DE3880863T2 - Mechanischer energiespeicher ohne verriegelungskraft. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Speichern mechanischer Energie mit Hilfe von Federn und ist insbesondere zur Betätigung eines elektrischen Lastschalters bestimmt.
• Wie bekannt, wird die mechanische Betätigung von Lastschaltern beispielsweise durch eine Druckfeder bewirkt. Die zur Betätigung erforderliche Energie ist also in der gespannten Feder gespeichert. Die Feder wird durch eine mehr oder weniger komplexe Kopplungseinrichtung gespannt gehalten, die notwendigerweise ein Sperrorgan zum Blockieren eines Rades oder eines Nockens aufweist.
• In dieser Hinsicht soll auf das Dokument FR-A- 1.588.485 Bezug genommen werden. Dieses Dokument beschreibt eine Federeinrichtung, die durch Impuls betätigt wird, um elektrische Geräte, insbesondere Unterbrecher- und Trennschalter zu betätigen, wobei die Zeitdauer der Betätigung im Vergleich zur Impulsdauer lang ist. Die Einrichtung enthält eine Feder, die über ein Seil und einen Nocken die Auslösesteuerwelle in Drehung versetzt. Das Spannen der Feder erfolgt über eine Welle mit einer Rückdrehsperre, die insbesondere ein Sperrzahnrad aufweist; dieses Sperrzahnrad arbeitet mit einer Sperrklinke zusammen, die an ihrem Ende ein Koppelrad trägt und über eine kinematische Untersetzungskette die Steuerwelle in umgekehrter Richtung zur Auslösung antreibt. Der Impuls führt zur dauernden Verriegelung der Rückdrehsperre und ermöglicht den Vollzug der Auslösung.
• Das Koppelorgan und das Rad üben eine Kraft aufeinander aus, die überwunden werden muß, um das Rad freizugeben und damit die Entspannung der Feder zu ermöglichen. Diese Kraft ist um so größer, je größer die in der Feder gespeicherte Energie ist. Je größer die genannte Kraft ist, um so größer muß die Energie des Auslösemechanismus zur Überwindung der Kraft sein.
• Aus dem Dokument FR-A-2.319.188 ist ein Koppelmechanismus mit zwei Federn bekannt, welche sich aufgrund eines mit Kugeln bestückten Blockierorgans nacheinander entspannen können, wobei dieses Organ die Betätigung der zweiten Feder erst ermöglicht, wenn die erste Feder ganz entspannt ist.
• Hierzu weist der Mechanismus eine Stange auf, auf der ein Kugelkäfig gleitet. Die Kugeln können entweder in eine Nut der Stange eindringen (Fall des Koppelns von Käfig und Stange) oder sich radial verschieben, um in einen erweiterten Abschnitt einer feststehenden Hülse einzudringen (Fall des Entkoppelns von Käfig und Stange und des Koppelns von Käfig und Hülse). Bei der Entspannung der Federn wird also die Stange zunächst von einer einzigen Feder und dann, d.h. nach dem Entkoppeln von Käfig und Hülse, von beiden Federn angetrieben.
• Ein ähnliches Blockierorgan mit Kugeln ist durch das Dokument DE-A-29 43 104 bekannt geworden.
• Nun ist es wünschenswert, einen Mechanismus mit geringem Energiebedarf zu verwenden.
• Es wird ebenfalls gewünscht, die gespeicherte Energiemenge zu erhöhen (beispielsweise durch Verwenden mehrerer Federn und/oder stärkerer Federn), ohne die Kopplungskraft zu erhöhen.
• Dieses Ziel wird durch die in Anspruch 1 definierte Einrichtung erreicht, die die Speicherung mechanischer Energie bei sehr schwacher Koppelkraft ermöglicht.
• Eine solche Einrichtung besitzt den großen Vorteil, daß sie sehr einfach hergestellt werden kann.
• Die Vorteile der Erfindung gehen im übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor.
• Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Einrichtung gemäß der Erfindung im betriebsfertigen Zustand, wobei die Federn gespannt sind;
• Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der gleichen in Betrieb befindlichen Einrichtung; und
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III- III der Fig. 2.
• Fig. 1 zeigt eine erste Stange 10, die an ihrem ersten Ende mit einem Kragen 11 und an ihrem zweiten Ende mit einem Endansatz 12 versehen ist. Diese erste Stange 10 ist in Richtung einer Längsachse Δ gleitend im Inneren einer Bohrung 13 gelagert, die durch einen Deckel 15 gebohrt ist, der einen feststehenden Käfig 16 an dessen erstem Ende verschließt. Dieser Käfig besitzt im vorliegenden Falle quadratischen Querschnitt und seine Symmetrieachse ist die Achse Δ. Er endet an seinem zweiten Ende in einem erweiterten Abschnitt 28.
• Eine erste Feder 17, beispielsweise eine Schraubenfeder, ist um diese Stange 10 herum angeordnet und stützt sich einerseits am Kragen 11, andererseits am äußeren Abschnitt des Käfigs 16 ab.
• Das erste Ende dieser Stange 10 ist fest mit Kopplungsmitteln verbunden, die hier aus einer Stange 18 bestehen, beispielsweise der Betätigungsstange des Lastschalters, die mit einer Quernut 19 versehen ist, in die in der Einschaltstellung ein beispielsweise durch einen Elektromagneten 121 gesteuertes Kopplungsorgan 100 eingeführt ist, wobei der Elektromagnet die erste Stange 10 in unveränderlicher Position festzuhalten erlaubt, wenn die erste Feder 17 gespannt ist.
• Eine zweite Stange 20 ist an ihrem ersten Ende, das dem zweiten Ende der ersten Stange gegenübersteht, mit einem Kragen 21 versehen. Die zweite Stange 20 ist entlang der Achse Δ gleitend im Inneren einer Bohrung 22 gelagert, die durch ein festes Gestell 23 gebohrt ist.
• Eine zweite Feder 34, beispielsweise eine Schraubenfeder, ist um diese Stange 20 angeordnet und stützt sich einerseits am Kragen 21 und andererseits am Gestell 23 ab.
• Zwei Arme 24 und 24A, die an ihren ersten Enden 25, 26 und 25A, 26A mit Rollen, beispielsweise Kugellagern, versehen sind, deren Drehachsen 29 und 29A senkrecht zur Achse Δ verlaufen, sind an ihren zweiten Enden um zwei Achsen 27 und 27A beweglich gelagert, welche parallel zu den Achsen 29 und 29A verlaufen, die relativ zur Achse A symmetrisch angeordnet sind und mit dem äußeren Abschnitt des Kragens 21 fest verbunden sind. Da die freien Enden der ersten und der zweiten Stange 10 bzw. 20 einander gegenüberstehen, können die Rollen 25, 26 und 25A, 26A zwischen dem Endansatz 12 und zwei Bahnen 30 und 30A des Käfigs 16 rollen, die flach, parallel und symmetrisch zur Achse Δ ausgebildet sind. Die Bahnen bilden zwei Roll- oder Führungsoberflächen, die in dem ausgeweiteten Abschnitt 28 enden.
• Wie Fig. 1 zeigt, ist der Endansatz 12 mit mehreren, relativ zur Achse Δ symmetrisch verlaufenden, Laufflächen versehen, nämlich, der Reihenfolge nach zwei ersten ebenen Laufflächen 31 und 31A parallel zu den Rollbahnen 30 und 30A, zwei zur Achse Δ hin geneigten Laufflächen 33 und 33A und zwei zweiten ebenen Laufflächen 32 und 32A parallel zu den ersten Laufflächen.
• Wie Fig. 3 zeigt, bestehen die auf einer Achse 29 (29A) sitzenden Wälzkörper aus zwei ersten Rollen 25 (25A), die auf der Rollbahn 30 (30A) innerhalb des Käfigs 16 laufen, und aus einer dazwischenliegenden zweiten Rolle 26 (26A) kleineren Durchmessers, die auf der äußeren Oberfläche des Endansatzes 12 rollt, d.h., auf den Laufflächen 31, 33 und 32 (31A, 33A und 32A).
• Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in der Einschaltstellung die Feder 17 derart zusammengepreßt, daß sich das Kopplungsorgan 100 in der Nut 19 befindet.
• In dieser Stellung blockiert sich die zweite Feder 34 selbst. Die ersten Rollen 25 und 25A liegen nämlich im Inneren des ausgeweiteten Abschnittes 28 des Käfigs 16, während die zweiten Rollen 26 und 26A auf den ebenen ersten Laufflächen 31 und 31A liegen, was eine Bewegung der Rollen in der in Fig. 2 dargestellten Richtung 40 verhindert.
• Beim Betrieb der Anlage werden die Federn 17 und 34 entspannt, wie die Figuren 2 und 3 zeigen. Die vier ersten Rollen 25 (25A) liegen dann auf der Rollbahn 30 (30A), während die zweiten Rollen 26 (26A) auf der geneigten Lauffläche 33 (33A) liegen.
• Beim Auslösen der Anlage, d.h., beim Übergang von der einen Stellung in die andere, wird die Spule 121 mit Strom versorgt und das Kopplungsorgan 100 dementsprechend herausgezogen.
• Die erste Feder 17 beginnt sich zu entspannen und treibt dabei die Stange 10 in Richtung des Pfeils 40. Ohne irgendwie durch die zweite Feder 34 geschoben zu werden, laufen die Rollen 25, 25A, 26, 26A aus ihrer in Fig. 1 dargestellten ersten Stellung in die in Fig. 2 dargestellte zweite Stellung. Die zweiten Rollen 26 und 26A, von denen dann ein Abschnitt der äußeren Oberfläche auf den geneigten Laufflächen 33 und 33A liegt, bewirken die Übertragung des Schubs der zweiten Feder 34 auf die erste Stange 10.
• Die auf die Laufflächen des Endansatzes 12 ausgeübten Schubkräfte der beiden Rollen 26 und 26A bremsen die Anfangsbewegung der Stange 10 nur geringfügig ab, weil eine Verschiebung der ersten Rollen 25 und 25A auf den Rollbahnen 30 und 30A stattfindet.
• Die Einrichtung gemäß der Erfindung besitzt den großen Vorteil, daß sie die Speicherung einer zusätzlichen Menge an mechanischer Energie aufgrund der zweiten Feder 34 ermöglicht, ohne daß diese Feder auf das Koppeln einwirkt. In der Einschaltstellung wirkt nämlich nur die erste Feder 17 auf die Kopplung, während die zweite Feder 34 aufgrund des Rollensystems blockiert ist.
• Die Erfindung ermöglicht daher die Vereinfachung der mechanischen Betätigungen einer solchen Einrichtung. Da der von der ersten Feder ausgeübte Schub schwach ist, wird das Koppeln vereinfacht und kann direkt erfolgen, was Untersetzungsstufen für die gespeicherte Energie vermeidet. Weiter kann diese Energie sehr groß sein.
• Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann zur Durchführung von Einschalt- und Ausschaltfunktionen von mechanischen Betätigungselementen verwendet werden.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Speicherung mechanischer Energie mit schwacher Koppelkraft zur Betätigung eines Lastschalters, der mit einer Betätigungsstange (18), die entlang einer Längsachse (Δ) gleitet und mit einer Quernut (19) versehen ist, in die in der Einschaltstellung ein Koppelorgan (100) eingeführt ist, das von einem Elektromagneten (121) gesteuert wird, wobei die Betätigungsstange in Richtung der Längsachse (Δ) durch eine erste Stange (10) verlängert wird, die der axialen Wirkung einer ersten Feder (17) unterliegt, deren Achse mit der Längsachse (Δ) übereinstimmt, wobei die Stange durch Kopplungs- und Blockiermittel mit dem freien Ende einer zweiten Stange (20) verbunden ist, die der axialen Wirkung einer zweiten Feder (34) unterliegt, wobei die Kopplungs- und Blockiermittel mindestens einen Arm (24, 24A), der an einem ersten Ende mit einer Rolleinrichtung, bestehend aus mindestens einer Rolle (25, 25A, 26, 26A) mit senkrecht zur Längsachse (Δ) verlaufender Drehachse, und an einem zweiten Ende um eine Achse (27, 27A) beweglich gelagert ist, die parallel zur Drehachse jeder Rolle (25, 25A, 26, 26A) verläuft und fest mit dem freien Ende der zweiten Stange (20) verbunden ist, und einen feststehenden Käfig (16) aufweisen, der mit mindestens einer Rollbahn (30, 30A) parallel zur Richtung der Längsachse (Δ) und zu den Achsen (29, 29A) jeder Rolle versehen ist und der an seinem der zweiten Stange (20) gegenüberstehenden Abschnitt in mindestens einem erweiterten Abschnitt (28) endet, wobei das zweite Ende der ersten Stange (10) einen Endansatz (12) mit mindestens einem ersten flachen Abschnitt (31, 31A) parallel zur Rolloberfläche (30, 30A) und mit einem verjüngten freien freies Ende aufweist, derart, daß in der geladenen Stellung des Kopplungsorgans (100) jede Rolle zwischen dieser ebenen Lauffläche (31, 31A) und dem erweiterten Abschnitt (28) des Käfigs (16) liegt, so daß die zweite Feder (34) blockiert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endansatz (12) der ersten Stange (10) eine zweite ebene Lauffläche (32, 32A) parallel zur ersten ebenen Lauffläche (31, 31A) aufweist und von der ersten ebenen Lauffläche durch eine in Richtung zur Längsachse (Δ) geneigte Lauffläche (33, 33A) getrennt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolleinrichtung aus mindestens einer ersten Rolle (25, 25A), die auf einer Rollbahn (30, 30A) läuft, und einer zweiten Rolle (26, 26A) besteht, die auf den Laufflächen des Endansatzes (12) der ersten Stangen (10) rollen kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Rollen (25, 25A) zweimal vorhanden sind und die zweite Rolle (26, 26A) einrahmen, die kleineren Durchmessers ist.

5. Einrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungs- und Blockiermittel zwei Arme (24, 24A) aufweisen, die am freien Ende der zweiten Stange (20) auf Drehachsen schwenkbar gelagert sind, die symmetrisch zur Längsachse (Δ) verlaufen, und daß der Käfig (16) und der Endansatz (12) je zur Längsachse (Δ) symmetrische Körper sind.

6. Einrichtung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (16) an seinem der ersten Stange (10) gegenüberliegenden Ende, durch einen Deckel verschlossen ist, der von einer in der Längsachse (Δ) liegenden Bohrung (13) durchdrungen ist, in welcher der erste Stab (10) gleiten kann.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (17) eine Schraubenfeder ist, die die erste Stange (10) umgibt und zwischen einem ersten Kragen (11), der von der ersten Stange (10) getragen und senkrecht dazu verläuft, und dem Deckel des Käfigs (16) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (34) eine Schraubenfeder ist, die die zweite Stange (20) umgibt und zwischen einem Kragen (21) am freien Ende der Stange und einem festen Gestell (23) angeordnet ist, wobei dieses Gestell mit einer Bohrung (22) versehen ist, in der diese zweite Stange gleitet.