DE4227953C1 - Motorantriebsvorrichtung für Schaltgeräte, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung für Schalt­ geräte, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Motorantriebsvorrichtungen werden im allgemeinen in der Mittel­ spannungstechnik eingesetzt, um Ein- und Ausschaltvorgänge stets mit der gleichen und ausreichenden vorbestimmbaren Geschwindig­ keit und fernbedienbar ausführen zu können. Hierzu ist es be­ kannt, eine vorbestimmbare Schaltenergie durch Betätigung einer Antriebseinrichtung in eine Schaltfeder, die dabei je nach Aus­ führung - Zug- oder Druckfeder - bis zum Erreichen einer Tot­ punktlage gezogen oder gedrückt wird, einzubringen und diese nach Überschreiten der Totpunktlage durch selbsttätiges Ent­ spannen derselben bei gleichzeitiger Betätigung eines Schaltme­ chanismus wieder freizusetzen. Derartige Antriebe mit Motor, Motorgetriebe und Kupplung sind in unterschiedlichen Ausführun­ gen in verschiedenen Arten von Schaltern und Schaltanlagen zu finden.

In der DE-PS 19 47 427 wird ein Schalterantrieb für einen Stufen­ schalter mit einem Malteserkreuz mit einer an einer Betätigungs­ welle (Kurbelwelle 12) über eine Kurbel angreifenden und andern­ ends ortsfest gehalterten Schaltfeder beschrieben, bei der die Betätigungswelle einerseits über eine Kupplung mit einem freien Hub (Freigang) mit einer Antriebswelle und andererseits über ei­ nen Mechanismus zur Vergleichmäßigung des Drehmomentverlaufs und ein Malteserkreuz mit einer Schaltkontaktwelle mit Schaltkontak­ ten gekoppelt ist. Die Antriebswelle wiederum ist über ein Zahn­ radgetriebe mit einem Motor und über weitere Zahnräder mit einer Handkurbel gekoppelt. Die Schaltfeder ist eine Zugfeder und wird durch den Motor oder mit Hilfe der Handkurbel, also durch Dre­ hung der Betätigungswelle, gespannt und zu ihrem oberen Totpunkt und schließlich in Übertotpunktlage bewegt, aus der sie sich infolge des freien Hubes der Kupplung sprungartig entspannt. Diese Entspannung wiederum zieht eine sprunghafte Drehung der Betätigungswelle und letztlich der Schaltkontaktwelle nach sich. Die Lösung ist platzaufwendig und kann die Forderung nach einer Hand-Not-Betätigung nicht erfüllen, nach der eine Motorantriebs­ vorrichtung bei gleichzeitiger Entkupplung vom Motor von Hand betätigbar sein muß.

In der DE 34 15 501 A1 wird ferner ein Federspeicherantrieb mit einem Schneckengetriebe beschrieben, dessen Schnecke an einer über eine Kupplung mit einer Antriebseinrichtung verbundenen zweigeteilten Antriebswelle angeordnet und dessen Schneckenrad über einen Spannhebel mit dem einen Ende eines als Zugfeder aus­ gebildeten Federkraftspeichers verbunden ist. Die Zugfeder greift mit ihrem anderen Ende an einem Schalthebel an, der an einer betätigbaren Klinke verklinkt ist. Die Kupplung dient der Trennung der beiden Antriebswellenteile und somit der Trennung der Schnecke von der Antriebseinrichtung, sobald die Zugfeder gespannt ist, und wird durch einen am Schneckenrad angeordneten Stößel betätigt, wenn das Schneckenrad eine vorbestimmte Win­ kelstellung erreicht und die zur Schalterbetätigung vorgesehene Energie in die Zugfeder eingebracht ist. Der Schalterantrieb ist dann abrufbereit.

Die DE 36 08 481 A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung für einen elektrischen Trennschalter mit einer drehbar gelagerten Spindel mit der das bewegliche Schaltstück gekoppelt und somit betätigbar ist. Die Spindel wiederum ist über ein Zahnradge­ triebe mit einem Antrieb verbunden, wobei das mit der Spindel verbundene Zahnrad dieses Zahnradgetriebes vermittels einer an dieser verschiebbar und drehfest angeordneten Hülse befestigt und aus seiner mit dem antreibenden Zahnrad kämmenden Stellung gegen die Kraft einer Druckfeder schiebbar ist. Zum Zwecke die­ ses Entkuppelns vom Antrieb ist ein Betätigungselement - eine Handkurbel - vorgesehen, mit der die das Zahnrad tragende Hülse gegen die Kraft der Druckfeder verschoben und in der Entkopp­ lungsstellung gemeinsam mit der Hülse und der Spindel verdrehbar ist. Der mit der Handkurbel ausgelöste Schaltvorgang ist dabei nicht definiert und erfolgt zwangsläufig mit einer anderen Ge­ schwindigkeit und Energie als der durch die Antriebsvorrichtung vorbestimmbare Schaltvorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorantriebsvor­ richtung mit einer Schaltfeder für Schaltgeräte, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen zu schaffen, die platzsparend anordbar und bei gleichzeitiger Entkupplung vom Motor von Hand betätigbar ist.

Die Aufgabe wird bei einer Motorantriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Die Motorantriebsvorrichtung gestattet dadurch, daß ein Glied des als Getriebe für die Übertragung der Antriebsbewegung einer Antriebsvorrichtung auf die Betätigungswelle eingesetzten Schneckengetriebes - das Schneckenrad - zugleich als Kupp­ lungsglied ausgebildet ist, wodurch die Anzahl der wesentlichen Konstruktionselemente reduziert wird, eine kompakte und platzsparende Bauweise. Zudem ist die Kupplung so gestaltet, daß diese eine axial verschiebbar in der Betätigungswelle angeord­ nete und mit dieser in Drehrichtung formschlüssig verbundene Kupplungswelle mit einem Mitnahmeelement derart am Schneckenrad angreift, daß die Kupplungswelle in beiden Drehrichtungen je­ weils bis über die Winkelstellung, die durch die Totpunktstel­ lung der Schaltfeder gegeben ist, durch das Schneckenrad und in Übertotpunktstellung innerhalb eines vorbestimmbaren Winkelbe­ reiches durch die Schaltfeder drehbar ist. Eine vollständige Entkupplung der Betätigungswelle vom antreibenden Motor wird jederzeit durch ein in die Betätigungswelle einführbares Betä­ tigungselement ermöglicht. Dadurch ist eine Drehung der Betä­ tigungswelle in beiden Drehrichtungen bis in Übertotpunktstel­ lung der Schaltfeder alternativ durch einen Motorantrieb oder durch eine Handbetätigung mit einer sich anschließenden und durch die sich entspannende Schaltfeder ausgelösten Sprungdre­ hung im Rahmen des vorbestimmten, einen Drehwinkelbereich be­ grenzenden Freiganges der Kupplung gegeben. Durch die Selbst­ hemmung des Schneckengetriebes ist ein weiterer erheblicher Vorteil darin zu sehen, daß ein Schwingen der Schaltfeder und damit der Betätigungswelle und der Schaltkontaktwelle mit den Schaltkontakten infolge eines Schaltvorganges vermieden wird.

Die Maßnahme nach Anspruch 2 bietet den Vorteil, daß die Kupp­ lungswelle mit einem Spiel durch die Schneckenradaufnahme ge­ führt werden kann, wodurch vermieden wird, daß die Kupplungs­ welle durch das treibende Schneckenrad in radialer Richtung, d. h. auf Biegung, beansprucht und durch Anlage an der Schnecken­ radaufnahme gebremst wird.

Die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 und 4 gestatten auf einfache Weise eine Verbindung zwischen dem Schneckenrad und der mit der Betätigungswelle in Drehrichtung formschlüssig verbundenen Kupplungswelle zur Übertragung der Drehbewegung unter Ermögli­ chung eines begrenzten Freiganges, während die im Anspruch 5 beschriebene Maßnahme in vorteilhafter Weise dazu dient, die Kupplung, insbesondere mit Hilfe der im Anspruch 8 beschriebenen Maßnahme, zu lösen und die Betätigungswelle von Hand zu drehen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispie­ les näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Motorantriebs­ vorrichtung,

Fig. 1A eine Seitenansicht eines Mitnahme-Sprunghebels der Mo­ torantriebsvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Lagerung eines als Kupplungs­ glied ausgebildeten Schneckenrades in Seitenansicht,

Fig. 3 das Schneckenrad in Frontansicht,

Fig. 3A das Schneckenrad in Draufsicht,

Fig. 4 eine Kupplungswelle und

Fig. 4A eine Frontansicht der Kupplungswelle mit Mitnahmeelement.

Der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Motorantriebs­ vorrichtung mit einer an einer hohlen Betätigungswelle 1 an­ greifenden und durch eine Totpunktstellung bewegbaren Druckfeder 2 ist in Fig. 1 dargestellt. An der Betätigungswelle 1 ist ein Mitnahme-Sprunghebel 3 mit einer etwa viertelkreisförmigen Ge­ stalt und einem Bogenschlitz angeordnet (Fig. 1A), an dem eine Gelenkstange 4 angreift, die andernends mit einem an einer Schaltmesserwelle 5 angeordneten Hebel 6 gelenkig verbunden ist. Die Betätigungswelle 1 ist an einem Gehäuse 7 vermittels zweier Lager drehbar gelagert, von denen das getriebeseitige Lager 8 dargestellt ist. Über diesem Lager 8 ist eine Schneckenradauf­ nahme 9 mit einer zentrischen Bohrung und einer Lauffläche für ein ebenfalls mit einer zentrischen Bohrung versehenes Schnecken­ rad 10 fest am Gehäuse 7 angeordnet, durch die das Schnecken­ rad 10 und die Betätigungswelle 1 einander axial zugeordnet sind.

In Fig. 2 ist die Anordnung der Schneckenradaufnahme 9 und des Schneckenrades 10 im Schnitt dargestellt, wobei eine das Schneckenrad 10 antreibende Schnecke 11 angedeutet ist. Das Schneckenrad 10 hat gegenüber der Schnecken­ radaufnahme 9 ein Spiel a. Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß das Schneckenrad 10 durch eine Halterungsplatte 10a auf der Schnecken­ radaufnahme 9 arretiert ist.

Das aus Schneckenrad 10 und Schnecke 11 gebildete Getriebe ist über eine Schneckenwelle mit einem Motor 12 verbunden, wobei das Schneckenrad 10 zugleich Bestandteil einer Kupplung für die Dreh­ bewegung der Betätigungswelle 1 und als Kupplungsglied ausgebil­ det ist. Das zweite Kupplungsglied ist eine Kupplungswelle 13 (Fig. 4), die axial verschiebbar in der Betätigungswelle 1 - in Drehrichtung formschlüssig mit dieser verbunden - angeordnet ist (Fig. 1). Dazu ist eine Nut 14 in die Kupplungswelle 13 achspa­ rallel eingebracht, in die eine in der Betätigungswelle angeord­ nete Schraube 15 eingreift. Die Kupplungswelle 13 ist durch die Bohrung der Schneckenradaufnahme 9 geführt und weist an ihrem schneckenradseitigen Ende auf der der Betätigungswelle 1 abge­ wandten Seite des Schneckenrades 10 in einer stirnseitigen Aus­ fräsung ein radial angeordnetes stabförmiges Mitnahmeelement 16 mit Rechteckquerschnitt für die Übertragung einer Drehbewegung auf, wobei die die Ausfräsung begrenzenden Wände 17 die Gestalt eines Ringabschnittes haben und eine geschlitzte Hülse darstellen (Fig. 4A). In dieser Hülse ist eine andernends an einem festen Anschlag 18 anliegende Druckfeder 19 geführt und am Mitnahmeele­ ment 16 abgestützt. Das andere Ende der Kupplungswelle 13 ist mit einer Schieberstange 21 fest verbunden. In diesem Bereich ist in die Betätigungswelle 1 ein Handbetätigungshebel 22 einführbar, mit dem auf die Schieberstange 21 von Hand eine die Kraft der Druckfeder 19 überwindende Schubkraft aufbringbar ist.

Das Schneckenrad 10 (Fig. 3, Fig. 3A) weist an der der Betäti­ gungswelle 1 abgewandten Seite an zwei konzentrisch um die Boh­ rung angeordneten Vorsprüngen 20 in jeder Drehrichtung zwei Anla­ geflächen 20a bzw. 20b für das Mitnahmeelement 16 auf. Im Winkel­ bereich zwischen den Anlageflächen 20a und 20b ist das Mitnahme­ element 16 gegenüber dem Schneckenrad 10 drehbar. Die Kupplungs­ welle 13 ist im eingekuppelten Zustand mit dem Mitnehmer 16 durch die Druckfeder 19 gegen das Schneckenrad 10 gedrückt und liegt an diesem im Bereich zwischen den Anlageflächen 20a und 20b an.

Soll ein Schaltvorgang ausgelöst werden, wird der Motor 12 einge­ schaltet und damit das Schneckenrad 10 in einer vorbestimmbaren Richtung infolge der Schneckendrehung gedreht. Durch diese Dre­ hung kommen in Abhängigkeit von der Drehrichtung die Anlageflä­ chen 20a und 20b zur Anlage am Mitnehmer 16, wodurch die Kupp­ lungswelle 13 ebenfalls in Drehung versetzt wird. Dadurch wird die als Schaltfeder eingesetzte Druckfeder 2, die mit der Betäti­ gungswelle 1 über eine Hebelhalterung 23 verbunden und in ent­ sprechender Winkelstellung angeordnet ist, zusammengedrückt, und zwar solange, bis die Betätigungswelle 1 die Winkelstellung er­ reicht hat, in der der Totpunkt der zusammengedrückten Druckfeder 21 liegt. In Übertotpunktlage entspannt sich die Druckfeder 2 sprungartig, was zu einer ebenfalls sprunghaften Weiterdrehung der Betätigungswelle 1 infolge des Freiganges zwischen den Anla­ geflächen 20a und 20b und damit über die Gelenkstange 4 auch der Schaltmesserwelle 5 führt. Die Geschwindigkeit des sprunghaften Schaltvorganges wird im wesentlichen durch die Druckfeder 2 be­ stimmt und ist unabhängig von der Drehrichtung stets gleich. Ist die Übertotpunktstellung erreicht, wird der Motor durch an der Schaltmesserwelle 5 angeordnete Kontakte, die bei der dadurch ge­ gebenen Winkelstellung betätigt werden, abgeschaltet. Der Schalt­ vorgang ist beendet. Infolge der Selbsthemmung des Schneckenge­ triebes wird ein Schwingen der Schaltmesserwelle und damit der Schaltmesser vermieden.

Soll der Schaltvorgang von Hand ausgelöst werden, wird der Hand­ betätigungshebel 22 in das freie Ende der Betätigungswelle 1 ein­ geführt und gegen die dort an der Kupplungswelle 13 angeordnete Schieberstange 21 gegen die Kraft der Druckfeder 19 gedrückt. Da­ durch wird die Kupplungswelle 13 in der Betätigungswelle 1 axial um den Betrag x in Richtung auf die Druckfeder 19 verschoben, und das Mitnahmeelement 16 gelangt außer Eingriff am Schneckenrad 10. Damit sind Getriebe und Betätigungswelle 1 entkuppelt. Bei diesem Vorgang rastet andernends der Handbetätigungshebel 22 mit einem Rastelement 24 in eine Ausnehmung 25 mit Anlageflächen für das Rastelement für beide Drehrichtungen und Freigang der Betäti­ gungswelle 1 ein, wodurch der Schaltvorgang durch eine Drehung des Handbetätigungshebels 22 und damit der Betätigungswelle 1 in die entsprechende Richtung bis in Übertotpunktstellung ausgelöst werden kann. Es versteht sich von selbst, daß beim Einstecken des Handbetätigungshebels 22 in die Betätigungswelle 1 ein Schalter betätigt wird, der einen fließenden Strom am Antriebsmotor 12 ausschaltet, so daß eine Hand-Not-Schaltung durchführbar ist.

Es soll ferner erwähnt werden, daß die Schneckenwelle so gestal­ tet ist, daß verschiedene handelsübliche Getriebe- und Kleinge­ triebemotoren für Gleich- und Wechselstrom angeflanscht werden können. Durch Neigung und Drehung der Motoren am Schneckenge­ triebe kann der Platzbedarf des gesamten Motorgetriebes dem zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßt werden.

Claims (10)

1. Motorantriebsvorrichtung für Schaltgeräte, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen, mit einer an einer Betätigungs­ welle angreifenden und durch eine Totpunktstellung bewegbaren Schaltfeder, einem eine Drehbewegung der Betätigungswelle auf eine Schaltkontaktwelle übertragenden Mechanismus, einer über ein Getriebe und eine aus zwei Kupplungsgliedern bestehenden Kupplung mit Freigang auf die Betätigungswelle wirkenden An­ triebseinrichtung, wobei das Getriebe ein aus einer Schnecke (11) und einem Schneckenrad (10) bestehendes Schneckengetriebe ist und das Schneckenrad (10) axial zur Betätigungswelle (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (10) zugleich Kupplungsglied ist und daß an diesem eine axial verschiebbar in der Betätigungswelle (1) angeordnete und mit dieser in Drehrichtung formschlüssig verbundene Kupplungswelle (13) mit einem Mitnahmeelement (16) als das andere Kupplungs­ glied derart angreift, daß die Kupplungswelle (13) in beiden Drehrichtungen jeweils bis über die Winkelstellung, die durch die Totpunktstellung der Schaltfeder (2) gegeben ist, durch das Schneckenrad (10) und in Übertotpunktstellung innerhalb eines vorbestimmbaren Winkelbereiches durch die Schaltfeder (2) dreh­ bar ist.

2. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schneckenrad (10) auf einer fest angeordneten Schneckenradaufnahme (9) drehbar gelagert ist, die eine zentri­ sche Bohrung für die Kupplungswelle (13) aufweist.

3. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schneckenrad (10) an der der Betätigungs­ welle (1) abgewandten Seite in jeder Drehrichtung mindestens eine Anlagefläche (20a; 20b) für das an der Kupplungswelle (13) angeordnete Mitnahmeelement (16) aufweist, wobei die Anlage­ flächen (20a; 20b) zugleich den Freigang für das Mitnahmeelement (16) begrenzen.

4. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mitnahmeelement (16) stabförmig ausgebildet und radial an der Kupplungswelle (13) angeordnet ist.

5. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Mitnahmeelement (16) in Richtung der Achse der Kupplungswelle (13) eine Druckfeder (19) anliegt.

6. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die formschlüssige Verbindung zwischen der Kupplungswelle (13) und der Betätigungswelle (1) durch eine in einer der beiden Wellen angeordnete und in einem achsparallelen Langloch (14) der anderen Welle geführte Schraube (15) gegeben ist.

7. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltfeder (2) eine Druckfeder ist, die an einem an der Betätigungswelle (1) angeordneten Hebel (23) an­ greift.

8. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Betätigungswelle (1) an dem dem Schnecken­ rad (10) abgewandten Endstück der Kupplungswelle (13) in axi­ aler Richtung eine Schieberstange (21) angeordnet ist, mit der ein Betätigungselement (22) bei gleichzeitigem Eingriff in eine Ausnehmung (25) an der Betätigungswelle (1) zur Übertragung einer die Kraft der Druckfeder (19) überwindenden Schubkraft zur Anlage bringbar ist.

9. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Drehbewegung von der Betätigungswelle (1) auf die Schaltkontaktwelle (5) übertragende Mechanismus im we­ sentlichen eine Gelenkstange (4) ist, die mit der Betätigungs­ welle (1) über einen Mitnahme-Sprunghebel (3) mit etwa viertel­ kreisförmiger Gestalt und einem Langloch und mit der Schaltkon­ taktwelle (5) über einen Hebel (6) verbunden ist.

10. Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schneckenwelle, die die Schnecke (11) mit der Antriebseinrichtung (12) verbindet, an ihren beiden Enden Kupp­ lungsöffnungen für verschiedene Motorarten und -größen aufweist.