DE2518599C2

DE2518599C2 - Motor-Speicherantrieb mit Klinkenrad für Leistungsschalter

Info

Publication number: DE2518599C2
Application number: DE19752518599
Authority: DE
Inventors: Siegfried; Liebig Reinhard; 1000 Berlin Jährig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1975-04-24
Publication date: 1977-04-28

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einem Motor-Speicherantrieb für elektrische Leistungsschalter mit einer Spannwelle für eine Speicherfeder und mit einem durch eine Freilaufkupplung mit der Spannwc'le verbundenen Klinkenrad, das durch eine von dem Motor hin- und hergehend bewegbare und in die Verzahnung des Klinkenrades pingreifende Treibklinke schrittweise antreibbar und gegen rückläufige Drehung durch eine ebenfalls in die Verzahnung eingreifende Stützklinke gesperrt ist.

Motor-Speicherantriebe haben die Aufgabe, wenigstens die zum Einschalten eines Leistungsschalters benötigte mechanische Energie derart bereitzustellen, daß sie jederzeit durch einen Schaltbefehl abgerufen werden kann. An die Betriebssicherheit solcher Antriebvorrichtungen werden dabei große Anforderungen gestellt, denn Leistungsschalter sind wichtige Bindeglieder in den Versorgungsnetzen für elektrische Energie. Es besteht aber nicht nur die Forderung nach großer Zuverlässigkeit, sondern zugleich auch die Forderung nach großer Wirtschaftlichkeit, da der Aufwand für die Schaltgeräte in die Kosten der Energieverteilung eingeht.

Antriebsvorrichtungen mit einem Klinkenrad sind dann von Vorteil, wenn eine verhältnismäßig große Energie mit einem verhältnismäßig kleinen Motor und dementsprechend kleinen Kräften aufgebracht werden soll. Das Klinkenrad wird hierbei schrittweise durch eine hin- und hergehende Bewegung einer Treibklinke transportiert, die in die Verzahnung des Klinkenrades eingreiu. P»^; dieser Anordnung muß dafür gesorgt sein.

daß die Treibklinke und der sie bewegende Motor frei auslaufen können, nachdem das Klinkenrad die Stellung erreicht hat, in der die Speicherfeder vollständig gespannt ist. Ferner ist es erwünscht, starke Beanspruchungen der Verzahnung des Klinkenrades und der in die Verzahnung eingreifenden Klinken durch eine rasche Bewegung des Klinkenrades und ein Überschwingen über seine Endlage beim Einschalten des Leistungsschalters zu vermeiden.

Bei einem bekannten Motor-Speicherantrieb (britische Patentschrift 13 59 269) werden diese Forderungen durch eine Freilaufkupplung erfüllt, die bei der Freigabe der gespannten Speicherfeder eine von dem Klinkenrad unabhängige Dewegung der Spannwelle ermöglicht. Zugleich steuert diese Freilaufkupplung einen Mechanismus, der die Treibklinke aus der Verzahnung des Klinkenrades aushebt, wenn die Speicherfeder vollständig gespannt ist und der Motor stillgesetzt werden soll. Die Freilaufkupplung wird bei der bekannten Anordnung durch einen axial neben dem Klinkenrad auf der Span.iwelle siuxnden Hebel und einen an dem Klinkenrad befestigten Miinehmersiift gebildet. Der Hebel besitzt eine Anlauffläche für eine Rolle, die an einem schwenkbar gelagerten Hebel angebracht ist, der die Treibklinke trägt. Der Aufwand zur Erfüllung der erwähnten Forderungen ist dahf verhältnismäßig groß.

Andererseits ist es bekannt, den Auslauf der Treibklinke und des zugehörigen Motors dadurch zu ermöglichen, daß in der Verzahnung des Klinkenrades eine Lücke vorgesehen wird, in deren Bereich die Treibklinke gelangt, wenn die Speicherfeder vollständig gespannt ist. Diese Anordnung erfordert jedoch eine starre Kupplung zwischen dem Klinkenrad und der Spannwelle, damit die Treibklinke wieder in die Verzahnung gelangt, wenn die Speicherfeder erneut gespannt werden soll. Da das Klinkenrad infolge der Kupplung mit Λτ Spannwelle bei der Entspannung der Speicherfeder eine sehr rasche Drehung ausführt, gleiten die mit der Verzahnung des Klinkenrades zusammenwirkenden Klinken mit großer Geschwindigkeit über die Verzahnung und werden stark beansprucht (US-Patentschrift 26 44 053).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Freilaufkupplung zwischen dem Klinkenrad und der Spannwelle und eine weitgehende Schonung der Klinken auf konstruktiv möglichst einfache V/eise zu verwirklichen.

Gemäß der Erfindung weist hier/u die Verzahnung des Klinkenrades eine Lücke auf, die bei gespannter Speicherfeder den freien Auslauf des Motors und der Treibklinke ermöglicht, und es ist eine auf das Klinkenrad wirkende, ebenfalls von dem Motor antreibbare und gleichsinnig mit der Treibklinke arbeitende Reibungskupplung vorgesehen.

Die Reibungskupplung transportier: bei Beginn jedes neuen Spannvorganges das Klinkenrad so lange, bis die Treibklinke wieder in die Verzahnung eingreift und die weitere Drehung des Klinkenrades übernehmen kann. Da der Bewegungswiderstand zu B°yinn des Spannvorganges gering ist, braucht die Reibungskupplung nur geringe Kräfte auf das Klinkenrad auszuüben. Die Reibungskupplung kann daher aus verhältnismäßig wenigen und robusten Teilen bestehen.

Als geeignet für die Reibungskupplung hat sich eh federbclastetes Druckstück erwiesen, das an einem au! der Spannwelle schwenkbar gelagerten Hebel angebracht ist, der auch die Treibklinke trägt. Das Druckstück wirkt mit einer an dem Klinkenrad

vorgesehenen Reibfläche zusammen. Wegen der er-^V ahnten geringen Kräfte werden an die Reibfläche keine besonderen Forderungen gestellt. Es genügt daher als Reibfläche die normale Oberfläche des Klinkenrades, wie sie sich bei Herstellung des 5 Klinkenrades ergibt. Reib- oder Kupplungsbeläge, wie sie bei Kupplungen ansonsten geräuchlich sind, werden nicht benötigt.

Die Reibfläche kann durch den Radkörper des Klinkenrades gebildet sein und kann sich radial io innerh Jb der Verzahnung des Klinkenrades befinden.

Im Rahmen der Erfindung können auch andere, z. B. im Maschinenbau bekannte Reibungskupplungen, wie Lamellen- oder Scheibenkupplungen, verwendet werden. Ebenso können an Stelle des erwähnten Druckstük- 15 kes andere gleichwirkende Teile, wie z. B. Blattfedern, vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsb<»ispiels näher erläute¹"¹· ^Die · · · * ■ ,. . ^2C

rig. 1 und 2 zeigen in zwei Ansichten die

wesentlichen Teile eir.es Motor-Speicheramriebes für einen Leistungsschalter der ölannen Bauart, der zum Einsatz in Miitelspannungsnetzen vorgesehen ist. Hierbei zeigt die F i g. 2 den Schnitt A-Bm F i g. 1; in

Fig. 3 ist die mit dem Klinkenrad zusammenwirkende Reibungskupplung als Schnitt C-D in F i g. 2 näher gezeigt; die

Fig.4 zeigt eine Einrichtung zur Verkleidung der Sp innwelle in der gespannten Stellung der Speicherteder sowie in vereinfachter Darstellung die zur Steuerung des Motors dienende elektrische Schaltung.

Der Motor-Speicherantrieb umfaßt cine Spannweite 1, die in zwei Lagern 2 und 3 drehbar gelagert ist. Die Lager 2 und 3 können in einem Gehäuse angeordnet sein das die gesamte Antriebsvorrichtung aufnimmt und zugleich als Träger der Polsäulen 9 (F ig.4) dient, in denen die Ein- und Ausschaltvorgänge durchgeführt werden. In Fig. 1 ist die Spannwelle verkürzt dargestellt. Am rechten Ende der Spannweite befindet sich ein Kurbelarm 4, an dem mittels eines Kurbclzapfens 5 eine Zugstange 6 angelenkt ist. Das obere Ende der Zugstange 6 ist mit einem Fcderteller 7 verbunden, an dem sich eine Speicherfeder 8 abstützt. Das ortsfeste Widerlager der Speicherfeder 8 wird durch eine Platte 10 gebildet. Auf der Spannwellc ist drehbar cm Klinkenrad U gelagert, dessen Nabe 12 eine sich über etwa 270° erstreckende Ausnehmung 13 besitzt, in die eine in die Spannwellc 1 eingesetzte Paßfeder 14 eingreift. Die Ausnehmung 13 und die Paßfeder 14 bilden zusammen eine Freilaufkupplung, deren Wirkungsweise noch erläutert wad.

Das Klinkenrad 11 trägt an seinem äußeren Umlang eine Verzahnung 15, die sich mit Ausnahme einer Lücke 16 über den gesamten Umfang erstreckt. Mit der Verzahnung 15 wirkt eine Treibklinke 17 zusammen, die zwischen zwei gleichen Hebeln 18 auf einem Gelenkzapfen 19 schwenkbar gelagert ist. Die Hebel 18 sind beidseitig des Klinkenrades 11 angeordnet, wodurch sich ei" gleichmäßiger Ki al .angriff bei einlad;-r Gestallung der Hebel und ihrer Lagerung ergibt. Line zufriedenstellende Lagerung der Treibklinke ist aber auch mil nur einem Hebel erzielbar. Eine Feder 20 sorgfür eine Vorspannung der Treibklinke 17 in Richtung aul _ti;_c Verzahnung 15. An dem Gelcnkzaplen 19 greift eine Treibstange 21 an. die in nicht dargestellter Weise von einem Motor 22 (F ig. 4) hin- und hergehend angetrieben worden kann. Dies kann z. 13. durch ein Exzenterge

triebe geschehen.

An jedem der Hebel 18 ist ferner ein Druckstuck 23 angeordnet, das unter der Wirkung einer Druckfeder 24 steht. Das Druckstück 23 und die Druckfeder 24 sind in einem Gehäuse 25 gehalten, das mit einem Außengewinde 26 versehen ist und dadurch die Einstellung des Druckstückes gestattet. Die beiden Druckstücke 23 wirken mit Reibflächen 30 zusammen, die durch den Radkörper des Klinkenrades 11 gebildet sind.

Mit der Verzahnung 15 des Klinkenrades 11 wirken lerner zwei Stützklinken 32 zusammen, die in aem vorliegenden Beispiel an einem ebenfalls auf der Spannweite 1 schwenkbar gelagerten Hebel 31_ au! Gelenkbolzen 33 angebracht und durch Federn^m Richtung auf die Verzahnung " " "" ""

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benutzt werden, wobei die Treibklinke 17 als Stützklinke wirkt und die Siützklinken 32 die Aufgabe der Treibklinke übernehmen.

Zur Sperrung der Spannwelle 1 in der Stellung, die der größtmöglichen Spannung der Speicherfeder 8 entspricht, dient eine Verklinkungseinrichiung. die einen auf der Spannwelle 1 befestigten Hebel 35 mit einer Rolle 36 und einen schwenkbar gelagerten Klinkcnhe bei 37 mit einer Endfläche 38 umfaßt. Wie die F i g. 4 zeigt, liegt die Rolle 36 des Hebels 35 an dem Klinkenhebel 37 an und hält in dieser Stellung zugleich einen Schalter 39 in der geöffneten Stellung. Der Schalte 39 unterbricht dadurch den Stromkreis des Motors 22.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des beschriebenen Motor-Speicherantriebes erläutert. In den Figuren ist der Antrieb im gespannten Zustand dargestellt. Hierbei befindet sich der Kurbelarm 4 in einer Stellung, in der er den unteren Totpunkt bezüglich der Zugstange 6 um ein geringes Maß im Uhrzeigersinn überschritten hat. Der Hebel 35 liegt hierbei mit seiner Rolle 36 an der Endfläche 38 des Klinkenhebels 37 an. Wie bereits erwähnt, ist der Motor 22 in dieser Stellung des Antriebes stromlos.

Sollen die in F i g. 4 schematisch gezeigten Polsäulcn des Leistungsschalters eingeschaltet werden, so wird der Klinkenhebel 37 mittels einer vereinfacht dargestellten Vorrichtung 40. z. B. einem Elektromagnet, in Richtung des Pfeiles 41 geschwenkt. Dabei gleitet die Rolle 36 des Hebels 55 von der Endfläche 38 des Klinkenhebels 37 ab und gibt die Drehung der Spannwelle 1 im Uhrzeigersinn frei. Die Speicherfeder bewirk) nun über die Zugstange 6 und den Kurbelarm eine Drehung der Spannwelle um etwa 18(V , wobei der Leistungsschalter eingeschaltet wird. Der Leistungsschalter kann so ausgeführt sein, daß im Verlauf der Einschaltbewegung zugleich eine weitere Feder zur Speicherung der Ausschalienergie gespannt wird.

Die Spannweite 1 dreht ■>ich bei dem Einschaltvorgang unabhängig von dem Klinkenrad 11. da die Paßfeder 14 ausgehend von der in den Figuren gezeigten Stellung der Teile in der Ausnehmung 13 über mehr als 180' bewegbar ist. Sobald die Rolle 36 des I lebeis 35 die in I ' g.4 gezeigte Stellung verlassen hai. schließt sich der "-chMier 38. wodurch auch der Stromkreis Mir den Mo.or 22 geschlossen wird. Dies veranlaßt eine hin und hergehend'.' Bewegung der Treibstange 21 und damit der Hebel 18. Während die Treibklinke 17 noch unw irksam ist, du sie in die Lücke der Verzahnung 15 eingreift, üben Jie an dem Radkörper des Klinkenrades 11 anliegenden Druckstük-

ke 23 entsprechend der hin- und hergehenden Bewegung der Treibstange 21 ein Antriebsmoment wechselnder Richtung auf das Klinkenrad M aus. Da jedoch die Stützklinken 32 eine Drehung des Klinkcnradcs 11 entgegen dem Uhrzeigersinn verhindern, kommt nur das im Uhrzeigersinn wirkende Antriebsmoment der Druckstücke 23 zur Wirkung, so daß das Klinkenrad Il schrittweise bewegt wird, bis die Treibklinke 17 wieder in den Bereich der Verzahnung 15 des Klinkenrades 11 gelangt und die weitere Drehung des Klinkenrades übernehmen kann.

Da die Paßfeder 14 entsprechend der gespannten Stellung der Speicherfeder 8 gegenüber der F i g. 2 um 180° versetzt ist, wird das Klinkenrad 11 so lange schrittweise leer fortgeschaltet, bis die Endfläche der Ausnehmung 13 zur Anlage an der Paßfeder 14 gelangt. Von dieser Stellung ausgehend wird die Spannwelle 1 mitgenommen und der Kurbelarm 4, die Zugstange 6 und die Speicherfeder 8 in die in Fig.! gezeigte Stellung transportiert.

Der auf der Spannwelle 1 sitzende Hebel 35 und der Klinkenhebel 37 sind einander so zugeordnet, daß der Kurbelarm 4 den unteren Totpunkt, wie in F i g. 2 gezeigt, um ein geringes Maß überschreiten kann und damit die Treibklinke 17 in den Bereich der Lücke 16 der Verzahnung 15 gelangt. Zugleich wird der Schalter 38 betätigt und der Si romkreis des Motors 22 unterbrochen. Der Motor, die Treibstange 21 sowie die Hebel Ii und die Treibklinke 17 können somit frei auslaufen.
Falls es erforderlich sein sollte, den Motor-Speicherantrieb, /.. B. beim Ausfall der Stromversorgung für den Motor 22, von Hand aufzuziehen, so kann an dem Hebel 31, der die Stützklinken 32 trägt, ein nicht gezeigter Handhebel angebracht werden, durch dessen Auf- und Abbewegung das Klinkenrad 11 ebenso schrittweise

ίο transportiert werden kann, wie dies bei Motorbetrieb die Treibklinke 17 bewirkt. Bei dieser Handbetätigung wirkt die Treibklinke 17 als Slützklinke, um die Rückwärtsdrehung des Klinkenrades 11 zu verhindern Die Verwendung von Stützklinken als Treibklinken und umgekehrt ist an sich bekannt (DL-PS 87 090).

Während in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die aus den Druckstücken 23 und den Reibflächen 3C gebildete Reibungskupplung ständig wirksam ist, kanr durch eine andere Gestaltung des Radkörpers des Klinkenrades 11 dafür gesorgt sein, daß nur zu Beginr eines Spannvorganges ein Antriebsmoment auf da: Klinkenrad ausgeübt wird. Hierzu kann der Radkörpei des Klinkenrades 11 z.B. mit einer sich über einer Winkel von etwa 20^r erstreckenden Erhebung verseher

zs sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Motor-Speicherantrieb für elektrische Leistungsschalter mit einer Spannwelle für eine Speicherfeder und mit einem durch ein° Freilaufkupplung mit der Spannwelle verbundenen Klinkenrad, das durch eine von dem Motor hin- und hergehend bewegbare und in die Verzahnung des Klinkenrades eingreifende Treibklinke schrittweise i" antreibbar und gegen rückläufige Drehung durch eine ebenfalls in die Verzahnung eingreifende Stützklinke gesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung des Klinkenrades (11) eine Lücke (16) aufweist, die bei gespannter Speicherfeder (8) den freien Auslauf de.. Motors (22) und der Treibklinke (17) ermöglicht und daß eine auf das Klinkenrad (11) wirkende, ebenfalls von dem Motor (22) antreibbare und gleichsinnig mit eier Treibklinke (17) arbeitende Reibungskupplung (23, 30) vorgesehen ist.

2. Motor-Speicherantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der treibende Teil (23) der Reibungskupplung (23, 30) an einem auf der Spannwelle (1) schwenkbar gelagerten und die Treibklinke (17) tragenden Hebel (18) angeordnet ist und wenigstens ein federbelastetes Druckstück (23) aufweist und daß das Klinkenrad (11) eine Reibfläche (30) besitzt.

3. Motor-Speicherantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche (30) an dem Radkörper des Klinkenrades (11) innerhalb der Verzahnung (15) angeordnet ist.