DE3623247A1 - Spannvorrichtung fuer die antriebsfeder eines energiespeichers fuer elektrische schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für die Antriebsfeder eines Energiespeichers für elektrische Schalter nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Spannvorrichtungen der angegebenen Art sind in verschie­ denen Ausführungen bekannt. Sie nutzen gegenüber anderen Untersetzungsgetrieben mit formschlüssigen Übertragungs­ elementen, wie Zahnrad- und Schneckengetrieben den hohen Wirkungsgrad und die kleinen Abmessungen von Freiläufen aus. Gegenüber mit Klinken arbeitenden Gesperren haben sie den Vorteil, unabhängig von Zahnteilung ruckfrei zu arbeiten und somit Stoßbelastungen von den Übertragungsgliedern fern­ zuhalten.

Eine Spannvorrichtung der angegebenen Art ist aus der DE-OS 14 90 720 bekannt, bei der die Bewegungsübertragung zwischen den parallelen Wellen über Exzenter und an diese unter Federdruck anliegende Mitnehmerhebel erfolgt. Der Antriebsmotor ist dabei mittels Keilriementrieb mit der die Exzenter tragenden Welle verbunden.

Die bekannte Spannvorrichtung ist auch in der Figur der DE-OS 16 65 936 als eine mit 2 Freiläufen und zuge­ hörigen Exzentern ausgerüstete Anordnung für einen Schalterantrieb mit Federtrommel zu erkennen.

In der DE-OS 31 31 903 ist eine elektromotorische An­ triebsvorrichtung beschrieben, bei der ebenfalls die bekannten Übertragungselemente zur Anwendung kommen.

Die bekannten Antriebsvorrichtungen haben gemeinsam, daß die Achse des Motors und gegebenenfalls auch die einer vorzugsweise für Notbetrieb aufsteckbaren Hand­ kurbel parallel zur Achse der Welle liegt, an der die Antriebsfeder des Schalters wirkt. Für Schaltgeräte, die in kleinvolumige gekapselte Schaltanlagen als sogenannte Frontschalter eingebaut sind, wird jedoch verlangt, daß alle zur Bedienung erforderlichen Handlungen an der den Schalterpolen gegenüberliegenden Seite des Energiespeicher­ gehäuses vorgenommen werden können, und daß letzteres mög­ lichst kleine Abmessungen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spann­ vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Abmessungen minimiert sind und die bei geringstem Aufwand von der den Schalterpolen gegenüberliegenden Seite des Energiespeichergehäuses bedienbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

• d) die Mittellinie der Spannwelle kreuzt oder schneidet die der Antriebswelle und
• c) die Übertragungsglieder bilden ein räumliches Kurven- oder Gelenkgetriebe.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht die Schaffung besonders kompakter, kleinvolumiger Energie­ speicher für Niederspannungs- und Mittelspannungsschalter. Dabei kann es sich sowohl um Energiespeicher für Sprung­ als auch in Verbindung mit einem Einschaltschloß um solche für Speicherantriebe handeln. Die Merkmale der Erfindung gestatten, den Motor für die Spannvorrichtung nun so anzuord­ nen, daß er im Gehäuse des Energiespeichers in der Breite nur noch einen, seinem Durchmesser entsprechenden Platz benötigt, während die meist bedeutend größere Länge in Tiefenrichtung untergebracht wird, ohne daß diese deswegen vergrößert werden muß. Auf diese Weise ist auch ein leichterer Ein- und Ausbau bei einem Motorschaden möglich.Weiterhin kann ohne die Ver­ wendung eines zusätzlichen Umlenkgetriebes die Kurbel für den Hand(not)betrieb an der Frontseite des Gehäuses auf die Spann­ welle gesteckt werden.

Die Erfindung läßt sich vorteilhaft bei allen Schalt­ geräten für schmalbauende metallgekapselte Schaltanlagen anwenden, insbesondere bei Anlagen mit Druckgasisolation, bei denen in einem Gehäuse meistens neben dem Energie­ speicher für den Leistungsschalter auch noch die Antriebe für die Dreistellungsschalter und deren Verriegelungen untergebracht sind. Bisher hat man dafür Spannvorrichtungen mit Schneckengetrieben oder beispielsweise aus Kegelrädern bestehenden Umlenkgetrieben eingesetzt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung werden im folgenden an Hand einiger Zeichnungen näher beschrieben:

Fig. 1 Frontansicht der Spannvorrichtung bei gekreuzten Wellen in der gespannten Stellung der Antriebsfeder.

Fig. 2 Schnitt A-B zu Fig. 1.

Fig. 3 Frontansicht des Freilaufgetriebes bei gekreuzten Wellen mit 2 wirksamen Freiläufen.

Fig. 4 Seitenansicht zu Fig. 3.

Fig. 5 Frontansicht des Freilaufgetriebes bei gekreuzten Wellen mit vergleichsweise kleinem Achsabstand a.

Fig. 6 Seitenansicht zu Fig. 5.

Fig. 7 Frontansicht des Freilaufgetriebes bei sich schneidenden Wellen mit sphär.Gelenk.

Fig. 8 Seitenansicht zu Fig. 7.

Fig. 9 Frontansicht der Freilaufgetriebe bei sich schneidenden Wellen unter Verwendung einer Gelenkverbindung.

Fig. 10 Seitenansicht zu Fig. 9.

In Fig. 1 ist die Antriebsfeder 1 in ihrer gespannten Stellung, ihre Anlenkung an der Kurbel 2, die umlaufende Antriebswelle 3 und die eigentliche Spannvorrichtung dargestellt, während der Abtrieb zu den Schalterpolen als nicht wesentlich für das Verständnis der vorliegenden Er­ findung nicht gezeichnet ist. Diese Bauteile würden sich an der nach links hin verlängerten Antriebswelle 3 an­ schließen.

In Fig. 2 ist der Motor 4 zu erkennen, der beispielsweise über ein Zahnradvorgelege 19 die Spannwelle 5 im Uhrzeiger­ sinn (Fig. 1) in Rotation versetzt. Zum Spannen der Antriebs­ feder 1 wird diese Drehbewegung vom Kurvenzylinder 6 mit Außenkurvenflanke über den auf den Freilauf 7 schrittweise im Uhrzeigersinn Drehvorschübe vermittelnden Mitnehmer­ hebel 8 auf die die Spannwelle 5 unter 90° kreuzende An­ triebswelle 3 übertragen. Die am Mitnehmerhebel 8 dreh­ bar angebrachte Rolle 11 rollt dabei auf der Kurvenbahn 12 des Kurvenzylinders 6 ab. Dabei entspricht ein Spannschritt dem Höhenunterschied h am Kurvenzylinder 6. Die zwischen dem Gehäuse 10 und dem am Mitnehmerhebel 8 befestigten Bolzen 15 eingesetzte Feder 13 bewirkt dabei, daß der Mitnehmerhebel 8 mit dem Kurvenzylinder 6 auch während des Rücklaufs in Eingriff bleibt.

Um mit möglichst kleiner Leistung des Antriebsmotors auskommen zu können, ist die Kurvenbahn 12 so ausgelegt, daß in einem relativ flachen Anstieg der Spannschritt h über einen fast eine volle Umdrehung betragenden Dreh­ winkel der Spannwelle 5 erreicht wird, während eine ver­ gleichsweise steile Ablaufflanke 17 für den Rücklauf des Mitnehmerhebels 8 vorgesehen ist. In der Rücklaufphase verhindert ein zweiter Freilauf 9, dessen Außenring mit einem Hebel 18 am Gehäuse 10 festgemacht ist, oder ein anderes Gesperre eine Rückdrehung der Antriebswelle 3. Der Achsabstand a ist bei dieser Ausführung in etwa gleich dem wirksamen Hebelarm des Mitnehmerhebels 8.

In Fig. 2 ist außerdem noch die bei Ausfall der Be­ tätigungsspannung zum Spannen der Antriebsfeder 1 benötigte Handkurbel 16 angegeben.

Die folgenden Figuren beschränken sich auf die Darstellung weiterer Ausführungen des eigentlichen Getriebes für die Freiläufe.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindungsidee ist aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen. Die Spannbewegung wird dabei von der Spannwelle 5 mittels eines Kurvenzylin­ ders 21, dessen Kurvenbahn 22 beispielsweise als schräg zur Zylinderachse geneigte ebene Schnittfläche ausge­ bildet ist, auf zwei an diametral gegenüberliegenden Seiten mittels balligen Rollen 11 anliegenden Mitnehmerhebel 23, 24 übertragen und von diesen über die Freiläufe 25, 26 schritt­ weise im Uhrzeigersinn auf die Antriebswelle 3 abgeleitet. In der gezeigten Stellung hat in Fig. 3 der linke Mitnehmer­ hebel 24 die höchste Stellung auf der Kurvenbahn 22 erreicht und somit einen Spannschritt beendet, während der rechte Mit­ nehmerhebel 23 gleichzeitig in der tiefsten Stellung nach Zu­ rücklegung seines Rücklaufs (Leerhub) angekommen ist. Im Wei­ terdrehen der Spannwelle 5 wird der Mitnehmerhebel 23 nun über den Freilauf 25 den nächsten Spannschritt durch Hochlaufen auf der Bahn 22 durchführen, während eine Feder 27 gleichzeitig den Rücklauf des Mitnehmerhebels 24 bei ausgekuppeltem Frei­ lauf 26 besorgt. Die Höhendifferenz h der Bahn 22 entspricht einem Spannschritt. Die Wirkungsweise der Spannvorrichtung gleicht sonst der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen, wobei jedoch bei einer Umdrehung der Spannwelle 5 zwei Spannschritte übertragen werden und ähnlich der bekannten Antriebsvorrich­ tung nach DE-OS 14 90 720 keine zusätzlichen Vorkehrungen zur Verhinderung der Rückdrehung der Antriebswelle 3 vor­ gesehen sind.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine besonders einfache Übertragungseinrichtung für die Spannbewegung mit fol­ genden abweichenden Merkmalen:

Die auf der Spannwelle 5 befestigte ebene, exzentrische Kurvenscheibe 31 wirkt mit der auf dem Mitnehmerhebel 32 des Freilaufs 36 angeordneten Rolle 34 zusammen, deren Achse 33 senkrecht zur Antriebswelle 3 liegt. Die Rolle 34 hat eine ballige Kontur, um in jeder Lage während eines Umlaufs unter der Wirkung der Feder 35 eine definierte, gleichartige Berührungsfläche mit der Kurvenscheibe 31 zu erzeugen. Der Mitnehmerhebel 32 nimmt in seiner Mittel­ lage eine in etwa zur Mittellinie der Spannwelle 5 pa­ rallele Lage ein, wobei der Achsabstand a zwischen den ge­ kreuzten Wellen 3 und 5 vergleichsweise klein ist. Die eben beschriebene Konstruktion läßt sich bevorzugt bei jenen Schaltern einsetzen, bei denen die Gehäuse von Energiespeichern sowohl in der Breite, als auch in der Höhe besonders klein sein müssen.

Eine weitere Verbesserung in Richtung geringer Bauhöhe des Gehäuses von Energiespeichern wird durch eine Ausführung mit sich schneidenden Wellen 3 und 5 ermöglicht. Ein kon­ struktives Beispiel ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Der die Spannwelle 5 abschließende exzentrische schei­ benförmige Körper 41 wird mit seiner balligen, vorzugs­ weise kugelförmigen Bahn 42 von einer am Mitnehmerhebel 43 achsparallel zur Antriebswelle 3 angesetzten Kulisse 44 so geführt, daß bei einer halben Umdrehung der Spannwelle 5 der Körper 41 aus der gezeichneten oberen Totlage in die untere gelangt und dabei in der Kulisse 44 eine oszillierende Relativbewegung ausführt. (Siehe Pfeil in Fig. 7).

Bei Erreichung der unteren Totlage ist der Rücklauf des Mitnehmerhebels 43 beendet, bei einer weiteren halben Um­ drehung wird nun ein Spannschritt durchgeführt.

In den Fig. 9 und 10 ist eine weitere vorteilhafte Ausführung bei kleinstem Raumbedarf unter Verwendung eines Gelenkgetriebes angegeben.

Der exzentrisch an der Spannwelle 5 angebrachte Kur­ belzapfen 52 wird in der Nut 56 des Gelenkstückes 51 geführt, wobei letzteres schwenkbar im den Mitnehmer­ hebel 54 abschließenden Gabelstück 53 gelagert ist. In der gezeichneten Stellung befindet sich der Kurbel­ zapfen 52 in der oberen Totlage, und hat somit über den Freilauf 55 einen Spannschritt vollendet. Die nächste halbe Umdrehung der Spannwelle 5 bewirkt den Rücklauf des Mitnehmer­ hebels 54; bei dieser Bewegung führt der Kurbelzapfen 52 in der Nut 56 eine oszillierende Relativbewegung in Rich­ tung des Pfeiles in Fig. 9 aus, während das Gelenkstück 51 gleichzeitig in dem Gabelstück 53 um den Winkel 2 α ver­ schwenkt wird. Die Nutlänge muß mindestens dem zweifachen Wert der Exzentrizität r betragen.

• Begriffe  1 Antriebsfeder
   2 Kurbel
   3 Antriebswelle
   4 Motor
   5 Spannwelle
   6 Kurvenzylinder
   7 Freilauf
   8 Mitnehmerhebel
   9 Freilauf
  10 Gehäuse
  11 Rolle (am Mitnehmer)
  12 Kurvenbahn
  13 Feder
  15 Bolzen
  16 Handkurbel
  17 Ablaufflanke
  18 Hebel
  19 Zahnradvorgelege
  21 Kurvenzylinder
  22 Kurvenbahn
  23, 24 Mitnehmerhebel
  25, 26 Freilauf
  27 Feder
  31 Kurvenscheibe
  32 Mitnehmerhebel
  33 Achse
  34 Rolle
  35 Feder
  36 Freilauf
  41 scheibenf. Körper
  42 kugelf. Bahn
  43 Mitnehmerhebel
  44 Kulisse
  45 Freilauf
  51 Gelenkstück
  52 Kurbelzapfen
  53 Gabelstück
  54 Mitnehmerhebel
  55 Freilauf
  56 Nut

Claims (15)

1. Spannvorrichtung für die an der umlaufenden Kurbel (2) einer Antriebswelle (3) angelenkten Antriebsfeder (1) eines Energiespeichers für elektrische Schalter mit

• a) einer durch einen Motor (4) und/oder eine Hand­ kurbel (16) in Rotation versetzten Spannwelle (5),
• b) einem oder mehreren auf der Antriebswelle (3) befestigten schrittweise betätigbaren Freiläufen und
• c) Übertragungsgliedern, die der Antriebswelle (3) bei einer Umdrehung der Spannwelle (5) über jeden der Freiläufe (7, 25, 26, 36, 45, 55) mindestens einen schrittweisen Drehvorschub vermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß
• d) die Mittellinie der Spannwelle (5) die der Antriebswelle (3) kreuzt oder schneidet und
• e) die Übertragunsglieder ein räumliches Kurven­ oder Gelenkgetriebe bilden.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das räumliche Kurvengetriebe aus einem auf der Spannwelle (5) befestigten Kurvenkörper mit minde­ stens einer geschlossenen Kurvenbahn und aus einem oder mehreren jeweils einen Freilauf (7, 25, 26, 36) treibenden und mit einer Kurvenbahn zusammenwirkenden Mitnehmerhebel(n) (8, 23, 24, 32) besteht.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als räumliches Gelenkgetriebe ein dreigliedriger Mechanismus eingesetzt ist, wobei je ein Gelenk auf den Mittellinien der beiden sich kreuzenden oder schnei­ denden Wellen (3, 5) und das dritte Gelenk im Schnitt­ punkt der Mittellinien der zu den Wellen (3, 5) ge­ hörenden wirksamen Kurbelradien liegt.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Spannwelle (5) durch einen Kurvenzylinder (6, 21) mit Außenkurvenflanke abgeschlossen ist, dessen Kurven­ bahn (12, 22) mit zur Antriebswelle (3) achsparallen Rollen (11, 34) oder Zapfen des/der Mitnehmerhebel (8, 23, 24) zusammenwirkt.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4 gekennzeichnet durch einen Kurvenzylinder (6) mit mehreren, vorzugsweise 3 kon­ zentrischen, jeweils mit einem Mitnehmerhebel (8) zu­ sammenarbeitenden Kurvenbahnen (12), deren Flanken ge­ geneinander um den gleichen Winkel versetzt sind.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn (12) aus zwei oder mehreren gleich­ mäßig auf den Zylinderumfang verteilten formgleichen Kurvenabschnitten besteht, die bei einer Umdrehung einem Mitnehmerhebel (8) eine der Anzahl der Kurven­ abschnitte entsprechende Zahl von Drehvorschüben ver­ mitteln.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn (22) je einen um etwa 180° auseinanderliegenden Höchst- und Tiefstpunkt aufweist und mit 2 Mitnehmerhebeln (23, 24) so zusammenarbeitet, daß während eines Spannschrittes des einen Mitnehmer­ hebels (23 oder 24) der Rücklauf des anderen Mitnehmers (24 oder 23) erfolgt und umgekehrt.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand der sich kreuzenden Wellen (3, 5) annähernd gleich dem wirksamen Hebelarm des/der Mit­ nehmerhebel (8, 23, 24) ist und die in achsialer Rich­ tung des Kurvenzylinders (6, 21) gemessene Höhen­ differenz (h) der Kurvenbahn (12, 22) den schrittweisen Vorschub des/der Mitnehmerhebel (8, 23, 24) bestimmt.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Spannwelle (5) umlaufende ebene, vorzugsweise exzentrische Kurvenscheibe (31) mit einer senkrecht zur Mittel­ linie der Antriebswelle (3) auf dem Mitnehmerhebel (32) angebrachten Rolle (34) mit vorzugsweise balliger Lauf­ fläche zusammenwirkt.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die über deutlich mehr als 180° Drehwinkel flach ansteigende Kurvenbahn (12) mit einer steilen Ablaufflanke (17) abgeschlossen wird.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spannwelle (5) ein scheibenförmiger Kör­ per (41) mit kugelförmiger Bahn (42) exzentrisch an­ geordnet ist, der in einer den Mitnehmerhebel (43) stirnseitig abschließenden, parallel zur Anriebs­ welle (3) liegenden Kulisse (44) geführt ist.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 3 d a durch gekennzeichnet, daß ein exzentrischer Kurbelzapfen (52) der Spann­ welle (5) in einer parallel zur Antriebswelle (3) liegenden Nut (56) des schwenkbar am Mitnehmerhebel (54) angebrachten Gelenkstückes (51) geführt ist.

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens jeweils ein das räumliche Kurven­ oder Gelenkgetriebe bildende Übertragungsglied mit einem Wälzlager versehen ist.

14. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der sich schneidenden oder sich kreuzenden Wellen (3, 5) zueinander eine senkrechte Lage einnehmen.

15. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der die Spannbewegung erzeugende Motor (4) achsparallel zur Spannwelle (5) dem Kurven- oder Gelenkgetriebe unmittelbar benachbart angeordnet und mit dieser über ein Räder- oder Zugmittelvorgelege (19) verbunden ist und daß das dem Kurven- oder Ge­ lenkgetriebe gegenüber liegende Ende der Spannwelle (5) der Angriffspunkt einer Handkurbel (16) ist.