeichneten Kniehebelsystem in Verbindung
steht und an dem ein anderer Hebelarm 16 mittels eines Hebels 17 an dem beweglichen
Schaltstück 5 angreift. Zur Führung des beweglichen Schalt stückes 5 dient ein Lenker
20. Ferner greift an dem beweglichen Schaltstück 5 bzw. dem damit verbundenen Leiterstück
11 eine Feder 21 an, die sowohl im Einschaltzustand die Kontaktkraft erzeugt und
beim Ausschalten das bewegliche Schaltstück öffnet. Das Kniehebelsystem 15 stützt
sich mit dem einen Kniehebel 22 an einer Verklinkungseinrichtung 23 ab, die einen
Klinkenhebel 24, eine Sperrklinke 25 sowie eine Rückzugsfeder 26 für die Sperrklinke
25 umfaßt.
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Der mit dem Leistungsschalter 1 verbundene Antrieb besitzt eine Drehstabfeder
30, die an ihrem einen Ende in einem Widerlager 31 eingespannt ist. An dem vorderen
Ende trägt die Drehstabfeder 30 eine Kurvenscheibe 32. An einem Vorsprung 33 der
Kurvenscheibe 32 kann ein Mitnehmer 34 angreifen, der auf einer Welle 35 befestigt
ist, auf die ein Handhebel 36 einwirkt. Die Drehstabfeder 30 kann massiv, vorzugsweise
jedoch aus einzelnen Federblättern geschichtet sein.
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In Fig. 1 ist der Handhebel 36 kurz vor dem Erreichen der strichpunktierten
Einschaltlage 37 dargestellt. In dieser Stellung ist die Drehstabfeder 30 um etwa
900 verdreht. Wird der Handhebel 36- noch weiterbewegt, so gleitet der Mitnehmer
34 von dem Vorsprung 33 ab und gibt die Kurvenscheibe 32 frei.
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Diese dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn und drückt gegen
eine
an dem Kniegelenk des Kniehebelsystems 15 angeordnete Rolle 18, bis das Kniehebelsystem
15 seine Totpunktlage überschreitet und sich der Kniehebel 22 gegen einen Anschlagß28
legt. Die beschriebene Bewegung des Kniehebelsystems 15 bewirkt eine Verdrehung
der Schaltwelle 12 im Uhrzeigersinn und damit die Einschaltung des Leistungsschalters
1.
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Soll der Leistungsschalter 1 ausgeschaltet werden, so wird die Sperrklinke
25 in Richtung des Pfeiles 29 von dem Klinkenhebel 24 abgezogen. Dadurch wird die
Unterstützung des Kniehebelsystems 15 aufgehoben, und die Feder 21 zieht das bewegliche
Schaltstück 5 in die in der Figur 1 gezeigte Lage.
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Der Aufbau der Antriebsvorrichtung 2 wird im folgenden anhand der
Figuren 2 bis 4 erläutert.
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Die als Baueinheit ausgebildete Antriebsvorrichtung 2 besitzt ein
Gehäuse 40, das in Fig. 2 im ScL-jtt gezeigt ist. An der dem Leistungsschalter 1
zugewandten Seite besitzt das Gehäuse 40 eine Öffnung zum Durchtritt der Kurvenscheibe
41, die entsprechend der Figur 1 beispielsweise mit einem Kniehebelsystem zusammenwirken
kann. Die Kurvenscheibe 41 ist auf einer Welle 42 gelagert und ist mittels eines
Hebels 43 antreibbar, der fest mit der Kurvenscheibe verbunden ist. Ein Winkelhebel
44 verbindet den Hebel 43 gelenkig mit einem Kurbelarm 45, der auf das Ende der
sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Drehstabfeder einwirkt, die durch
das Bezugszeichen 39 angedeutet ist. In Fig. 2 ist ein Zwischenstück 48 gezeigt,
das auf das Ende der Drehstabfeder aufgesetzt ist und den Kurbelarm 45 trägt. Ferner
dient das Zwischenstück 48 als Lagerzapfen für das Ende der Drehstabfeder. Die zugehörige
Lagerbuchse ist nicht gesondert gezeigt.
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An dem Zwischenstück 48 ist ein weiterer Kurbelarm 46 befestigt, dessen
Ende einen Einschnitt 47 besitzt, in den ein Kupplüng.bolzen 5t eingreifen kann.
Dieser Kupplungsbollon
ist an dem Ende einer Schwinge 51 angebracht,
die mittels eines Treibhebels 52 betätigt werden kann, der fest mit einer Antriebswelle
53 verbunden ist. Ein Ende der Welle 53 ist außerhalb des Gehäuses 40 zugänglich
und trägt einen verkürzt dargestellten Handhebel 54. Es können auch beide Enden
der Welle 53 aus dem Gehäuse 40 herausragen, um weitere Antriebsmöglichkeiten, beispielsweise
auch durch einen Motorantrieb, zu schaffen. Zwischen der Welle 53 und dem Handhebel
54 kann auch ein Winkelgetriebe vorgesehen sein, um den Antrieb aus einer gewünschten
Richtung betätigen zu können (Frontdrehantrieb oder rückseitiger Drehantrieb).
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Die in Fig0 2 in ihrer Ausgangsstellung gezeigten Teile zum Spannen
der Drehstabfeder sind in den Figuren 3 und 4 teilweise vereinfacht dargestellt,
um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Es ist ersichtlich, daß der Hebel 52, die
Schwinge 51 sowie der Kurbelarm 46 mit der Welle 53 und dem Gelenkbolzen 55, dem
Kupplungsbolzen 50 und dem Zwischenstück 48 ein Viergelenk-Hebelsystem bilden. Dieses
überträgt die Bewegung des Handhebels 54 in sinnvoller Anpassung an den Kraftbedarf
der Drehstabfeder beim Spannen. Zunächst ergibt sich eine verhältnismaßig starke
Übersetzung, da der Treibhebel 52 und die Schwinge 51 annahernd im rechten Winkel
zueinander stehen und die Schwinge 51 und der Kurbelarm 46 nur so weit von der Strecklage
entfernt sind, daß eine Bewegung zustande kommen kann. Im Verlauf der Bewegung des
Handhebels 54 in Richtung des Pfeiles 56 wird der wirksame Hebelarm zwischen der
Schwinge 51 und dem Kurbelarm 46 größer, während der Treibhebel 52 und die Schwinge
51 sich der Strecklage nähern, Infolgedessen wird entsprechend der zunehmenden Spannung
der Drehstabfeder auch das von der Spannvorrichtung aufgebrachte Drehmoment größer,
ohne daß dies dem Bedienenden übermäßige Kräfte abverlangt. Nach einer Spannung
der Drehstabfeder von etwa 900 erreichen die Teile die in der Figur 4 gezeigte Stellung,
in der sich eine rückseitige Verlängerung 57 der Schwinge 51 mit einer Anschlagfläche
58 an die Welle 53 anlegt. Bei der weiteren
Drehung der Welle 53
ist die Schwinge 51 sonit derart starr gekuppelt, daß der Kupplungsbolzen 50 eine
Schwenkbewegung um die Drehachse der Welle 53 ausführt. Der Kupplungsbolzen 50 wird
nun aus dem Einschnitt 47 herausgehoben und die mechanische Verbindung zwischen
der Spannvorrichtung und der Drehstabfeder damit gelöst.
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Die Drehstabfeder entspannt sich nun unter Mitnahme des Winkelhebels
44 und der Kurvenscheibe 41, die in die Stellung entsprechend den Figuren 2 und
3 zurückkehrt. Im Verlauf dieser Bewegung wird der Leistungsschalter 1 eingeschaltet,
Während dieses Vorganges besteht keine mechanische Verbindung zwischen der Spannvorrichtung
und der Drehstabfeder. Diese kann deshalb zusammen mit dem Ubertragungsmechanismus,
der aus dem Winkelhebel 44, dem Kurbelarm 45, dem Hebel 43 sowie der Kurvenscheibe
41 besteht, frei ausschwingen. Eine RUckwirkung auf die Spannvorrichtung, zu der
die Schwinge 51 mit dem Kupplungsbolzen 50, der Treibhebel 52 und die Welle 53 mit
dem Handhebel 54 gehören, tritt nicht auf.
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Zum Ausheben des Kupplungsbolzens 50 braucht die Schwinge 51 nur so
weit bewegt zu werden, daß sich der Kurbelarm 46 mit seinem kürzeren Schenkel 49
an dem Kupplungsbolzen 50 vorbeidrehen kann. Dieser Hub des Kupplungsbolzèns 50
ist dadurch begrenzt, daß der Treibhebel 52 mit seiner ruckseitigen Verlängerung
64 gegen einen Lagerbolzen 63 stößt, auf dem eine Sperrklinke 62 gelagert ist, deren
Bedeutung noch erläutert wird.
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Um die Drehstabfeder 30 zu einer weiteren Einschaltung, des Leistungsschalters
spannen zu können, wird der Handhebel 54 in die Ausgangsstellung entgegen deS Kraft
einer nicht gezeigten Drehfeder zurückgestellt, die an der Welle 53 angreifen kann.
Hierbei bleibt die annähernd gestreckte Stellung der Schwinge 51 und des Treibhebels
52 unter dem Einfluß einer den Gelenkbolzen 55 umfassenden Drehfeder 59 solange
erhalten,
bis der Kupplungsbolzen 50 an der Seitenkante des Kurbelarmes 46 anschlägt. Bei
der weiteren Drehung der Welle 53 verkleinert sich zunehmend der Winkel wischen
der Schwinge 51 und dem Treibhebel 52 unter Spannung der Drehfeder 59, bis der Kupplungsbolzen
50 über den Schenkel 49 gleitet und von dem Schenkel 49' aufgefangen wird, der länger
als der Schenkel 49 ausgebildet ist. Beim Loslassen des Handhebels 54 kommt die
erwähnte, an der Welle 53 angreifende Feder zur Wirkung, die den Eintritt des Kupplungsbolzens
50 in den Einschnitt 47 bewirkt.
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Während des Spannvorganges der Drehstabfeder mittels des Handhebels
54 sorgt eine Rücklaufsperre dafür, daß die Federkraft stufenweise abgefangen wird.
Hierzu ist der Treibhebel 52 an seiner rückseitigen Verlängerung 64 mit einer Verzahnung
60 versehen, die sich gegen die Kante 61 einer federbelasteten Sperrklinke 62 legt,
die auf dem bereits erwähnten Lagerbolzen 63 gelagert ist. Die Sperrklinke 62 wirkt
mit der Spannvorrichtung derart zusammen, daß sie bei der Einschaltung durch einen
Mitnehmer 65 von der Verzahnung 60 abgehoben wird (Fig.4) und erst bei der Rückführung
der Welle 53 in die Stellung gemäß den Figuren 2 und 3 in die Ausgangsstellung zurückkehren
kann.
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Vorstehend ist die Erfindung in Verbindung mit einem Handhebel 54
erläutert worden. Die Welle 53 der Spannvorrichtung kann jedoch auch durch einen
Motor, einen Druckluftantrieb oder einen sonstigen geeigneten Kraftantrieb angetrieben
werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Drehstabfeder bis kurz vor dem
Erreichen der Entkupplungsstellung zu spannen und durch einen besonderen Befehl,
beispielsweise durch nochmaliges Einschalten des Motors oder durch einen gesonderten
Magnetauslöser, die Entkupplung vorzunehmen und den Leistungsschalter einzuschalten.
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13 Ansprüche 4 Figuren