DE2728257A1

DE2728257A1 - Mit speicherenergie betriebene betaetigungsanordnung fuer einen elektrischen schalter

Info

Publication number: DE2728257A1
Application number: DE19772728257
Authority: DE
Inventors: Philip Barkan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-07-08
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS5323075A; FR2358007A1; US4153828A; GB1567806A; ES460213A1; BR7704126A; CH619319A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung fUr einen elektrischen Schalter, sie bezieht sich insbesondere auf Betatigungsanordnungen, die mit gespeicherter Energie betrieben werden und eine Schließfeder enthalten, die rasch entlastet werden kann, um den Schalter zu schließen.

Die hier speziell behandelte Betätigungsanordnung enthält ein drehbares Federsteuerglied, das zur Ausführung einer Drehbewegung zwischen einer ersten und einer winkelmäßig

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beabstandeten zweiten Totpunktstellung bezüglich der Schließfeder angeordnet ist. Die Feder wird durch Drehung des Federsteuerglieds in Vorwärtsrichtung zwischen der zweiten und der ersten Totpunktstellung gespannt oder belastet. Das Schließen des Schalters wird nach einer derartigen Belastung der Feder dadurch bewirkt, daß die Feder entlastet wird und das Federsteuerglied in Vorwärtsrichtung in die zweite Totpunktstellung treibt.

Es ist bekannt, Schließkräfte zwischen dem Federsteuerglied und der üblichen Betriebsvorrichtung des Schalters durch eine drehbare Nockenscheibe zu übertragen. Derartige Nocken eignen sich aur Ausführung dieser Funktion, sie sind Jedoch in ihrer Herstellung teuer, da sie eine genau gearbeitete, gehärtete Umfangsoberflache aufweisen müssen.

Gemäß der Erfindung wird eine Betätigungseinrichtung für einen elektrischen Schalter vorgeschlagen, die eine Schließfeder für den Schalter, ein drehbares Federsteuerglied zur Ausführung einer Drehbewegung zwischen einer ersten und einer zweiten Totpunktstellung bezüglich der Feder, und Einrichtungen, um die Belastungskräfte in Abhängigkeit von der in Vorwärtsrichtung erfolgenden Drehung des Federsteuerglieds aus der ersten Totpunktstellung in die zweite Totpunktstellung auf die Feder zu übertragen. Die Feder führt ihre Entlastung durch und dreht dabei das Federsteuerglied weiter in eine Vorwärtsrichtung, wenn das Federsteuerglied in Vorwärtsrichtung über die erste Totpunktstellung hinausgedreht wurde. Eine lösbare Halteeinrichtung blockiert die weitere Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds und kann anschließend gelöst werden, damit sich die Feder rasch entlasten kann und die Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds in die zweite Totpunkt-

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stellung fortsetzen kann. Unmittelbar nach dieser schnellen Entlastung der Feder oszilliert das Federsteuerglied um die zweite Totpunktstellung.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um den Schalter in Abhängigkeit von einer Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds in die zweite Totpunktstellung zu schließen, und diese Einrichtungen enthalten:

(a) eine mechanisch freiklinkende Betriebsvorrichtung, die an den beweglichen Kontakt des Schalters angekoppelt ist,

(b) eine Verbindungsanordnung, die das Federsteuerglied und die Betriebsvorrichtung untereinander verbindet, und

(c) eine Stift- und Schlitzkopplung, zwischen der Verbindungsanordnung und der Betriebsvorrichtung. Die Stift- und Schlitjjcopplung (i) überträgt die Schließkraft zwischen dem Federsteuerglied und der Betriebsvorrichtung während einer Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds in die zweite Totpunktstellung,(Ii) gestattet es, daß das Federsteuerglied um die zweite Totpunktstellung am Ende des Schließvorgangs oszillieren kann, ohne die Betriebsvorrichtung zu betätigen, wodurch der Schalter trotz der Oszillationen im geschlossenen Zustand bleibt, und (iii) ermöglicht es, daß das Federsteuerglied in Vorwärtsrichtung aus der zweiten Totpunktstellung in die erste Totpunktstellung ohne Betätigung der Betriebsvorrichtung bewegt werden kann, wodurch der Schalter während des Belastungs- oder Spannvorgangs der Schließfeder geschlossen bleibt.

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Im folgenden werden AusfUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung für einen Schalter, wobei die Teile in einer Stellung gezeigt sind, in der der Schalter geöffnet ist, die Schließfeder ist voll belastet, und der die Belastung durchführende Motor läuft unmittelbar nach seinem Abschalten frei in eine Haltestellung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, bei der die Teile unmittelbar nach Entlastung der Feder und der Schließung des Schalters gezeigt sind;

Fig. 3 die Stellung der Teile, wenn der Schalter vor der erneuten Belastung der Schließfeder ausgelöst wurde;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die die Betriebvorrichtung des Schalters in vollständig geschlossenem Zustand zeigt, und die das Federsteuerglied 30 zeigt, während es durch eine Totpunktatellung bezüglich der Verbindungsstange 26 hindurchläuft;

Fig. 4a eine Einzelheit der Betätigungseinrichtung nach den Fig. 1 bis 4, wobei diese Einzelheit in

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den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellt ist; und Fig. 5 eine abgewandelte AusfUhrungsform der Erfindung.

In Figur 1 ist die Betriebsvorrichtung für den Schalter allgemein mit 5, und die mit gespeicherter Energie betriebene Einrichtung mit 10 bezeichnet, die der Betriebsvorrichtung die Schließkraft verleiht. Die Betriebsvorrichtung kann von irgendeiner geeigneten, herkömmlichen Bauart sein, sie ist daher in vereinfachter schematischer Form dargestellt. Der Einfachheit halber ist die Größe der Betriebsvorrichtung gegenüber derjenigen der Betätigungseinrichtung reduziert dargestellt.

Wie in Figur 1 gezeigt ist, enthält der Schalter zwei relativ bewegbare Kontakte 6 und 7. Der Kontakt 6 stellt einen festen Kontakt dar, und der Kontakt 7 ist ein beweglicher Kontakt, der von einem schwenkbar angebrachten Kontaktarm 8 getragen wird, wobei der Kontaktarm 8 durch eine geeignete Öffnungsfeder 9 in die gemäß Fig. 1 gezeigte offene Stellung vorgespannt ist. Schließkräfte werden dem beweglichen Kontaktarm 8 durch eine herkömmliche mechanisch arbeitende und freiklinkende Betriebsvorrichtung verliehen, die zwei Kniehebelstangen 11 und 12 enthält, die schwenkbar am Knie 13 miteinander verbunden sind. Eine der Kniehebelstangen 11 ist schwenkbar an ihrem anderen Ende mit dem beweglichen Kontaktarm β verbunden, während die andere Kniehebelstange 12 durch einen Drehstift 14 mit dem linken Ende einer Führungsstange 15 verbunden ist. Die Führungsstange 15 ist schwenkbar an ihrem rechten Ende von einem fest angeordneten Gelenkpunkt 16 gehalten. Der Drehstift 14 trägt

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eine Anschlagrolle 17, die mit einer geeigneten Auslöseklinke 18 zusammenarbeitet. Solange die Auslöseklinke 18 in ihrer dargestellten, eingerasteten Stellung verharrt, ist das Kniegelenk 11, 12 in der Lage, Druck auf den beweglichen Kontaktarm 8 zu übertragen. Wenn daher das Knie 13 aus der in Figur 1 dargestellten Stellung nach links getrieben wird, wird das Kniegelenk 11, 12 in eine geradlinige Stellung gestreckt und treibt dabei den beweglichen Kontaktarm nach oben in die geschlossene Stellung gemäß Figur 2.

über eine Verbindungsstange 26 wird Schließkraft auf das Gelenkknie 13 übertragen. Eine Stift- und Schlitzkupplung 28 befindet sich zwischen der Verbindungsstange 26 und der Betriebsvorrichtung 5. Diese Kupplung enthält einen Schlitz 27 in der Verbindungsstange 26 und einen Ansatz am Knie 13, der als ein Stiftteil der Kupplung arbeitet und gleitbar in den Schlitz 27 paßt. Die Verbindungsstange 26 ist schwenkbar am Kurbelstift 34, der nachfolgend näher erläutert wird, gelagert.

Wenn die Verbindungs stange 26 nach links getrieben wird, bewirkt dies Über die Kupplung 28, daß das Kniegelenk 11, 12 sich streckt, wie oben angegeben wurde. Während dieser Bewegung der Verbindungsstange 26 drückt das rechte Ende des Schlitzes 27 gegen den Kniestift 13. Bevorzugt ist die Verbindungastange 26 so angeordnet, daß sie das Kniegelenk 11, 12 leicht über die voll ausgestreckte Stellung gegen Anschläge 19 treibt, so daß der bewegliche Kontakt in geschlossener Stellung gehalten wird, selbst wenn die Verbindungsstange 26 in ihre ursprüngliche Lage gemäß Figur 1 zurückgebracht wird.

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Sollte die Klinke 18 ausgeklinkt werden, wenn der Schalter geschlossen 1st oder während eines SchließVorganges, so ist dann das Kniegelenk 11, 12 unfähig, Schließdruck auf den beweglichen Kontaktarm 8 zu Übertragen. Es ergibt sich dann, daß die Öffnungsfeder 9 den Kontaktarm 8 frei in seine offene Stellung gemäß Fig. 3 führen kann, wobei in dieser Figur 3 die Betriebsvorrichtung in einem noch nicht wieder zurückgesetzten Zustand gezeigt ist. Eine geeignete Rücksetzfeder 20 arbeitet mit der Führungsstange 15 zusammen, um die Vorrichtung in die eingeklinkte, Druck übertragende Stellung gemäß Figur 1 zurückzusetzen, nachdem die Vorrichtung ausgeklinkt wurde. Das geschilderte Ausklinken der Klinke 18 erfolgt in Abhängigkeit von vorbestimmten elektrischen Zuständen durch Betätigung einer geeigneten Ausklinkspule 22.

Um die Verbindungsstange 26 aus der in Figur 1 gezeigten Stellung nach links zu treiben, um dadurch den Schalter zu schließen, wird die mit Speicherenergie betriebene Betätigungseinrichtung 10 eingesetzt. Diese Betätigungseinrichtung 10 enthält ein drehbares Schwungrad 30, das gelegentlich auch als Federsteuerglied bezeichnet wird. Das Schwungrad 30 ist frei um eine zentral angeordnete Welle 32 beweglich und enthält einen Kurbelstift 34, der an einem radial von der Achse der Welle 32 beabstandeten Punkt befestigt 1st. Die Verbindungsstange 26 1st schwenkbar mit diesem Kurbelstift 34 verbunden.

Mit dem Schwungrad 30 wirkt eine starke Druckfeder 40 zusammen, deren eines Ende schwenkbar mit dem Kurbelstift 34 verbunden ist, und deren anderes Ende schwenkbar auf einem Zapfen 42 sitzt, der normalerweise eine feststehende

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Achse aufweist. Das Schwungrad 30 besitzt zwei unterschiedliche Totpunktstellungen bezüglich der Feder 40. In einer ersten Totpunktstellung befindet si a die Achse des Kurbelzapfens 34 zwischen der Achse der Welle 32 und der Achse des Schwenkzapfens 42 auf einer Bezugslinie 37» die die beiden zuletztgenannten Achsen miteinander verbindet. In der zweiten Totpunktstellung befindet sich die Achse des Kurbelzapfens 34 auf derselben Bezugslinie 37 auf der anderen Seite der Achse der Welle 32.

In Figur 1 sind die Teile in einer Stellung gezeigt, in der der Kurbelzapfen 34 im Gegenuhrzeigersinn oder der Vorwärtsrichtung leicht über die erste Totpunktstellung hinaus angetrieben wurde. Die Feder 40 ist im wesentlichen voll belastet und spannt das Schwungrad 30 im Gegenuhrzeigersinn vor, die Feder 40 wird jedoch von einem lösbaren Halteglied 45 blockiert und kann sich daher nicht entspannen. Das lösbare Halteglied 45 enthält eine Drehklinke 46, die schwenkbar auf einer feststehenden Schwenkachse 47 sitzt. Eine Druckfeder 48 spannt die Drehklinke 46 in eine gesetzte Stellung gegen einen festen Anschlag 50 vor. In Figur 1 ist die Drehklinke 46 in einer Stellung gezeigt, in der sie mit einer vom Schwungrad 30 getragenen Walze 54 im Eingriff steht. Das lösbare Halteglied 45 wird durch eine, den Schließvorgang auslösende Spule 56 betätigt, die bei Erregung die Drehklinke 46 im Gegenuhrzeigersinn aus der Eingriffsstellung mit der Walze 54 heraustreibt.

Wenn das Halteglied 45 auf diese Weise gelöst wird, treibt die Hauptdruckfeder 40 das Schwungrad 30 im Gegenuhrzeigersinn aus der Stellung gemäß Figur 1 in die zweite Totpunkt-

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stellung, die in Figur 2 dargestellt ist. Diese Bewegung des Schwungrads 30 im Gegenuhrzeigersinn wird über den Kurbelstift 34 auf die Verbindungsstange 26 übertragen und treibt die Verbindungsstange 26 durch einen Schalterschließvorgang .

Die Druckfeder 40 wird nach der geschilderten Entlastung dadurch wieder belastet, daß das Schwungrad 30 im Gegenuhrzeigersinn oder der Vorwärtsrichtung aus der Stellung gemäß Figur 2 in die Stellung entsprechend Figur 1 gebracht wird. Während dieser Bewegung zur Wiederbelastung der Feder bewegt sich die Verbindungsstange 26 aus der Stellung gemäß Figur 2 in die Stellung nach Figur 1, diese Bewegung der Stange 26 hat jedoch auf das Kniegelenk 11, 12 keine Auswirkung, da der Schlitz 27 in der Stange diese Bewegung ohne Kraftübertragung auf den Kniestift zuläßt. Damit das Schwungrad 30 diese Bewegung zur Wiederbelastung der Feder ausführen kann, ist ein drehbares Antriebsglied 60 vorgesehen. Dieses Antriebsglied 60 ist mit der Welle 32 verkeilt, auf der sich das Schwungrad frei drehen kann. Die Welle 32 ist über ein konventionelles Reduktionsgetriebe 62 mit einem kleinen Elektromotor 61 verbunden. Der Motor wird in herkömmlicher Weise durch eine geeignete Steuerschaltung (nicht dargestellt) gesteuert, deren Betrieb im folgenden verdeutlicht wird.

Das Antriebsglied 60 besitzt einen kreisrunden Umfang, mit Ausnahme einer Aussparung 63, die im Umfang vorgesehen ist, wobei die Aussparung in ein Gegenlager 64 mündet, das auf dem Antriebsglied 60 vorhanden ist. Dieses Gegenlager 64 arbeitet mit einer Klinke 66 zusammen, die auf dem Schwungrad 30 sitzt. Die Klinke 66 ist schwenkbar auf ei-

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nem auf dem Schwungrad 30 festsitzenden Stift 68 gelagert und 1st durch eine geeignete Feder 69 in Uhrzeigerrichtung um den Stift 68 vorgespannt. Die Klinke 66 besitzt eine Arbeltsfläche 72, die unter bestimmten Bedingungen das Gegenlager 64 berührt, um eine Antriebsbewegung zwischen dem Antriebsglied 60 und dem Schwungrad 30 zu übertragen. Wenn das Antriebsglied 60 im Gegenuhrzeigersinn aus der Stellung gemäß Figur 2 gedreht wird, wird keine Antriebskraft auf das Schwungrad 30 übertragen, bis das Gegenlager 64 eine Lage erreicht, in der seine Winkelstellung mit der Arbeitsfläche 72 auf der Klinke 66 zusammenfällt. Wenn diese Stellung erreicht ist, befindet sich die Klinke 66 in der Aussparung 63» und das Gegenlager 64 berührt die Arbeitsfläche 72 der Klinke und überträgt Antriebskraft über die Klinke 66 zum Schwungrad 30, so daß auf diese Weise die Bewegung des Schwungrads im Gegenuhrzeigersinn zur Belastung der Feder erzeugt wird.

Diese Federbelastungsbewegung des Schwungrads 30 im Gegenuhrzeigersinn wird über etwas mehr als 180° fortgesetzt, bis das Schwungrad in die in Figur 1 gezeigte Stellung zurückgekehrt ist, in der das Schwungrad durch das Halteglied 35 blockiert wird. Eine derartige Bewegung des Schwungrads im Gegenuhrzeigersinn belastet die Feder 40, bis die erste Totpunktstellung erreicht ist. Anschließend läuft das Schwungrad 30 geringfügig über diese erste Totpunktstellung im Gegenuhrzeigersinn hinaus (typischerweise ungefähr 10°) und läuft in seine blockierte Endstellung gemäß Figur 1.

Um eine Beschädigung der Teile der Einrichtung zu vermeiden, wenn die Rolle 34 auf dem Schwungrad 30 nach einem Feder-

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spannvorgang auf das Halteglied 45 auftrifft, wird die Klinke 66 aus der Antriebsstellung mit dem Gegenlager 64 unmittelbar nach Erreichen der ersten Totpunktstellung, Jedoch vor dem Auftreffen der Walze auf die Drehklinke 46 gelöst. Dieses Lösen der Klinke 66 wird durch eine Nockeneinrichtung bewirkt, die ein festsitzendes Nockenteil 73 einer im allgemeinen gekrümmten Form aufweist. Die äußere Oberfläche 74 des Nockenteils arbeitet mit einem Folgestift 76 auf der Klinke 66 zusammen und hebt die Klinke 66 radial nach außen in eine bezüglich des Gegenlagers 64 zurückgezogene Stellung unmittelbar ab, bevor das Halteglied 65 berührt wird. In Figur 1 sind die Teile unmittelbar nach dem Lösen der Klinke 66 zu einem Zeitpunkt dargestellt, bei dem die Walze 54 gerade die Drehklinke 46 berührt. Unmittelbar vor diesem Zeitpunkt wird der Motor 61 durch einen geeigneten Unterbrecherschalter (nicht dargestellt) abgeschaltet, der auf die Stellung des Antriebsgliedes 60 anspricht, worauf dann der Motor und das Antriebsglied 60 in eine allmähliche Haltestellung freilaufen. Die genaue Stellung, bei der das Antriebsglied 60 nach einem derartigen Freilaufen zur Ruhe kommt, ist nicht kritisch, sofern diese Stellung innerhalb des Bereiches liegt, der von dem Nockenteil 73 geschützt ist, wie noch näher erläutert wird. Typischerweise liegt die Endstellung des Antriebsglieds 60 etwa um 30°bis 60° nach der in Figur 1 gezeigten Stellung.

Wenn das Halteglied 45 später gelöst wird, um das Schließen des Schalters 12 auszulösen, treibt die Feder 40 das Federsteuerglied oder Schwungrad 30 im Gegenuhrzeigersinn in die Stellung gemäß Fig. 2. Die Menge der in den von der Feder angetriebenen Teilen nach dem Schließvorgang verbliebene kinetische Überschußenergie hängt von den schwanken-

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den Werten der elektromagnetischen Kräfte und der Reibungskräfte und den normalen Toleranzschwankungen der Federkräfte ab. Die gesamte verbleibende Überschußenergie trägt das Schwungrad 30 über die in Figur 2 dargestellte Totpunktstellung hinaus in eine zusätzliche Vorwärtsdrehung, wodurch die Feder 40 teilweise wieder belastet wird. Unmittelbar nach dieser Teilbelastung entlastet sich die Feder erneut und treibt nun das Schwungrad in eine Gegenrichtung durch die Totpunktstellung gemäß Figur 2 hindurch und belastet damit erneut die Feder teilweise. Unmittelbar danach entlastet sich die Feder wieder, um das Schwungrad 30 in Vorwärtsrichtung durch die Totpunktstellung gemäß Fig. 2 hindurch zu bewegen. Diese Oszillationen des Schwungrads um die Totpunktstellung der Figur setzt sich mit hoher Geschwindigkeit und abnehmender Amplitude fort, bis die Überschußenergie schließlich dissipiert ist und das Schwungrad in der in Figur 2 gezeigten Totpunktstellung zur Ruhe kommt.

Ein durch diese Oszillationen des Schwungrads hervorgerufenes Problem besteht darin, daß unter bestimmten Bedingungen die Oszillationen das Schwungrad in der Gegenrichtung um eine Strecke bewegen können, die groß genug 1st, um eine Beschädigung hervorrufende Kollision zwischen der Klinke 66 und dem Gegenlager 64 zu erzeugen, sofern nicht spezielle Vorkehrungen oder Schutz gegen derartige Kollisionen getroffen ist. Wie in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P

(Anmelderin General Electric Company Az. 4321-11TR-O1J196) ausgeführt ist, stellt das Nockteil 73 das Hauptmittel für einen derartigen Schutz dar.

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Wenn das Schwungrad 30 diesbezüglich während derartiger Oszillationen In Gegenrichtung wandert und den Folgestift 76 zurück auf den Oberflächenbereich 75 des Nockenteils 73 trägt, wird die Klinke 66 wieder im Gegenuhrzeigersinn um den Schwenkstift 68 zurückgenommen. Solange wie die Klinke 66 derart zurückgenommen 1st, kann die Arbeitsfläche 72 nicht das Gegenlager 64 berühren, und es sind daher auf diese Weise schädigende Kollisionen zwischen der Klinke 66 und dem Gegenlager verhindert. Die Zusammenstöße verhindernde Oberfläche 75 der Nocke 73 (d.h. der Bereich der Nockenoberfläche mit konstantem Radius, der die Klinke 66 in einer derart zurückgezogenen Stellung hält, daß die Arbeitsfläche 72 das Gegenlager 64 nicht berühren kann) ^ erstreckt sich um die zentrale Achse des Schwungrads um etwa 170°. Wenn daher die geschilderten Oszillationen das Schwungrad um bis zu 170° in Gegenrichtung aus der Totpunktstellung gemäß Figur 2 herausdrehen sollten, so 1st das Nockenteil 73 in der Lage, eine Kollision zwischen der Klinke 66 und dem Gegenlager 64 während einer derartigen Gegenbewegung zu verhindern.

Das Antriebsglied 60 wird durch einen Motor 61 im Gegenuhrzeigersinn kurz nach der geschilderten Federentlastung angetrieben, um einen FederbelastungsVorgang einzuleiten. Eine typische Stellung des Antriebsglieds 60 beim Start eines derartigen Wiederbelastungsvorgangs ist in Figur 2 gezeigt. Nachdem das Antriebsglied 60 im Gegenuhrzeigersinn um etwa 135° aus der Stellung gemäß Figur 2 herausgedreht wurde, berührt das Gegenlager 64 auf dem Antriebsglied die Arbeitsfläche 72 der Klinke 66 und treibt die Klinke zusammen mit dem Schwungrad 30 an und führt eine

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Belastungsbewegung in die in Figur 1 gezeigte Stellung durch.

Während eines Wiederbelastungsvorganges treibt der Motor das Antriebsglied 60 mit einer Geschwindigkeit an, die gegenüber der Geschwindigkeit des Schwungrads während der Federentlastung relativ klein ist. Typischerweise werden einige Sekunden benötigt, bevor der Motor das Antriebsglied 60 um ungefähr die Drittel- bis Halbumdrehung zu drehen, die erforderlich ist, um eine Berührung zwischen Gegenlager 64 und Klinke 66 herzustellen. Dies stellt eine ausreichend lange Zeitperiode dar, um sicherzustellen, daß die geschilderten Oszillationen der Schließfeder abgeklungen sind, wenn das Gegenlager 64 die Klinke 66 erreicht und mit dem Übermitteln von Wiederbelastungsenergie vom Motor zur Feder beginnt.

Die Stift- und Schlitzkopplung 28 dient zusätzlich zur Übertragung der Schließkraft zwischen der Schließeinrichtung 10 und der Betriebevorrichtung 5 während eines Schließvorganges zu einer Reihe weiterer Funktionen. Als erstes ermöglicht die Kupplung 28, daß das Federsteuerglied 30 am Ende eines Schließvorganges ohne Betätigung der dann geschlossenen Betriebsvorrichtung 5 oszillieren kann, so daß der Schalter trotz dieser Oszillationen geschlossen bleibt. Zusätzlich gestattet die Stift- und Schlitzkupplung 28 die geschilderte nachfolgende Wiederbelastung der Schließfeder durch eine Bewegung des Federateuerglieds aus der Totpunktstellung gemäß Figur 2 in Vorwärtsrichtung in die Stellung nach Figur 1, ohne die dann geschlossene Betriebsvorrichtung 5 zu beeinflussen. Unter der Annahme, daß der Schalter während eines derartigen Wiederbelastungs-

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Vorganges geschlossen bleibt, bewegt sich der Schlitz 27 einfach während des Wiederbelastungsvorganges nach rechts, während der Kniestift 13 in Ruhe verharrt.

Mehrere zusammenwirkende Merkmale ermöglichen die oben geschilderte Unabhängigkeit der Betätigungseinrichtung 10 von der Betriebsvorrichtung 5 während der Oszillationen des Federsteuerglieds 30. Eines dieser Merkmale besteht im Spiel, das der Schlitz 27 dem Stift 13 in Richtung der Schlitzverbindung ermöglicht. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß diese Oszillationen in einer Schliei3richtung (d.h. nach links) über die von der Verbindungsstange angenommene Stellung hinaus, bei der der Schalter geschlossen ist (d.h. in der Stellung gemäß Figur 2) keine weitere Bewegung der Verbindungsstange 26 erzeugen. Während dieser Oszillationen bewegt sich das rechte Ende des Schlitzes 27 in eine vollständig rechts von der Position angeordnete Stellung, die durch den Kniestift 13 besetzt ist, wenn der Schalter geschlossen ist, wodurch eine Wechselwirkung zwischen dem Stift 13 und dem rechten Ende des Schlitzes während dieser Oszillationen verhindert wird.

Dieses letzte Merkmal ist eng mit der Tatsache verbunden, daß das Federsteuerglied 30 bezüglich der Verbindungsstange 26 in einer Totpunktstellung liegt, wenn die Betriebsvorrichtung des Schalters die vollständig geschlossene Stellung erreicht. Dies ist am besten in der schematischen Figur 4 zu erkennen, in der die Betriebsvorrichtung 5 vollständig geschlossen dargestellt ist, wobei das im Gegenuhrzeigersinn sich bewegende Federsteuerglied 30 bezüglich der Verbindungsstange 26 eine Totpunktstellung einnimmt, während es die Totpunktstellung bezüglich der Feder 40 noch nicht ganz erreicht hat. Eine Winkelbewegung des Federsteuerglieds 30

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nach der einen oder der anderen Seite der in Figur 4 dargestellten Stellung (z.B. während der geschilderten Oszillationen) veranlaßt, daß sich das rechte Ende des Schlitzes 27 längs eines Wegs bewegt, der vollständig rechts vom Kniestift 13 angeordnet ist, eine Wechselwirkung zwischen Stift 13 und dem rechtsseitigen Ende des Schlitzes 27 findet daher während dieser Oszillationen nicht statt.

Es ist ersichtlich, daß das die Klinke 66 lösende Nockenteil 73 mit der Stift- und Schlitzkupplung 28 zusammenarbeitet, um während der Oszillationen des Federsteuerglieds 30 nachteilige Krafteinwirkungen zu vermeiden. Insbesondere entkoppelt das Nockenteil 73 während dieser Oszillationen wirksam das Federsteuerglied 30 von den relativ beweglichen Elementen auf dessen Eingangsseite, während der Schlitz 27 wirksam das Federsteuerglied von der dann stationären Betriebsvorrichtung 5 auf dessen Ausgangsseite entkoppelt.

Wenn der Schalter durch Lösen der Auslöseklinke 18 ausgelöst wird, so bewegen sich beide Kniehebelstangen 11 und 12 nach unten aus der in Figur 2 gezeigten Stellung, wodurch die Verbindungsstange 26 sich im Uhrzeigersinn um den Kurbelstift 34 schwenkt. Die Stellung der Teile nach einem derartigen Auslösevorgang, jedoch vor dem Rücksetzen der Vorrichtung 5_t ist in Figur 3 dargestellt. Während und nach einer derartigen Auslösung der Vorrichtung 5 kann die Verbindungsstange 26 sich trotzdem frei längs ihrer Länge hin- und herbewegen, ohne eine Einwirkung von der Betriebsvorrichtung 5 zu erfahren, so daß auf diese Weise die Oszillationen des Federsteuerglieds und die Bewegung zum erneuten Belasten der Schließfeder

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möglich sind. Diese Freiheit der Verbindungsstange 26, sich hin- und herzubewegen, wird durch das Vorhandensein des Schlitzes 27 ermöglicht. Das Belasten der Schließfeder bewegt die Stange 26 nach rechts, und dies ermöglicht unter dem Einfluß der Rücksetzfeder 20 das Rücksetzen der Betriebsvorrichtung 5 in die in Figur 1 gezeigte Stellung. Der Schlitz 27 gestattet den Abschluß des Rücksetzvorganges nur dann, wenn der Kurbelstift 34 sich in der Nähe seiner ersten (oder rechten) Totpunktstellung bezüglich der Schließfeder befindet. Der RUcksetzvorgang ist abgeschlossen, wenn die Auslöseklinke 18 unter die Anschlagrolle 17 in die Stellung gemäß Fig. 1 zurückgeführt ist.

Aus dem vorstehenden Absatz ergibt sich, daß es wichtig ist, daß die Verbindungsstange 26 in der Lage ist, eine Schwenkbewegung um den Kurbelstift 34 auszuführen, da eine derartige Schwenkbewegung erforderlich ist, damit das Öffnen des Schalters in Abhängigkeit von der Auslösung der Auslöseklinke 18 auslösbar ist.

In der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform besteht die die Betätigungseinrichtung 10 und die Betriebsvorrichtung 5 verbindende Verbindung im wesentlichen aus einer einzelnen Stange 26. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bei bestimmten Anwendungen diese Verbindung komplexer aufgebaut ist und eine den Hub ändernde Einrichtung, z.B. einen den Hub ändernden Winkelhebel 100 enthält, der in Figur 5 dargestellt ist. Das Vorhandensein einer derartigen hubändernden Einrichtung ermöglicht es, daß der Hub des Kniestifts 13 von demjenigen des Kurbelstifts 34 der Betätigungsvorrichtung 10 verschieden ist und ermöglicht eine erhöhte Flexibilität in der Wahl des Feder-

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hubs und der Federkraft, um die erforderliche Schließenergie aufzubringen.

In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform enthält die Verbindung ferner eine erste Verbindungsstange 26a und eine zweite Verbindungsstange 26b. Die erste Verbindungsstange 26a ist schwenkbar an ihren einander entgegengesetzten Enden mit dem Kurbelstift 34 und einem Drehstift 102 auf dem Winkelhebel 100 verbunden. Die Zweite Verbindungsstange 26b ist schwenkbar an ihrem unteren Ende mit einem Drehstift 104 auf dem Winkelhebel 100 verbunden, und sie ist an ihrem oberen Ende mit dem Kniestift 30 Über eine Stift- und Schlitzkupplung 28 verbunden, die der ähnlich ausgebildeten Kupplung gemäß den Figuren 1 bis 4 entspricht.

Durch Änderung des Verhältnisses eines derartigen Winkelhebels 100 ist es möglich, eine einzige Betätigungseinrichtung 10 und eine Betriebsvorrichtung 5 zur Erzeugung von KontakthUben innerhalb eines großen Bereiches den nach der speziellen Anwendungsform zu erzeugen. Um eine derartige Änderung des Winkelhebelverhältnisses zu bewirken, kann der Drehstift 102, vgl. Figur 5, in eine andere öffnung 103 des Winkelhebels versetzt werden, wodurch einer der Arme des Winkelhebels wirksam verlängert wird.

Wenn die Teile der Betätigungsanordnung in der in Figur 4 gezeigten Stellung liegen, so soll im wesentlichen kein Spiel zwischen dem rechten Ende des Schlitzes 27 und dem Kniestift 13 vorhanden sein. Um ein derartiges Spiel im

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wesentlichen zu eliminieren, wenn die Teile derart angeordnet sind, wird erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Einstellen der effektiven Länge der Verbindungsstange vorgesehen (schematisch in Figur 4a gezeigt, in den anderen Figuren jedoch nicht dargestellt). Diese Einstelleinrichtung enthält eine, einem Spannanker ähnliche Anordnung, die eine Hülse 110 aufweist, die an einander entgegengesetzten Enden mit gegensinnig laufenden Gewinden versehen ist und an Bit gegenläufigen Gewinden versehenen Segmenten der Verbindungsstange 26 angekoppelt ist. Durch geeignete Drehung der Hülse 110 wird die effektive Länge der Verbindungsstange verändert, wenn sich die Teile in der Lage gemäß Figur 4 befinden, und jegliches Spiel zwischen dem rechten Ende des Schlitzes 27 und dem Stift 13 wird im wesentlichen eliminiert. Auf diese Weise wird die Betriebsvorrichtung 5 veranlaßt, an den Schließanschlägen 19 zu verharren, wenn das Federsteuerglied 30 gemäß Figur 4 in die Totpunktstellung bezüglich der Verbindungsstange 26 eintritt.

Gemäß einem weiteren Merkmal einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung wird das Kniegelenk 11 bis 13 der Vorrichtung 5 während des Endabschnitts des Schließvorgangs leicht jenseits des Totpunkts betrieben. Obwohl es möglich 1st, die Vorrichtung so auszulegen, daß sie voll schließt, wenn das Kniegelenk geringfügig vor der Totpunktstellung ist, wo es von einer durch eine Feder angetriebene Klinke gehalten werden kann (wie z.B. in den US-PS 2 549 441 oder der US-PS 3 835 277), besitzt die über den Totpunkt hinaus auslenkbare Vorrichtung einen beachtlichen Vorteil, wenn sie mit der speziellen Betätigungseinrichtung 10 zusammen verwendet wird. Insbesondere wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung aufgrund des Schlitzes 27 und des in Figur 4 dargestellten Totpunkt-Zusammenhangs die

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Ausübung von Schließkräften über die Verbindungsstange 26 abgebrochen, sobald die Vorrichtung 5 die vollständig geschlossene Stellung erreicht. Trotz dieses plötzlichen Wegfalls der Schließkraft bleibt die Vorrichtung gegen die Vorspannung der Öffnungsfeder 9 vollständig geschlossen. Es besteht keine Notwendigkeit, die Einwirkung der Schließkraft fortzusetzen, während darauf gewartet wird, daß irgendeine Halte- und Schließklinke an einen Ort unterhalb dem Knie 13 fällt. Da eine derartige Notwendigkeit nicht besteht, ist es erfindungsgemäß möglich, die Stift- und Schlitzkupplung 28 zusammen mit dem Totpunkt-Zusammenhang gemäß Figur 4 zu verwenden, ohne daß eine größere Gefahr besteht, daß ein zufälliges mechanisches Aufspringen erfolgt, wenn das Federsteuerglied 30 sich durch die in Figur 4 dargestellte Position bewegt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung, ein wichtiger Zusammenhang bei der Arbeitsweise der Betätigungsanordnung, stellt der Phasenwinkel P dar, der zwischen der Wirkungslinie 115 der Schließfeder 40 und der Wirkungslinie 116 der Verbindungsstange 26 besteht, vgl. Figur 4. Dieser Phasenwinkel steuert die Geschwindigkeit des beweglichen Kontakts unmittelbar vor der Berührung mit dem feststehenden Kontakt. Dieser Phasenwinkel steuert ferner die Beschleunigung des beweglichen Kontakts beim Start eines Schließvorgangs. Die Analyse der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung zeigt, daß dieser Phasenwinkel innerhalb des Bereichs von etwa ± 20° sein soll, wenn sich die Betätigungseinrichtung 10 in der in Figur 1 gezeigten Stellung befindet. In anderen Worten, der die Feder tragende Zapfen 42 ist bevorzugt so anzuordnen, daß die Wirkungslinie 115 ungefähr innerhalb eines Bereichs von ± 20° von der Linie 116 liegt, wenn sich das Federsteuerglied 30 in der eingeklinkten Stellung entsprechend Figur 1 befindet.

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Claims

Dr. rer. nah Horst Schüler ⁶^⁰ Frankfurt/Main ι 22 Juni 1977

PATENTANWALT Kaiserstrasse 4, Rb./Vo./he.

Telefon (0611) 235555 Telex: 04-16759 mapat d

2728257 Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

General Electric Company

Patentansprüche:

Betätigungsanordnung für einen Schalter, der zwei Schaltkontakte enthält, wobei ein Schaltkontakt bezüglich des anderen beweglich ist, gekennzeichnet durch:

(a) eine Schließfeder (40) fUr den Schalter (6 bis 9),

(b) ein drehbares Federsteuerglied (30), das zur Ausführung einer Drehung zwischen einer ersten Totpunktstellung und einer winkelmäßig von der ersten beabstandeten zweiten Totpunktstellung bezüglich der Feder (40) angeordnet ist,

(c) Einrichtungen zur übertragung von Spannkräften auf die Feder (40) in Abhängigkeit von der Drehung des Federsteuerglieds (30) in

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ORIGINAL INSPECTED

Vorwärtsrichtung auf die erste Totpunktstellung hin,

(d) Einrichtungen (60, 64, 66, 72, 61, 62) zur Drehung des Federsteuerglieds (30) in Vorwärtsrichtung aus der zweiten Totpunktstellung in die erste Totpunktstellung, zum Spannen der Feder (Ί0),

(e) wobei die Feder (40) entlastbar ist und bei einer Entlastung das Federsteuerglied (30) weiter in Vorwärtsrichtung dreht, wenn das Federsteuerglied (30) in Vorwärtsrichtung über die erste Totpunktstellung hinausgedreht wurde,

(f) ein lösbares Halteglied (45), das mit dem Federsteuerglied (30) zusammenarbeitet und die weiterführende Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds (30) blockiert, wobei das Halteglied (45) lösbar ist, um eine rasche Entlastung der Feder (40) zu ermöglichen und die Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds (30) in die zweite Totpunktstellung fortzusetzen,

(g) wobei das Federsteuerglied (30) unmittelbar nach der raschen Entlastung der Feder (40) um die zweite Totpunktstellung oszilliert,

(h) Einrichtungen (11 bis 26), um den Schalter (6 bis 9) in Abhängigkeit von der Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds (30) in die zweite Totpunktstellung zu schließen, wobei die Einrichtungen (11 bis 26) enthalten:

(hl) eine mechanisch freiklinkbare Betriebsvorrichtung (5), die mit dem beweglichen Kontakt (7, 8) verbunden ist,

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(h2) eine Verbindung (26) zwischen dem Federsteuerglied (30) und der Betriebsvorrichtung (5),

(h3) eine Stift- und Schlitzkupplung

(28) zwischen der Verbindung (26) und der Betriebsvorrichtung (5)» die: (i) Schließkräfte zwischen dem Federsteuerglied (30) und der Betriebsvorrichtung (5) während der Vorwärtsdrehung des Federsteuerglieds (30) in die zweite Totpunktstellung überträgt, (ii) es dem Federsteuerglied (30) ermöglicht, am Ende eines Schließvorgangs ohne Betätigung der Betriebsvorrichtung (5) um die zweite Totpunktstellung zu oszillieren, wobei der Schalter (6 bis 9) trotz der Oszillationen geschlossen bleibt, und (iii) es ermöglicht, daß das Federsteuerglied (30) in Vorwärtsrichtung aus der zweiten Totpunktstellung in die erste Totpunktstellung ohne Betätigung der Betriebsvorrich tung (5) bewegbar ist, wobei der Schalter (6 bis 9) während der Belastung der Schließfeder (40) in geschlossenem Zustand verbleibt.
2. Betätigungeanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungseinrichtung (26) bezüglich des Federsteuerglieds (30) in eine Totpunktstellung läuft, wenn die Betriebsvorrichtung (5) eine vollständige Schließstellung des Schalters (6 bis 9) erreicht. 709882/0787
3. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (26) mit dem Federsteuerglied (30) derart verbunden ist, daß die Oszillationen des Federsteuerglieds (30) keine weitere Bewegung der Verbindungseinrichtung (26) in Schließrichtung über diejenige Stellung hinaus erzeugen, die von der Verbindungseinrichtung eingenommen ist, wenn sich die Betriebsvorrichtung (5) in der vollen Schließstellung befindet.
4. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (26) bezüglich des Federsteuerglieds (30) eine Totpunktstellung einnimmt, wenn die Betriebsvorrichtung (5) die volle Schließstellung des Schalters (6 bis 9) erreicht, wodurch die Oszillationen des Federsteuerglieds

(30) keine weitere Bewegung der Verbindungseinrichtung (26) in Schließrichtung über diejenige Stellung hinaus erzeugt, die von der Verbindungseinrichtung (26) eingenommen ist, wenn die Betriebsvorrichtung (5) sich in der vollen Schließstellung des Schalters (6 bis 9) befindet.
5. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Einrichtungen (60, 64, 66, 72, 61, 62) ein Antriebsglied (60) für das Federsteuerglied (30) und eine Antriebsverbindung (64, 66, 72) zwischen dem Antriebsglied (60) und dem Feder-

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steuerglied (30) enthalten, um die Belastungskräfte für die Feder zwischen dem Antriebsglied (60) und dem Federsteuerglied (30) zu übertragen, und

(b) daß Einrichtungen (73) vorgesehen sind, die die Antriebsverbindung (64, 66, 72) zur übertragung von Antriebskräften zwischen dem Antriebsglied (60) und dem Federsteuerglied (30) während der Oszillationen außer Kraft setzen, die das Federsteuerglied (30) unmittelbar nach der schnellen Entlastung der Feder (40) um die zweite Totpunktstellung durchführt.
6. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, ,dadurch gekennzeichnet,

(a) daß die Einrichtungen (60, 64, 66, 72, 61, 62) ein drehbares Antriebsglied (60) für das Federsteuerglied (30) und eine Klinke/Gegenlager-Antriebs verbindung (64, 66, 72) zwischen dem Antriebsglied (60) und dem Federsteuerglied (30) enthalten, und

(b) daß Einrichtungen (73) vorgesehen sind, die die Klinken/Gegenlager-Antriebsverbindung zur übertragung von Antriebskräften zwischen dem Antriebsglied (60) und dem Federsteuerglied (30) während derjenigen Oszillationen außer Kraft setzen, die das Federsteuerglied (30) unmittelbar nach der raschen Entlastung der Feder (40) um die zweite Totpunktstellung erfährt.

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7. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß die Einrichtungen (60, 64, 66, 72, 61, 62) ein drehbares Antriebsglied (60) fUr das Federsteuerglied (30) mit einem Gegenlager (64), und eine Klinke (66) auf dem Federsteuerglied (30) enthalten, die von dem Gegenlager (64) angetrieben wird, wenn das Antriebsglied (60) das Federsteuerglied (30) in Vorwärtsrichtung aus der zweiten gegen die erste Totpunktstellung antreibt, und

(b) daß eine Nockeneinrichtung (73) vorgesehen ist, die die Klinke (66) während der unmittelbar nach der Federentlastung auftretenden Oszillationen aus einem Pfad heraushält, auf dem eine Kollision zwischen der Klinke (66) und dem Gegenlager (64) während der Oszillationen möglich ist.
8. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß die Verbindungseinrichtung (26) eine vorgegebene Wirkungslinie (116) bezüglich des Federsteuerglieds (30) besitzt,

(b) daß die Schließfeder (40) eine vorgegebene Wirkungslinie (115) bezüglich des Federsteuerglieds (30) besitzt,

(c) daß die vorgegebenen Wirkungslinien (115, 116) sich schneiden, wenn das Federsteuerglied (30) durch das lösbare Halteglied (45) blockiert ist und daß dann ein Phasenwinkel (P) zwischen den Wirkungslinien vorhanden ist, der einen Wert innerhalb des Bereichs von ungefähr ± 20° besitzt.

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9. Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß die freiklinkbare Vorrichtung (5) ein Kniegelenk (11, 12, 13) aufweist, das während eines Schließvorganges in eine geradlinig verlaufende Stellung gebracht wird, und

(b) daß das Kniegelenk (11, 12, 13) geringfügig über die geradlinige Stellung hinaus bewegt wird, wenn die Verbindungseinrichtung (26) in die Totpunktstellung bezüglich des Federsteuerglieds (30) am Ende eines Schließvorgangs einläuft.
10. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß die Stift- und Schlitzkupplung (28) einen Schlitz (27) in der Verbindungseinrichtung (26), und einen Stift (13) aufweist, der mit der Betriebsvorrichtung (5) gekoppelt ist und gleitend innerhalb des Schlitzes (27) geführt ist, und

(b) daß ein Ende des Schlitzes verwendet wird, um den Stift während eines Schließvorgangs anzutreiben.
11. Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, (a) daß die Stift- und Schlitzkupplung (28) einen Schlitz (27) in der Verbindungseinrichtung (26), und einen an die Betriebsvorrichtung (5) angekoppelten und gleitbar im Schlitz (27) geführten Stift (13) aufweist,

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(b) daß ein Ende des Schlitzes (27) benutzt wird,

um den Stift (13) während eines Schließvorganges anzutreiben, und

(c) daß Einrichtungen (100, 102, 103, 104) vorgesehen sind, um die effektive Länge der Verbindungseinrichtung (26a, 26b) derart einzustellen, daß im wesentlichen zwischen dem Antriebsende des Schlitzes (27) und dem Stift (13) kein Spiel vorhanden ist, wenn die Verbindungseinrichtung (26a, 26b) in die Totpunktstellung bezüglich des Federsteuerglieds (30) eintritt.

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