DE3431252A1

DE3431252A1 - Schalterantrieb fuer einen drehschalter

Info

Publication number: DE3431252A1
Application number: DE3431252A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr.-Ing. 8152 Feldkirchen-Westerham Spinner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1984-08-24
Publication date: 1986-03-06
Also published as: US4771142A; DE3431252C2; FR2586507A1; US4717799A; FR2586507B1

Description

"Schalterantrieb für einen Drehschalter"

Die Erfindung betrifft einen Schalterantrieb für einen

Drehschalter vorzugsweise mit einem Schaltwinkel von 90°, bestehend aus einem Zahnradgetriebe, das eingangsseitig von einem Elektromotor antreibbar ist und ausgangsseitig eine Schalterantriebswelle aufweist. 10

Derartige Schalterantriebe werden beispielsweise zur Fernbetätigung von Koaxialschaltern benötigt. Naturgemäß wird angestrebt, die Schaltzeit möglichst kurz zu halten. Noch wichtiger ist jedoch, daß der Schaltrotor in jeder Schaltstellung seine Endlage exakt erreicht. Wegen der zumal bei Leistungsschaltern erheblichen bewegten Massen sowohl des Schaltrotors als auch dessen Antriebes ergibt sich dabei das Problem, trotz hoher Schaltgeschwindigkeit den Schaltrotor weich zu beschleunigen und vor allem bei Erreichen seiner Endlage weich abzubremsen, damit mechanische Beschädigungen.des Drehschalters und/oder seines Antriebes sowie Prellvorgänge vermieden werden. Mit einem Schalterantrieb der einleitend angegebenen Gattung ist dieses Problem lösbar, jedoch nur dann, wenn das Zahnradgetriebe ein hohes Untersetzungsverhältnis hat, das zwangsläulfig zu einer niedrigen Schaltgeschwindigkeit führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalterantrieb der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das eine hohe Schaltgeschwindigkeit mit einer weichen Einleitung und vor allem einer weichen Beendigung des Schaltvorganges verbindet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 der angegebenen Merkmale gelöst. Die von dem den Schaltarm betätigenden Mitnehmer beschriebene Zykloidenbewegung führt dazu, daß der Schaltrotor zu-

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nächst weich beschleunigt wird, zwischen den beiden Schaltstellungen seine größte Dreh- oder Winkelgeschwindigkeit erreicht und mit Annäherung an die neue Endstellung wieder weich abgebremst wird.

Eine vor allem für Drehschalter hoher Leistung bevorzugte Ausführungsform des Schalterantriebes ist im Anspruch 2 angegeben. Die Hypozykloidenbewegung des Mitnehmers ergibt eine sehr genaue Positionierung des Schaltarmes in seinen -^q beiden Endlagen, so daß zusätzliche Anschläge überflüssig sind. Außerdem ist das Zahnraduntersetzungsgetriebe in dieser Bauform selbsthemmend.

EinS für kleinere Drehschalter bevorzugte Ausführungsform •,g ist im Anspruch 3 angegeben. Die Epizykloidenbewegung des Mitnehmers ist im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Anspruch 2 mit ortsfester Lagerung des den Mitnehmer tragenden Zahnrades erzielbar.

2Q Da bei der Hypozykloidenbewegung des Mitnehmers dessen beide Endstellungen im achsfernen Bereich relativ weit auseinanderliegen, bei der Epizykloidenbewegung hingegen im achsnahen Bereich in verhältnismäßig geringem Abstand voneinander liegen, ist es insbesondere im letzteren Fall

2g zweckmäßig, die Endstellungen des Schaltarmes zusätzlich durch einen Index festzulegen. Eine entsprechende konstruktive Ausbildung des Schalterantriebes ist in den Ansprüchen 4 bis 9 angegeben.

_or. Anspruch 10 bezieht sich auf eine Ausführungsform, mit der sich Prellvorgänge innerhalb des Schalterantriebs vermeiden lassen, insbesondere wenn dieser Anschläge für die beiden Endlagen enthält.

Anspruch 11 bezieht sich auf eine Ausführungsform, die eine einfache Rückmeldung der Erreichung der jeweiligen Schaltstellung sowie eine selbsttätige Vorbereitung der für die nächste Schaltstellung erforderlichen Drehrichtungsumkehr des Elektromotors gestattet.

In der Zeichnung ist der Schalterantrieb nach der Erfindung anhand von zwei beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Schalterantriebes, Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil A in Fig. 1, wobei der

Schaltarm sich in der Mittelstellung befindet, Fig. 3 die gleiche Ansicht wie Fig. 2, wobei der Schaltarm sich in einer seiner beiden Endstellungen befindet ,

eine Ansicht gemäß dem Pfeil B in Fig. 1, einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform, eine Ansicht gemäß dem Pfeil A in Fig. 5, wobei

Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8

der Schaltarm sich in der Mittelstellung befindet, einen Schnitt längs der Linie E-F in Fig. 6, eine Ansicht gemäß dem Pfeil A in Fig. 5, wobei der Schaltarm sich in einer seiner beiden Endstellungen befindet,

Fig. 9 eine Ansicht entsprechend Fig. 6, jedoch mit einem zusätzlichen, federbelasteten Kulissenhebel, Fig.10 eine Ansicht entsprechend Fig. 8, jedoch mit dem zusätzlichen, federbelasteten Kulissenhebel in . der Endstellung und

Fig.11 eine Ansicht gemäß dem Pfeil B in Fig. 5.

Der Schalterantrieb nach den Figuren 1 bis 4 besteht aus einem näherungsweise zylindrischen Gehäuse 1, in dessen Stirnwand 2 eine von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebene Welle 3 gelagert ist,die über eine federbelastete Konusrutschkupplung 4a bis 4d ein Ritzel 5 antreibt. Das Ritzel 5 wirkt als Sonnenrad und kämmt mit einem ein Planetenrad bildenden Zahnrad 6, das in einem Planetenträger 7

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gelagert ist und sich auf einer gehäusefesten Innenverzahnung 8 abwälzt. Das Zahnrad 6 trägt exzentrisch einen Lagerbolzen 9 für eine Mitnehmerrolle 10. Die Mitnehmerrolle 10 liegt in einer Nut 11 eines Schaltarmes 12, der drehfest mit einer, in dem Gehäusedeckel 13 gelagerten Schalterantriebswelle 14 verbunden ist.

Das Ritzel 5 kämmt außerdem mit einem zweiten Zahnrad 15, das einstückig mit einem Schaltnocken 16 zur Betätigung von Mikroschaltern wie zum Beispiel 17, 17a in Fig. 1 ist.

Der Durchmesser und die Zähnezahl des Ritzels 5, des Zahnrades 6 und der Innenverzahnung 8 sowie die Exzentrizität der Mitnehmerrolle 10 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Mitnehmerrolle bei Drehung der Welle 3 die in den Figuren 2 bis 4 strichpunktiert gezeichnete Hypozykloide in bezug auf den von dem Schaltarm 12 beschriebenen Kreisbogen beschreibt, deren Endpunkte für die üblichen Drehschalter mit einem Schaltwinkel von 90° auf zueinander rechtwinkeligen Radien durch die Achse der Schaltwelle liegen.

Wie ein Vergleich der Figuren 2 und 3 erkennen läßt, führt die Hypozykloidenbewegung der Mitnehmerrolle 10 dazu, daß die Winkelgeschwindigkeit, die dem Schaltarm 12 beim Umschalten von einer Endstellung in die andere Endstellung 25

erteilt wird, von Null beginnend langsam ansteigt, über einen verhältnismäßig großen Winkelbereich symmetrisch zur Mittelstellung ihr Maximum erreicht und dann wieder langsam auf Null abfällt, wenn die neue Endstellung erreicht

ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Mitnehmer-30

rolle 10 sich zunächst in der Nut 11 des Schaltarmes 12 nur radial in Richtung auf die Achse der Schalterantriebswelle bewegt, um dann zunehmend in eine bis zum Erreichen der Mittelstellung oder Winkelhalbierenden tangentiale

Bewegungsbahn überzugehen. Auf diese Weise ergibt sich ei-35

ne sanfte Beschleunigung zu Beginn der Schaltbewegung, eine hohe Schaltgeschwindigkeit zwischen den Endstellungen

und eine sanfte Abbremsung am Ende der Schaltbewegung.

Wegen der am Beginn und am Ende der Schaltbewegung radial gerichteten Verschiebung der Mitnehmerrolle 10 ist auch die in den Endlagen erreichte Stellung des Zahnrades 6 und damit der antreibenden Welle 3 unkritisch. Dies gilt in noch höherem Maße, wenn die Hypozykloidenbewegung der Mitnehmerrolle 10 so bemessen wird, daß sich an den Umkehrpunkten keine Spitzen sondern Schleifen ergeben. Da die von der Mitnehmerrolle 10 jeweils erreichte Endstellung unkritisch in bezug auf die Endstellung des Schaltarmes 12 ist, sind auch keine Endanschläge notwendig. Schließlich bewirkt die in den Endstellungen je nach Auslegung der Zykloidenbahn mehr oder weniger radiale Ver-Schiebung der Mitnehmerrolle 10 in bezug auf die Achse der Schalterantriebswelle 14 von der·Schalterantriebswelle 14 aus gesehen eine Selbsthemmung. Der angetriebene Drehschalter benötigt daher keine zusätzlichen Verrastungen oder andere Sicherungen in seiner jeweiligen Schaltstellung.

Die in Fig. 4 dargestellte Ansicht B zeigt nochmals die Bewegungsbahn der Mitnehmerrolle 10 von der gezeichneten Mittelstellung in die gestrichelt gezeichnete eine Endstellung, sowie die zugehörige, ebenfalls gestrichelt gezeichnete Endstellung des Schaltnockens 16, in der dieser die Schaltfahne 19 des Mikroschalters 18 betätigt.

In den Figuren 5 bis 11 ist eine zweite Ausführungsform des Schalterantriebs dargestellt. Gemäß Fig. 5 kämmt das von der Welle 3 über eine Reibkupplung angetriebene Ritzel 5a mit einem Zahnrad 6, das im Unterschied zu der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 ortsfest drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 6a trägt exzentrisch den Lagerbolzen 9 für die Mitnehmerrolle 10, die in einer Nut 51 eines Schiebers 52 liegt, der seinerseits in einer Nut 53 des mit der Schalterantriebswelle 14 drehfest verbundenen Schaltarmes 54 geführt ist. Der Schieber 52 trägt außerdem

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einen Lagerb^Lzen 55, der sich durch einen Schlitz 56 in dem Schaltar 54 erstreckt und auf dem eine Indexrolle 57 gelagert i.st · - ;.uf eine** Γ -·· : ■. ι .shahn j" , die ir. den Gehäusedeckel .. .■< b ngefräs ~ '< ''■ ' >■ ^ .

Die Führung der Indexrolle 10 in der Nut 51 des Sch .eberr; 52 sowie dessen Führung in der Nut 53 des Schaltarmes F sowie der Verlauf der Führungsbahn 58 sind genauer aus den Figuren 6 und 7 zu ersehen.

Der Durchmesser und die Zähnezahl des Ritzels 5a und des Zahnrades 6a sowie die Exzentrizität der Mitnehmerrolle sind so gewählt, daß diese Mitnehmerrolle 10 bei Drehung der Welle 3 die in Fig. 8 eingezeichnete Epizykloide beschreibt, deren Endpunkte für die üblichen Drehschalter mit einem Schaltwinkel von 90° auf zueinander rechtwinkligen Radien durch die Achse der Schalterantriebswelle liegen. Das Zahnrad 6a dreht sich hierbei um etwa 270°.

Die beiden Endstellungen des Schaltarmes 54 sind durch die Indexrolle 57 und die Führungsbahn 58 festgelegt. Ohne diese Indexrolle und ihre Führungsbahn müßten alle ineinandergreifenden Teile mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden, da die Endpunkte der Epizykloide verhältnismäßig nahe beieinander und im achsnahen Bereich liegen. Bei der beschriebenen Ausführungsform genügt hingegen eine enge Tolerierung der Führungsbahn 58 und des Schlitzes 56 in dem Schaltarm 54 in bezug auf den Lagerbolzen 55 für die Indexrolle 57.

Um zu Beginn eines Umschaltvorganges beispielsweise ausgehend von der in Fig. 8 dargestellten Endstellung die Indexrolle 57 außer Eingriff mit dem von der Führungsbahn 58 gebildeten Index zu bringen, ist der Schieber 52 durch eine der Übersichtlichkeit halber in den Figuren 5 bis 8 nicht dargestellte, vorgespannte Feder radial nach außen

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belastet. Gemäß den Figuren 9 und 10 ist diese Feder als Schenkelfeder 59 ausgebildet, die sich einerseits gegen einen Anschlagstift 52a des Schiebers 52, andererseits gegen einen Anschlagstift 54a des Schaltarmes 54 abstützt.

Die Figuren 9 und 10 zeigen außerdem, daß an dem Schaltarm 54 ein der Übersichtlichkeit halber ebenfalls in den Figuren 5 bis 8 weggelassener Kulissenhebel 60 schwenkbar gelagert ist, der über einen Schlitz mit dem Anschlagstift 52a des Schiebers in Eingriff steht. Ein Vergleich der Figuren 9 und 10 zeigt, daß der Kulissenhebel 60 so angeordnet und ausgebildet ist, daß der Lagerbolzen 9 für die Mitnehmerrolle 10 kurz vor Erreichen jeder der beiden Endstellungen des Schaltarmes 54 in eine an dem Kulissenhebel 60 ausgebildete Kulissenbahn einläuft und während des verbleibenden Drehwinkels den Kulissenhebel 60 in die in Fig. 10 gezeigte Lage verschwenkt. Hierbei nimmt der Kulissenhebel 60 den Schieber 52 über dessen Anschlagstift 52a mit, drückt den Schieber 52 also gegen die Kraft der Schenkelfeder 59 radial nach innen und bringt hierdurch die Indexrolle 57 mit dem von der Führungsbahn 58 gebildeten Index zum Eingriff. Damit ist der Schaltarm 54 positionsgenau in der Endlage verriegelt. Zweck des Kulissenhebels ist es, den verhältnismäßig geringen Weg, den die Mitnehmerrolle 10 in Richtung radial zur Achse der Schalterantriebswelle und damit zur Drehachse des Schaltarmes zurücklegt, in eine betragsmäßig größere Verschiebebewegung des Schiebers 52 zu übersetzen, damit die Indexrolle 57 ausreichend tief in den von der Führungsbahn 58 in den beiden Endlagen gebildeten Index eingreifen kann. Dementsprechend kann auf den Kulissenhebel 60 verzichtet werden, wenn für das Ritzel 5a und das Zahnrad 6a entsprechend größere Durchmesser gewählt und der Nachteil eines dementsprechend größeren Gehäuses des Schalterantriebes in Kauf genommen wird.

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Fig. 11 zeigt die Lage der Mitnehmerrolle in der Mittelstellung sowie in gestrichelten Linien die Lage der Mitnehmerrolle in ihrer einen Endstellung und die beiden zugehörigen Lagen des Schaltnockens 16a des weiteren,mit

dem Ritzel 5a kämmenden Zahnrades 15a, wobei die Funktion dieser letztgenannten Teile die gleiche wie die der entsprechenden Teile in der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 4 ist.

Im Unterschied zu der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 ist ferner bei dieser Ausführungsform an dem Zahnrad 6a ein Anschlag 65 vorgesehen, der in jeder der beiden Endlagen des Zahnrades 6a mit je einem gehäusefesten Anschlag 66a und 66b zusammenwirkt. Zur Vermeidung eines Rückprellens sind die drei Anschläge weichmagnetisch ausgeführt und zwischen den Anschlägen 66a und 66b ist ein
Permanentmagnet 67 (vgl. auch Fig. 5) angeordnet.

Im übrigen entspricht der Bewegungsablauf der Mitnehmerrolle 10 bei dieser Ausführungsform sinngemäß dem im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Bewegungsablauf, so daß sich auch die gleichen, dort angegebenen Vorteile ergeben.

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Claims

Patentansp r ü c h

1. Schalterantrieb für einen Drehschalter vorzugsweise mit einem Schaltwinkel von 90°, bestehend aus einem Zahnradgetriebe, das eingangsseitig von einem Elektromotor antreibbar ist und ausgangsseitig eine Schalterantriebswella aufweist, dadurch nekennzeichnet , daß die Schalterantriebswelle (1.4) drehfest mit einem Schaltarm (12, 54) verbunden ist, in den ein Mitnehmer (10) eingreift, der exzentrisch auf einem Zahnrad (6, 6a) sitzt, das von dem Elektromotor über ein Ritzel (5, 5a) antreibbar ist und derart exzentrisch zu der Schalterantriebswelle (14) gelagert ist, daß der Mitnehmer (10) in bezug euf den von dem Schaltarm (12, 54) beschriebenen Kreisbogen eine Zykloide beschreibt.

2. Schalterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Mitnehmer (10) tragende Zahnrad (5) sich auf einer zu der Schalterantriebswelle (14) koaxialen, ortsfesten Innenverzahnung (8) derart abwälzt, daß der s'?itnehmer (10) in bezug auf den von dem Schaltarm (12) beschriebenen Kreisbogen eine Hypozykloide beschreibt.

3. Schalterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Mitnehmer (10) tragende Zahnrad (5a) ortsfest derart exzentrisch zu der Schalterantriebswelle (14) gelagert ist, daß der Mitnehmer (10) in bezug auf den Schaltarm (12) eine Epizykloide beschreibt.

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11. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (5, 5a) mit einem weiteren Zahnrad (15, 15a) kämmt, das mit einem Schaltnocken (16, 16a) verbunden ist, der in jeder der beiden Endstellungen mindestens einen Mikroschalter"(17, 18) betätigt.

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4. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (10) in einen Schieber (52) eingreift,der längs des Schaltarmes (54) verschiebbar geführt ist und eine Indexrolle (57) trägt, die auf einer gehäusefesten Führungsbahn (58) läuft.

5. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (52) in einer Nut (53) des Schaltarms (54) geführt ist.

6. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (52) durch eine sich gegen den Schaltarm (54) abstützende Feder (59) radial nach außen belastet ist.

7. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schaltarm (54) ein Kulissenhebel (60) schwenkbar gelagert ist, mit dem der Mitnehmer (10) jeweils kurz vor Erreichen seiner beiden Endstellungen in Eingriff kommt und der den Schieber (52) in eine verriegelte Endstellung schiebt.

8. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (6a) einen Anschlag (65) trägt, der in jeder der beiden Endstellungen mit einem gehäusefesten Anschlag (66a, 66b) zusammenwirkt.

9. Schalterantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Anschläge mittels eines Dauermagneten (67) magnetisiert ist.

10. Schalterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeihnet, daß das Ritzel (5; 5a) mit der Welle (3) des Elektromotors über eine Rutschkupplung (4a bis 4d) verbunden ist.

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