DE4142548C2 - Antrieb für einen Trennschalter, insbesondere für einen Fahrleitungsschalter - Google Patents

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Antrieb für einen Trennschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiger Antrieb wird im Eisenbahnbetrieb bevorzugt zur Betätigung eines Fahrleitungsschalters eingesetzt. Fahr­ leitungsschalter werden für Anspeisungen und zum Trennen der - beispielsweise bei den österreichischen Bundesbahnen auf einer Spannung von 15 kV befindlichen - Fahrleitungsdrähte bestimmter Streckenabschnitte verwendet. Die Betätigung des Antriebs erfolgt hierbei entweder mit einem automatisch von einem Stellwerk aus angesteuerten Elektromotor oder bei kleineren Bahnhöfen manuell mit einer auf eine Antriebswelle des Antriebs aufgesetzten Handkurbel. Der bisher eingesetzte Antrieb enthält zahlreiche schwere Gußteile und ist relativ störanfällig. Bei Wartungsarbeiten muß ein die Kraft vom Antrieb auf den Fahrleitungsschalter übertragendes Schalt­ gestänge demontiert werden, da sonst kein ausreichender Personenschutz bei den Wartungsarbeiten gewährleistet ist. Zudem wird bei diesem Antrieb bei Wartungsarbeiten auch keine Meldung - etwa an ein Stellwerk - abgegeben.

Ein Trennschalterantrieb der eingangs genannten Art ist aus DE 36 08 481 A1 bekannt. Dieser Antrieb enthält eine in Kugellagern 15, 16 drehbar fixierte, von einem Motor oder von Hand antreibbare und über ein Schneckengetriebe auf den Schalter wirkende Spindel 14. Auf der Spindel 14 und im Innenring des Kugellagers 15 ist eine Führungshülse 31 gleitend geführt. Die Innenfläche der Hülse 31 ist mit einem die Spindel 14 durchgreifenden Quersteg 41 verbunden. Auf der Außenfläche der Führungshülse 31 ist ein Zahnrad 37 befestigt. Dieses Zahnrad ist Teil eines Stirnradgetriebes und wird von einem motorgetriebenen Zahnrad 38 gekämmt. Die Kraft des Motors wird so über das Stirnradgetriebe, die Führungshülse 31 und den Quersteg 41 auf die Spindel 14 übertragen. Bei der Umstellung von Motor- auf Handbetrieb werden der Quersteg 41 und damit die Führungshülse 31 und das Zahnrad 37 durch eine in ein stirnseitiges Sackloch 19 der Spindel 14 eingeführte Handkurbel 43 gegen die Kraft einer Druckfeder 30 in Richtung der Achse der Spindel 14 verschoben. Dadurch gelangt das Zahnrad 37 außer Eingriff mit dem Zahnrad 38 und kann nun die Spindel 14 statt vom Motor von Hand gedreht werden.

Dieser Antrieb ist relativ aufwendig, da er zwei Getriebe benötigt, von denen eines als Stirnradgetriebe und eines als Schneckengetriebe ausgebildet ist. Zudem muß die gleitfähige Führungshülse 31 besonders stabil ausgebildet sein, da sie die vom Stirnradgetriebe übertragenen und vom Kugellager 15 aufgenommenen Kräfte aufnehmen muß.

In DE 27 06 352 C3 und US 4,107,486 sind weitere Antriebe für Schaltgeräte beschrieben, welche sowohl mit einem Motor oder aber auch von Hand betätigt werden können. Diese Antriebe weisen entweder eine Antriebsspindel und eine Wandermutter oder eine Kette und ein Kegelradgetriebe auf und können bei Umstellung auf Handbetrieb vom Motor abgekoppelt werden. Zur Begrenzung der Bewegung der angetriebenen Teile weisen diese Antriebe als Mikroschalter ausgeführte Endschalter auf.

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, einen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einfach und robust ausgebildet ist und welcher sich zugleich bei niedrigen Gestehungskosten und geringem Wartungsaufwand zusätzlich dadurch auszeichnet, daß er besonders hohe sicherheitstechnische Anforderungen erfüllt.

Das Antrieb nach der Erfindung ist aus serienmäßig erhältlichen, technisch erprobten Hauptkomponenten aufgebaut. Daher kann der Antrieb besonders kostengünstig hergestellt werden. Durch geeignete Auswahl und Anordnung der Hauptkomponenten läßt sich der Antrieb nach der Erfindung in kostengünstiger Weise nicht nur besonders kompakt und robust ausbilden, sondern auch nahezu wartungsfrei betreiben. Unter normalen Betriebsbedingungen sind Inspektionen erst nach fünf oder mehr Jahren bzw. nach mehr als 10 000 Schalthandlungen erforderlich. Zugleich erfüllt der erfindungsgemäße Antrieb ohne wesentlichen Mehraufwand die an ihn gestellten sicherheitstechnischen Anforderungen bei weitem und kann - falls erforderlich - ohne großen Montageaufwand gewartet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Frontansicht einer vereinfacht dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs nach dem Öffnen einer das Gehäuse des Antriebs verschließenden Tür,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den Antrieb gemäß Fig. 1 nach dem Schließen der Tür, und

Fig. 3 ein Schaltbild von Stromversorgungs- und Meldekreisen des Antriebs gemäß den Fig. 1 und 2.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Antrieb weist zwei vertikal an der Rückwand eines vorzugsweise aus Aluminium bestehenden kastenförmigen Gehäuses 1 abgestützte metallene Tragschienen 2, 3 auf, an denen eine metallene Grundplatte 4 angeschraubt ist. Die Grundplatte 4 trägt ein Schneckengetriebe 5, dessen nicht dargestellte Schnecke von einem wechselstrombetriebenen Motor 6 je nach Anforderung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn angetrieben werden kann. Ein aus Fig. 2 ersichtliches, von der Schnecke bewegtes Zahnrad 7 des Schneckengetriebes 5 treibt eine ebenfalls aus Fig. 2 ersichtliche Hohlwelle 8 des Schneckengetriebes 5 an. Die Hohlwelle 8 dient der konzentrischen Lagerung einer Antriebswelle 9. Gemäß Fig. 2 ist diese Antriebswelle 9 durch die Rückseite des Gehäuses 1 geführt und trägt an ihrem ausgeführten Ende einen Hebelarm 10. Dieser Hebelarm 10 wirkt über ein nicht dargestelltes vertikales Gestänge auf einen ebenfalls nicht dargestellten Trennschalter, insbesondere einen Fahrleitungsschalter. Das vom ausgeführten Ende abgewandte andere Ende der Antriebswelle 9 trägt einen Schwerspannstift 11 und ist nach Öffnen einer Verschlußklappe 12, welche in einer Tür 13 des Gehäuses 1 angeordnet ist, bei verschlossener Tür 13 von der Frontseite des Antriebs her zugänglich. Hierbei kann bei Handbetrieb eine Handkurbel 40 mit einer hohlen hinterschnittenen Nabe 41 durch die verschließbare Öffnung des Gehäuses 1 geführt und auf ein den Schwerspannstift 11 als Befestigungselement tragendes Ende der Antriebswelle 9 gesteckt werden. Die Hinterschneidung der Nabe 41 weist einen azimutal um die Drehachse der Kurbel erstreckten Abschnitt 42 auf, welcher der Führung des Schwerspannstiftes 11 bei der Verrastung der aufgesteckten Kurbel 40 dient. Zwei Langlöcher 43 ermöglichen dem Schwerspannstift 11 das Eintreten in die Hinterschneidung.

In der Hohlwelle 8 ist eine die Antriebs- 9 und die Hohlwelle 8 voneinander trennende oder kraftschlüssig miteinander verbindende Kupplung 14 angeordnet. Diese Kupplung 14 ist bei Umstellung von Motor- auf Handantrieb unter Aufhebung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Antriebs- 9 und Hohlwelle 8 gegen eine Stellkraft ausrückbar. Zu diesem Zweck weist sie ein in der Hohlwelle 8 gegen Federkraft verschiebliches Formschlußteil 15 auf. Die Federkraft wird hierbei von Druckfedern 16 erzeugt, die mit ihren einen Enden in Bolzen 17 geführt und auf einer von der Hohlwelle 8 gehaltenen Scheibe 18 abgestützt sind und die mit ihren anderen Enden in Bohrungen des Formschlußteils 15 geführt und gestützt sind. Das Formschlußteil 15 ist mittels Bolzen 19, die in einer auf der Antriebswelle 9 befestigten Blockierscheibe 20 aus der Kupplung 14 herausgeführt sind, von außen verschiebbar.

Das Formschlußteil 15 weist eine Außenzahnung 21 auf, welche bei Motorantrieb mit einer auf der Innenseite der Hohlwelle 8 angebrachten Innenzahnung 22 zusammenwirkt. Vorzugsweise weisen Innen- und/oder Außenzahnung Bogenzähne auf. Eine solchermaßen gebildete Bogenzahnkupplung weist eine für einen Schalterantrieb besonders vorteilhafte Flexibilität auf.

Die Blockierscheibe 20 ist Teil einer mit der Antriebswelle 9 zusammenwirkenden Blockiereinrichtung. Diese Blockiereinrichtung weist neben der auf der Antriebswelle 9 befestigten Blockierscheibe 20 auch einen schwenkbaren, zum Blockieren der Antriebswelle 20 in Aussparungen der Blockierscheibe einrastenden, hakenförmigen Blockierhebel 23 auf. Der Blockierhebel ist in einem auf einer ortsfesten Konsole 24 vorgesehenen Drehlager 25 gelagert und kann in zwei Endlagen fixiert werden. Hierbei ist die eine Endlage durch das Einrasten des Blockierhebels 23 in der Blockierscheibe 20 und die andere Endlage durch Freigabe der Blockierscheibe 20 nach Abheben des Blockierhebels 23 bestimmt. Der Blockierhebel ist in seinen beiden Endlagen durch ein Triebstangenschloß 26 mit einem verschiebbaren, in den Blockierhebel 23 einrastenden Vierkantbolzen 27 fixierbar.

In seinen beiden die Ein- bzw. die Ausschaltstellung des vom Antrieb betätigten Trennschalters bestimmenden Endlagen schlägt bei Handbetrieb ein Stift 28 bzw. 29 an einem ortsfesten Ansatz 30 der Konsole 24 an. Die beiden Endlagen werden durch zwei um 180° winkelversetzt auf der Blockierscheibe 20 angeordnete Stellungsanzeiger 31 kenntlich gemacht.

Bei Motorbetrieb werden die beiden die Ein- und die Ausschaltstellung des Trennschalters bestimmenden Endlagen durch Mikroschalter S₄ und S₅ festgelegt. Zu diesem Zweck weist die Blockierscheibe 20 durch deren Scheibenkontur bestimmte mechanische Steuerelemente zum Betätigen der beiden Mikroschalter S₄ und S₅ auf. Die Mikroschalter S₄ und S₅ ihrerseits sind in den in Fig. 3 dargestellten Stromversorgungs- und Meldekreisen des Motors angeordnet.

Im Gehäuse 1 befinden sich neben den beiden Mikroschaltern S₄ und S₅ weitere von beweglich ausgebildeten Elementen des Antriebs mechanisch angesteuerte Mikroschalter, wie die Mikroschalter S₁, S₂, S₃, S₆ und S₇. Zwei Mikroschalter S₁ sind an der Wand der Tür 13 des Gehäuses 1 angebracht und öffnen ihre Schaltkontakte beim Öffnen der für die Durchführung einer Handkurbel bestimmten Verschlußklappe 12. Vier Mikroschalter S₂ sind an der Konsole 24 befestigt und öffnen beim Blockieren der Antriebswelle 9 mittels des in der Blockierscheibe 20 eingerasteten Blockierhebels 23 ihre Schaltkontakte. Vier Mikroschalter S₃ sind an einem vom Schneckengetriebe 5 getragenen Halteteil 32 angebracht und öffnen beim Öffnen der Tür 13 ihre Schaltkontakte. Auch die Mikroschalter S₆ und S₇ sind an Halteteil 32 befestigt. Sie dienen der Abgabe einer Meldung sobald die Antriebswelle 9 bei Motor- oder bei Handbetrieb eine ihrer beiden Endlagen eingenommen hat.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind in der bei einem Ausschaltvorgang vorgesehenen Stromversorgung des Motors 6 in Reihe geschaltet je ein Mikroschalter S₃, S₅, S₁ und S₂ angeordnet, hingegen in der für einen Einschaltvorgang vorgesehenen Stromversorgung in Reihe geschaltet je ein Mikroschalter S₃, S₄, S₁ und S₂. In zwei Meldekreisen M ist jeweils einer der beiden Mikroschalter S₆ und S₇ angeordnet.

Die Wirkungsweise dieses Antriebs ist nun wie folgt:
Bei Motorbetrieb ist bei einem durchzuführenden Schaltvorgang des Trennschalters, beispielsweise beim Ausschalten, eine Betätigung des Motors 6 nur dann möglich, wenn alle in der für einen Ausschaltvorgang vorgesehenen Stromversorgung St angeordneten Mikroschalter, nämlich die Mikroschalter S₁, S₂, S₃, S₅, geschlossen sind. Dies bedeutet, daß ein vom Motor 6 durchgeführter Ausschaltvorgang erst dann gestartet werden kann, wenn die vom Mikroschalter S₁ kontrollierte Verschlußklappe 12 geschlossen ist, wenn die Blockiereinrichtung nach Freigabe der Blockierscheibe 20 durch den Blockierhebel 23 die Antriebswelle 9 freigibt und wenn die Tür 13 des Gehäuses 1 geschlossen ist. Der Mikroschalter S₅ ist wie der Mikroschalter S₄ als Öffner ausgebildet und öffnet lediglich dann, wenn der Trennschalter ausgeschaltet ist. Entsprechend öffnet der Mikroschalter S₄ lediglich dann, wenn der Trennschalter eingeschaltet ist.

Die Kupplung 14 ist durch die Kraft der Druckfedern 16 eingerückt und der beispielsweise von einer zentralen Warte aus gestartete Motor 6 betätigt über das Schneckengetriebe 5 und die Kupplung 14 die Antriebswelle 9, wodurch der Trennschalter ausgeschaltet wird. Sobald die Ausschaltposition erreicht ist, öffnet der durch die Blockierscheibe 20 gesteuerte Mikroschalter S₅ und unterbricht die Energieversorgung des Motors 6.

Zur Durchführung von Wartungsarbeiten wird nun die Antriebswelle 9 blockiert. Zu diesem Zweck wird das Triebstangenschloß 26 geöffnet, über den auf das Triebstangenschloß 26 wirkenden Vierkantbolzen 27 der Blockierhebel 23 in die Blockierscheibe 20 eingerastet und danach das Triebstangenschloß 26 wieder abgeschlossen. Der in die Blockierscheibe 20 einrastende Blockierhebel 23 verhindert während der Wartungsarbeiten ein Drehen der Antriebswelle 9 und damit eine unerwünschte Betätigung des Trennschalters, so daß sich ein sonst aus Sicherheitsgründen notwendiges Entfernen des von der Antriebswelle 9 betätigten Schaltgestänges erübrigt.

Nach Beendigung der Wartungsarbeiten wird die Blockierung der Antriebswelle 9 durch Entfernen des Blockierhebels 23 aufgehoben und der Blockierhebel 23 durch das Triebstangenschloß 26 in einer Lage fixiert, in der die Blockierung der Antriebswelle 9 aufgehoben bleibt und der Mikroschalter S₂ geschlossen ist. Damit ist der Antrieb wieder normal einsatzfähig.

Bei Handbetrieb wird ein Schaltvorgang des Trennschalters, beispielsweise ein Ausschaltvorgang, durch Betätigung der Antriebswelle 9 mittels einer Handkurbel durchgeführt. Zu diesem Zweck wird ein nicht dargestelltes Schloß in der Tür 13 entsperrt und sodann die dadurch freigegebene Verschlußklappe 12 von einer in Tür 13 vorgesehenen Öffnung entfernt. Die Handkurbel kann nun durch die Öffnung auf die Antriebswelle 9 gesteckt und auf der Antriebswelle 9 festgesetzt werden. Zunächst wird hierbei der Schwerspannstift 11 in die Langlöcher 43 eingeführt und wird die Handkurbel 40 längs der Langlöcher 43 auf die Antriebswelle 9 geschoben, wobei der Schwerspannstift 11 in den azimutal erstreckten Abschnitt 42 der Hinterschneidung eintritt. Durch das Aufschieben der Handkurbel 40 werden die Bolzen 19 in die Kupplung 14 gedrückt und führen das Formschlußteil 15 gegen die Kraft der Druckfedern 16 in axialer Richtung in die Hohlwelle 8 hinein. Die Kupplung 14 wird nun ausgerückt. Die Antriebswelle 9 wird vom Schneckengetriebe 5 und damit auch vom Motor 6 getrennt. Sodann wird die Kupplung 14 in ihrer ausgerückten Lage fixiert. Dies erfolgt durch Drehen der gegen die Kraft der Druckfedern 16 gedrückten Handkurbel 40 um 90°. Der Schwerspannstift 11 wird hierbei im Abschnitt 42 azimutal geführt. In zwei axial nach außen geführten, an den Abschnitt 42 anschließenden Abschnitten der Hinterschneidung verrastet die Handkurbel 40 schließlich unter Nachlassen des Federdruckes am Schwerspannstift 11 und stellt bei ausgerückter Kupplung 14 eine kraftschlüssige Verbindung mit der Antriebswelle 9 her. Der Trennschalter kann nun durch Drehen der Handkurbel ausgeschaltet werden. Die Ausschaltposition ist dann erreicht, wenn der Stift 29 auf dem Ansatz 30 anschlägt.

In entgegengesetztem Drehsinn kann wieder eingeschaltet werden, wobei die Einschaltposition dann erreicht ist, wenn der Stift 28 auf dem Ansatz 30 anschlägt. Nach Abziehen der Handkurbel ist der Motoreingriff durch das Rückführen des federbelasteten Formschlußteils 15 unter Eingriff seiner Außenzahnung 21 in die Innenzahnung 22 wiederhergestellt.

Bei Handbetrieb ist der Mikroschalter S₁ geöffnet. Dadurch ist sichergestellt, daß der Motor bei unbeabsichtigter Abgabe eines Schalthandlungsbefehls in einer entfernten Warte betätigt werden kann.

Nach Blockierung der Antriebswelle 9 sind die Mikroschalter S₂ geöffnet und Wartungsarbeiten am Trennschalter können nun vollkommen risikolos ohne Demontage des Schaltgestänges durchgeführt werden.

Claims (12)

1. Antrieb für einen Trennschalter, insbesondere für einen Fahrleitungsschalter, mit einer von einem Motor (6) oder von Hand antreibbaren und auf den Schalter wirkenden Antriebswelle (9), auf die bei Handbetrieb eine Handkurbel (40) gesteckt ist, mit einem Kraft vom Motor (6) auf die Antriebswelle (9) übertragenden Zahnradgetriebe mit zwei Zahnrädern, von denen ein Zahnrad (7) auf einer die Antriebswelle (9) umfassenden Hohlwelle (8) angeordnet und über das andere Zahnrad vom Motor angetrieben ist, mit einem Motor (6), Antriebswelle (9) und Zahnradgetriebe aufnehmenden Gehäuse (1), und mit einer Kupplung (14), welche bei Umstellung von Motor- auf Handantrieb durch Stecken der Handkurbel (40) auf die Antriebswelle (9) unter Abkoppelung des Motors (6) gegen Federkraft ausrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe ein Schneckengetriebe (5) ist, daß die vom Zahnrad (7) angetriebene Hohlwelle (8) bei Betätigung der Handkurbel (40) der Lagerung der Antriebswelle (9) dient, und daß die Kupplung (14) in der Hohlwelle (8) angeordnet ist und ein von der Handkurbel (40) bei der Umstellung von Motor- auf Handbetrieb gegen die Federkraft verschiebliches Formschlußteil (15) aufweist, welches bei Motorbetrieb mit der Hohlwelle (8) zusammenwirkt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Handkurbel (40) eine hohle Nabe (41) mit einer Hinterschneidung aufweist, und daß diese Hinterschneidung einen in Drehrichtung der Handkurbel (40) erstreckten Abschnitt (42) enthält, welcher beim Verriegeln der ausgerückten Kupplung (40) der Führung eines an der Antriebswelle (9) angebrachten Befestigungselementes (Schwerspannstift 11) dient.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formschlußteil (15) eine Außenzahnung (21) aufweist, welche bei Motorantrieb mit einer auf der Innenseite der Hohlwelle (8) angebrachten Innenzahnung (22) zusammenwirkt.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und/oder Außenzahnung Bogenzähne aufweist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (9) mit einer Blockiereinrichtung zusammenwirkt.

6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung eine auf der Antriebswelle (9) befestigte Blockierscheibe (20) und einen schwenkbaren, zum Blockieren der Antriebswelle (9) in der Blockierscheibe (20) einrastenden Blockierhebel (23) aufweist.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung in zwei Endlagen fixierbar ist, von denen die eine Endlage durch das Einrasten des Blockierhebel (23) in die Blockierscheibe (20) und die andere Endlage durch Freigabe der Blockierscheibe (20) durch den Blockierhebel (23) bestimmt ist.

8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockierhebel (23) in den beiden Endlagen der Blockiereinrichtung durch ein Triebstangenschloß (26) fixierbar ist.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierscheibe (20) Steuerelemente zum Betätigen von mindestens zwei Mikroschaltern (S₄, S₅) aufweist.

10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mehrere von verschiedenen, beweglich ausgebildeten Elementen mechanisch angesteuerte Mikroschalter (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, S₇) enthält, von denen ein in Reihe geschalteter Teil auf eine Stromversorgung (St) des Motors (6) wirkt.

11. Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer für einen Schaltvorgang des Trennschalters vorgesehenen Stromversorgung (St) in der Reihenschaltung Mikroschalter (S₁, S₂, S₃, S₄; S₁, S₂, S₃, S₅) enthalten sind, welche jeweils beim öffnen des Gehäuses (1), beim Blockieren der Antriebswelle (9) oder dem Erreichen einer von zwei Endpositionen der Antriebswelle (9) angesteuert werden.

12. Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer für einen Aus- bzw. Einschaltvorgang des Trennschalters vorgesehenen Stromversorgung (St) in der Reihenschaltung jeweils mindestens folgende Mikroschalter enthalten sind:
ein erster Mikroschalter (S₁), welcher beim öffnen einer für die Durchführung einer Handkurbel bestimmten Verschlußklappe (12) des Gehäuses (1) öffnet,
ein zweiter Mikroschalter (S₂), welcher beim Blockieren der Antriebswelle (9) öffnet,
ein dritter Mikroschalter (S₃), welcher beim öffnen einer Gehäusetür (13) öffnet, und ein vierter Mikroschalter (S₄; S₅), welcher beim Erreichen einer der beiden Endpositionen der Antriebswelle (9) öffnet.