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Antriebsvorrichtung für ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere
für einen Trennschalter.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein
elektrisches Schaltgerät, insbesondere für einen Trennschalter, gemäss Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Ein Antrieb dieser Art ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
82 13 505 bekannt. Dieser in der Art eines Malteserkreuzgetriebes ausgebildete Antrieb
weist ein auf der Antriebswelle für einen Dreistellungs-Trennschalter sitzendes
Schaltrad auf, das mit zwei radialen und an ihrem aussenliegenden Ende offenen Führungsschlitzen
versehen ist. Zum Verschwenken des Schaltrades dient ein Triebstock, der in die
Führungsschlitze einzugreifen bestimmt ist und exzentrisch auf einem umlaufend antreibbaren
Treiberrad angebracht ist. Letzters weist einen Sperransatz auf, der in den Ruhestellungen
des Schaltrades in Rastausnehmungen am Umfang des Schaltrades eingreift, um das
Schaltrad in diesen Ruhestellungen zu blockieren.
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Dieser bekannte Antrieb hat den Vorteil, dass der das Treiberrad mit
dem Triebstock antreibende Antriebsmotor lastfrei an- und auslaufen kann und nicht
zum Blockieren des Schaltrades in seinen Ruhestellungen dienen muss.
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Diesen Vorteilen stehen jedoch die folgenden Nachteile gegenüber:
Wegen der zwingend erforderlichen Anordnung der Antriebswelle des den Triebstock
tragenden Treiberrades neben dem Schaltrad besteht ein entsprechend grosser Platzbedarf.
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Im mittleren Bereich des Schwenkweges des Schaltrades zwischen zwei
Ruhestellungen ist das auf die Antriebswelle für den Trennschalter wirkende Drehmoment
jeweils am kleinsten. Un in diesem Bereich die für das Betätigen des Trennschalters
und insbesondere für das Eirßegen dessen Trennmesser erforderlichen Antriebsrnante
aufzubringen, sind entsprechend grosse Antriebsmotoren erforderlich. Der DreIinkel,
während dem der Triebstock jeweils im Eingriff mit einem Führungsschlitz des Schaltrades
steht, entspricht dem Winkel, den die beiden radialen Führungsschlitze miteinander
einschliessen. Muss dieser Winkel nun aus konstruktiven Gründen klein gewählt werden,
so ist demzufolge auch der Drehwinkel, über welchen der Triebstock das Schaltrad
mitnimmt, klein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugründe, unter Vermeidung
der vorstehen genannten Nachteile eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die unter Ausnutzung der vorstehend erwähnten Vorteile des bekannten
Antriebes eine platzsparende Bauweise ermöglicht und bei der das Mitnehmerorgan
über einen möglichst grossen Bereich dessen Bewegungsweges mit der Führung in Eingriff
steht und eine vorteilhafte Drehmomentübertragung auf die anzutreibende Welle des
Schaltgerätes erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Anspruches 1 gelöst.
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Da der Ein- und Auslauf des Mitnehmerorganes in die bzw.
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aus der Führung an demjenigen Ende dieser Führung erfolgt, welche
der Schwenkachse des Schaltorganes näher liegt, ist es möglich, das Mitnehmerorgan
samt seiner Drehachse so nahe an der Schwenkachse des Schaltorganes anzuordnen,
dass die Bewegungsbahn des Mitnehmerorganes
innerhalb des Umrisses
des Schaltorganes liegt. Somit ist eine kompakte Bauweise möglich. Im weitern ist
das Mitnehmerorgan über einen Drehwinkel mit der Führung in Eingriff, der ganz erheblich
grösser ist als der Schwenkwinkel des Schaltrades bei einer Fortschaltung von der
einen in eine andere Ruhestellung. Im mittleren Bereich einer solchen Fortschaltung
des Schaltorganes hat das-Mitnehmerorgan im wesentlichen seinen grössten Abstand
von der Schwenkachse des Schaltorganes, so dass in diesem mittleren Bereich die
Uebertragung eines grossen Drehmomentes auf die anzutreibende Welle des Schaltrades
möglich ist.
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Bevorzugte Weiterausbildungen der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung
sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 13 umschrieben.
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Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
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Es zeigt rein schematisch: Figur 1 eine Antriebsvorrichtung für einen
Dreistellungs-Trennschalter in Ansicht mit dem Mitnehmerorgan in seiner Ruhelage.
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Figur 2 die Antriebsvorrichtung gemäss Figur 1 mit dem Mitnehmerorgan
beim Einlaufen in eine Führung, Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie II 1-111
in Figur 1, und Figur 4 eine Detailansicht in Richtung des Pfeiles A in Figur 1.
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Auf einer Antriebswelle 1 für einen Dreistellungs-Trennschalter sitzt
ein Schaltrad 2. Dieses ist in Richtung der Achse la der Antriebswelle 1 gesehen
kreissektorförmig ausgebildet und weist einen zur erwähnten Achse la konzentrischen
umfangsseitigen Rand 3 auf. An diesem Rand 3 sind drei Rastausnehmungen 4, 5 und
6 ausgebildet, von denen jede einer Ruhestellung des Schaltrades 2 zugeordnet ist.
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Das Schaltrad 2 ist weiter mit zwei radialen Führungsschlitzen 7 und
8 versehen, welche durch Ausnehmungen im Schaltrad 2 gebildet sind. Jeder dieser
Führungsschlitze 7, 8 weist einen Ein- und Auslauf 9 bzw. 10 für eine Mitnehmerrolle
11 auf. Dieser Ein- und Auslauf 9, 10 ist an dem der Schwenkachse la des Schaltrades
2 zugekehrten Ende der Führungsschlitze 7, 8 angeordnet.
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Die Mitnehmerrolle 11 ist auf einer Welle 12 gelagert, welche am einen
Ende eines Armes 13 befestigt ist. Dieser Arm 13 sitzt auf einer Welle 14, die mit
einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Durch diesen Antriebsmotor
wird über die Welle 14 die Mitnehmerrolle 11 um die Achse 14a der Welle 14 umlaufend
angetrieben.
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In Figur 1 ist die kreisförmige Bewegungsbahn 15 des Zentrums der
Mitnehmerrolle 11 gestrichelt dargestellt.
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Die Mitnehmerrolle 11 kann sowohl im Uhrzeigersinn (Pfeil B) wie auch
im Gegenuhrzeigersinn (Pfeil C) angetrieben werden.
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Auf der Welle 14 sitzt weiter eine Lagerbüchse 16, an der eine Steuerscheibe
17 befestigt ist. Diese Steuerscheibe 17, welche somit mit der Welle 11 mitläuft,
weist zwei sich gegenüberliegende Steuernocken 17a und 17b auf. Diese Steuernocken
l7a, 17b konmen -wie das
noch zu beschreiben sein wird- zur Einwirkung
auf eine Welle 18 einer Sperre 19. Diese Welle 18 ist in zwei parallel zueinander
verlaufenden Hebeln 20 und 21 gelagert und trägt eine Sperrolle 22, welche zwischen
den beiden Hebeln 20, 21 angeordnet ist. Am andern Ende sind die beiden Hebel 20,
21 über eine Hülse 23 miteinander verbunden und schwenkbar auf einer Welle 24 gelagert,
die in zwei Lagerplatten 25 und 26 gehalten ist. Zwischen den beiden Hebeln 20 und
21 ist eine die Hülse 23 umgebende Schenkelfeder 27 angeordnet, deren Enden 27a
bzw. 27b sich an Stiften 28 bzw. 29 abstützen, die am Hebel 20 bzw. an der Lagerplatte
26 befestigt sind (Fig. 4).
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Die Sperre 19 dient nun dazu, das Schaltrad 2 in jeder dessen Ruhestellungen
zu blockieren und allfällige Haltedrehmomente aufzunehmen. Hiefür steht die Sperrolle
22 in Eingriff mit einer der Rastausnehmungen 4, 5, 6 des Schaltrades 2. Die auf
die Hebel 20, 21 einwirkende Schenkelfeder 27 sorgt dafür, dass die Sperrolle 22
in die Rastausnehmungen 4, 5, 6 hineingedrückt wird.
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In Figur 1 ist das Schaltrad 2 in seiner mittleren Ruhestellung gezeigt,
in der sich der Trennschalter in seiner Offenstellung befindet. Die Mitnehmerrolle
11 nimmt, wie das ebenfalls aus Figur 1 hervorgeht, ebenfalls ihre Ruhelage ein.
Bei sich in dieser mittleren Ruhestellung befindlichem Schaltrad 2 liegt nun der
Ein- und Auslauf jedes Führungsschlitzes 7, 8 im Bereich der Bewegungsbahn 15 der
Mitnehmerrolle 11. Dabei sind die Führungsschlitze 7, 8 so gerichtet, dass sie tangential
zur Bewegungsbahn 15 verlaufen. Damit wird erreicht, dass die Mitnehmerrolle 11
tangential in die Führungsschlitze 7, 8 einlaufen kann, wodurch Stösse vermieden
werden.
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Wird nun die Welle 14 in Drehung versetzt, so bewegt sich die Mitnehmerrolle
11 aus ihrer Ruhelage gegen den Ein- und Auslauf 9 bzw. 10 eines der Führungsschlitze
7, 8. Es sei nun angenommen, dass die Mitnehmerrolle 11 in Richtung des Pfeiles
B in Bewegung gesetzt wird. Das Beschleunigen der Mitnehmerrolle 11 aus dem Stillstand
erfolgt ohne Belastung, so dass der Antriebsmotor im wesentlichen lastfrei anlaufen
kann. In Figur 2 ist der Zeitpunkt gezeigt, in welchem die Mitnehmerrolle 11 in
den Führungsschlitz 7 einzulaufen beginnt. Da sich wie bereits erwähnt die Steuerscheibe
17 mit der Welle 14 und somit auch der Mitnehmerrolle 11 mitdreht, kommt in diesem
Zeitpunkt der Steuernocken 17a zur Einwirkung auf die Welle 18, was zur Folge hat,
dass die Sperrolle 22 entgegen der Wirkung der Schenkelfeder 27 aus der Rastausnehmung
4 herausgehoben wird und somit das Schaltrad 2 für eine Schwenkbewegungfrei gibt
(Fig.2). Beim weiterdrehen der Mitnehmerrolle 11 bewegt sich diese -wie das von
Malteserkreuzgetrieben her bekannt ist- im Führungsschlitz 7 und nimmt das Schaltrad
2 mit. Das Schaltrad 2 und mit diesem auch die Antriebswelle 1 für den Trennschalter
werden auf diese Weise in die der Rastausnehmung 5 zugeordnete Endstellung bewegt,
in welcher sich der Führungsschlitz 7 an derjenigen Stelle befindet, an der sich
in der in Figur 1 gezeigten Mittelstellung der andere Führungsschlitz 8 befand.
Beim Erreichen dieser Endstellung kann die Sperrolle 22 in die Rastausnehmung 5
einrasten und das Schaltrad 2 in dieser Ruhestellung blockieren. Nun läuft die Mitnehmerrolle
11 aus dem Führungsschlitz 7 heraus und bewegt sich in ihre Ruhelage.
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Dabei erfolgt das Auslaufen der Mitnehmerrolle 11 ebenfalls tangential.
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In der nun erreichten ersten Endstellung befindet sich
der
Trennschalter in seiner Erdungsstellung.
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Wird nun die Mitnehmerrolle 11 im Cegenuhrzeigersinn, d.h. in Richtung
das Pfeiles C, bewegt, so wird das Schaltrad 2 wieder in die in Figur 1 gezeigte
mittlere Stellung zurückbewegt. Dabei erfolgt das Herausheben der Sperrolle 22 aus
der Rastausnehmung 5 durch den andern Steuernocken 17b.
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Um das Schaltrad'2 aus dieser mittleren Ruhestellung in die zweite
Endstellung zu bewegen, welche der Rastausausnehmung'6 zugeordnet ist, wird die
Mitnehmerrolle 11 ebenfalls in Richtung des Pfeiles C bewegt, wobei dann diese Mitnehmerrolle
11 in der Führung 8 zum Eingriff kommt. Im übrigen erfolgt nun das Drehen des Schaltrades
2 und der Welle 1 in die zweite Endstellung auf die bereits beschriebene Weise.
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In dieser zweiten Endstellung befindet sich der Trennschalter in seiner
Einschaltstellung.
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Die Funktionsweise der beschriebenen Antriebsvorrichtung entspricht
somit derjenigen eines herkömmlichen Malteserkreuzgetriebes. Von einem solchen unterscheidet
sich die beschriebene Antriebsvorrichtung jedoch dadurch, dass die Mitnehmerrolle
11 an demjenigen Ende der Führungsschlitze 7, 8, welches der Schwenkachse la des
Schaltrades 2 näher liegt, in diese 'Führungsschlitze 7, 8 einläuft und nicht am
äussern Ende dieser Führungsschlitze 7, 8. Das bringt u.a. den Vorteil mit sich,
dass das Mitnehmerorgan-ll über einen bedeutend längeren Bereich seiner Bewegungsbahn
15 in Eingriff mit einem Führungsschlitz 7, 8 steht als dies bei einem bekannten
Malteserkreuzgetriebe der Fall ist. Schliessen die beiden
Führungsschlitze
7 und 8 - wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt - einen Winkel von 60 Grad ein, so
befindet sich die Mitnehmerrolle 11 über einen Winkel von 240 Grad im Eingriff mit
dem Führungsschlitz 7 bzw. 8. Bei einem Malteserkreuzgetriebe herkömmlicher Art
würde ein Eingriff nun über einen Winkel von 60 Grad stattfinden.
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Die beschriebene Antriebsvorrichtung hat noch den weitern Vorteil,
dass bei sich etwa in der Mitte zwischen zwei Ruhestellungen befindlichem Schaltrad
2 der Abstand zwischen der Schwenkachse la des Schaltrades 2 und der Mitnehmerrolle
11 und somit auch das auf die>Antriebswelle 1 des Trennschalters 1 wirkende Drehmoment
grösser ist als bei herkömmlichen Malteserkreuzgetrieben mit gleichen Hebellängen.
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Dies ist deswegen höchst erwünscht, weil gerade in diesem Bereich
grosse Kräfte zum Betätigen des Trennschalters, d.h. insbesondere zum Einlegen dessen
Trennmesser, erforderlich sind.
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Die erfindungsgemässe Ausbildung der Antriebsvorrichtung hat noch
den weitern Vorteil, dass eine platzsparende Bauweise möglich ist. Der Abstands
(Figur 3) zwischen der Schwenkachse la des Schaltrades 2 und der Drehachse 14a der
Mitnehmerrolle 11 kann kleiner gehalten werden als der Radius a (Figur 1) des Schaltrades
2, was bedeutet, dass das Schaltrad 2 und die Welle 14 samt Arm 13 und Mitnehmerrolle
11 in Richtung der Schwenkachse la gesehen hintereinander angeordnet werden können
und nicht nebeneinander angeordnet werden müssen, wie das beim Malteserkreuzgetriebe
herkömmlicher Art zwingend erforderlich ist. Der erwähnte Abstand b zwischen den
Achsen la und 14a und der Radius c der Bewegungsbahn der Mitnehmerrolle II können
so gewählt werden, dass die Summe dieses Abstandes b und des Radius c kleiner ist
als der Radius a des Schaltrades 2. Welle 14,Arm 13 und
Mitnehmerrolle
11 befinden sich somit innerhalb des Umrisses des Schaltrades 2.
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Es versteht sich,.dass die Antriebsvorrichtung in verschiedenen Teilen
anders als wie dargestellt und beschrieben ausgebildet werden kann. Von den vielen
möglichen Varianten werden im folgenden nur einige wenige erwähnt.
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Die Führungsschlitze 7, 8 müssen nicht zwingend radial verlaufen.
Es ist auch möglich, diese Führungsschlitze so auszubilden, dass sie in einer Richtung
verlaufen, die die Schwenkachse la des Schaltrades 2 nicht schneidet, d.h. an dieser
Schwenkachse la vorbeiweist.
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Statt die Führungen wie gezeigt durch Ausnehmungen im Schaltrad 2
zu bilden, ist es auch möglich, am Schaltrad 2 Paare von abstehenden Führungsschienen
vorzusehen, die zwischen sich eine Führungsnut für die Mitnehmerrolle 11 bilden.
Werden nur zwei Ruhestellungen des Schaltrades 2 gefordert, so genügt das Vorsehen
einer einzigen Führung.
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Demgegenüber kann die Anzahl der Führungen auch erhöht werden, um
mehr als zwei Ruhestellungen zu erhalten.
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Für die Ausbildung der Sperre 19, welche das Schaltrad 2 in seinen
Ruhestellungen blockiert, stehen verschiedene Möglichkeiten offen. So kannn z.B.
anstelle der schwenkbar gelagerten Sperrolle 22 ein Sperrzahn vorgesehen werden,
der unter der Wirkung einer Feder in die Rastausnehmungen am Umfang des Schaltrades
2 hineingedrückt wird und der durch einen mit der Mitnehmerrolle 11 mitlaufenden
Steuernocken aus einer Rastausnehmung herausgehoben werden kann, sobald die Mitnehmerrolle
11 in eine Führung einzulaufen beginnt.
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