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TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Betätigungsmechanismus für einen
Hochspannungs-Trennschalter,
insbesondere für
einen Ausschalter des Typs, der einen Sammler potentieller elastischer
Energie, eine für
den Antrieb zumindest eines beweglichen Kontakts des Ausschalters über eine
kinematische Transmission bestimmte Transmissionswelle sowie eine
elastische Zugverbindung vom Type einer Zugkette oder eines Kabels
mit zwei Enden umfasst, das eine Ende mit dem Energiesammler, das
andere mit der Transmissionswelle verbunden, wobei die elastische
Verbindung über
eine Umlenk-Zwischenrolle läuft.
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STAND DER TECHNIK
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Im
Dokument FR-A-1 588 485 wird ein Mechanismus dieses Typs beschrieben,
bei dem die Transmissionswelle über
ein Kabel, das über
eine Umlenkrolle läuft,
mit einer Energie sammelnden Feder verbunden ist. Die Welle wird
bei der Entspannung einer Sammelfeder um etwa eine halbe Umdrehung
in einer ersten Richtung angetrieben, dann wird sie durch einen
Motor in der umgekehrten Richtung angetrieben, um die Feder wieder
zu spannen. Die Drehung der Welle wird durch zwei Anschläge am Bahnende
begrenzt, die mit einem exzentrischen Dorn zusammenwirken, der fest
mit der Welle verbunden ist. Ein Einhakorgan hält die Transmissionswelle in
der gespannten Stellung, wenn die Feder gespannt ist. Das Einhakorgan
wird von einem Elektromagneten gesteuert, an den es über eine
Kraftuntersetzungsstufe angeschlossen ist. Der Mechanismus ist ausdrücklich für die Betätigung elektrischer Schaltausrüstungen
bestimmt, die kein sehr rasches Funktionieren verlangen. Er ist
hingegen gänzlich
ungeeignet für
die Betätigung
schneller Schaltausrüstungen,
bei denen grosse Schliess- oder Öffnungsenergien
eingesetzt werden. Der Mechanismus erzeugt nämlich bedeutende Stösse am Ende
der Öffnungs-
und Schliessbewegung, da die Transmissionswelle und die daran angeschlossenen
Elemente, deren Trägheitsmoment
gross ist, durch den Anschlag am Bahnende angehalten werden. Diese Stösse sind
annehmbar, solange die Geschwindigkeit der Betätigung der einer manuellen
Betätigung ähnlich ist.
Sie wären
nicht zu tolierieren, wenn die kinetische Energie der Welle und
der bewegten Massen grösser
wird. Einerseits können
die Stösse
nämlich
eine verfrühte
Ermüdung
der in Bewegung befindlichen Teile und der Anschläge am Bahnende
bewirken. Andererseits sind die Organe für das Einhaken und die Kraftuntersetzung
mechanische Teile, die gegenüber
störenden
mechanischen Schwingungen sehr empfindlich sind, so dass ein Gerät, das Stösse erzeugt,
der Gefahr einer unzeitigen Auslösung
ausgesetzt wäre.
Ausserdem erlaubt eine solche Vorrichtung keine rasche erneute Spannung
der Feder des Sammlers am Ende der Öffnungsbewegung.
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Das
Dokument
EP 238 847 betrifft
ausdrücklich
einen Betätigungsmechanismus
für einen
Abschalter für
sehr hohe Spannungen, also einen Mechanismus mit schneller Bewegung
und hoher kinetischer Energie. Um die auf ein Einhakorgan der Transmissionswelle
in der gespannten Stellung wirkenden Belastungen zu verringern,
ist vorgeschlagen worden, eine erste Feder, die über eine erste Kette mit der
Transmissionswelle verbunden ist, und eine zweite Feder, die über eine
zweite Kette mit der Transmissionswelle verbunden ist, zu kombinieren. Die
Ketten sind so angeordnet, dass sie sich zu beiden Seiten der Drehachse
der Transmissionswelle befinden, wenn beide Federn gespannt sind.
So wird das durch die erste Feder ausgeübte Drehmoment zum Teil durch
das durch die zweite Feder ausgeübte Drehmoment
kompensiert. Die gespannte Stellung ist daher eine nahe bei einem
instabilen Gleichgewicht liegende Stellung. Sobald sich die Welle
unter der Einwirkung der Feder, deren Drehmoment überwiegt,
zu drehen beginnt, überwindet
die zweite Feder ihre Totpunktstellung, so dass beide Federn Antriebe
werden. Keine besonderen Vorkehrungen sind getroffen, um die durch
die Entlastung der Sammelfedern verursachten Vibrationen zu begrenzen.
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DARLEGUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung zielt darauf ab, einen Mechanismus vom vorstehenden Typ
vorzuschlagen, der eine sehr rasche Betätigung von Hochspannungs-Trennschaltern
ermöglicht,
die eine erhöhte elektrische
Leistung und daher eine bedeutende bewegliche Masse besitzen. Genauer
zielt die Erfindung darauf ab, die Vibrationen zu verringern, die durch
den Mechanismus beim Schliessen der Kontakte des Schalters verursacht
werden. Sie zielt ebenfalls darauf ab, die rasche erneute Spannung des
Energiesammlers zu erleichtern, wenn dieser seine entladene Stellung
erreicht.
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Erfindungsgemäss wird
dieses Problem dank eines Betätigungsmechanismus
für einen Hochspannungs-Trennschalter
gelöst,
der umfasst:
- • ein Gestell;
- • eine
Transmissionswelle, die sich um eine bezüglich des Gestells ortsfeste
geometrische Drehachse drehen lässt,
wobei die Transmissionswelle mit zumindest einer Kurbel versehen
ist;
- • zumindest
einen Sammler elastischer potentieller Energie, der ein erstes Endorgan
aufweist, das zwischen einer geladenen und einer entladenen Stellung
bewegt werden kann, wobei der Sammler kinetische Antriebsenergie
liefert, wenn sich das erste Endorgan von seiner geladenen Stellung
zu seiner entladenen Stellung bewegt, und elastische potentielle
Energie sammelt, wenn sich das erste Endorgan von seiner entladenen
Stellung zu seiner geladenen Stellung bewegt;
- • zumindest
eine elastische Zugverbindung, die zwischen dem Energiesammler und
der Kurbel aufgespannt ist, wobei die elastische Zugverbindung ein
erstes Ende, das fest mit dem ersten Endorgan des Energiesammlers
verbunden ist, sowie ein zweites Ende besitzt, das an die Kurbel der
Transmissionswelle montiert ist, während die Transmissionswelle
zwischen einer oberen Totpunktstellung und einer unteren Totpunktstellung gedreht
werden kann, wobei die beiden Totpunktstellungen Stellungen sind,
in denen die elastische Verbindung bezüglich der geometrischen Drehachse
der Transmissionswelle keinerlei Drehmoment auf die Transmissionswelle
ausübt, und
die untere Totpunktstellung erreicht wird, wenn sich das erste Endorgan
des Sammlers in seiner entladenen Stellung befindet;
und
der dadurch gekennzeichnet ist, dass - • das erste
Endorgan befähigt
ist, seine entladene Stellung bis zu einer Stellung am Bahnende
zu überschreiten;
- • das
Gestell mit einem verformbaren zusätzlichen Energiesammelorgan
ausgerüstet
ist, wobei dieses Energiesammelorgan mit dem ersten Endorgan zusammenwirkt,
wenn sich das erste Endorgan zwischen der entladenen Stellung und
der Stellung am Bahnende befindet, und dazu befähigt ist,
- • sich
zu verformen, indem es zumindest einen Teil der kinetischen Energie
des ersten Endorgans des Energiesammlers absorbiert, während das
erste Endorgan die überschrittene
Strecke in Richtung auf die Stellung am Bahnende zurücklegt;
und
- • seine
ursprüngliche
Gestalt wieder zu erlangen, indem es einen Teil der kinetischen
Energie, die es absorbiert hat, in Gestalt von kinetischer Energie
an das erste Endorgan zurückgibt,
während das
erste Endorgan die überschrittene
Strecke jenseits der entladenen Stellung in Richtung auf die entladene
Stellung zurücklegt.
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Das
zusätzliche
Energiesammelorgan hat eine doppelte Funktion. Einerseits dämpft es
den beim Durchgang durch den unteren Totpunkt vom Sammler auf das
Gestell übertragenen
Stoss. Andererseits ermöglicht
die zurückerstattete
Energie eine beschleunigte erneute Spannung des Energiesammlers.
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Einer
Ausführungsform
zufolge umfasst der Mechanismus ausserdem eine Freilaufkupplung,
die die Transmissionswelle mit dem Gestell verbindet und eine Drehung
der Transmissionswelle in einer Arbeitsrichtung zulässt, aber
die Drehung der Transmissionswelle in der umgekehrten Richtung verbietet.
Ein Schliessriegel ist in der Lage, die Transmissionswelle in einer
gespannten Stellung zu verriegeln, die der geladenen Stellung des
Energiesammlers entspricht. Eine Schaltwelle kann kinematisch mit
zumindest einem beweglichen Kontaktelement des Trennschalters verbunden
werden. Ein mit der Transmissionswelle fest verbundenes Kupplungsorgan kann
die Transmissionswelle mit der Schaltwelle koppeln, wenn die Transmissionswelle
eine Ankopplungsstellung erreicht, und die Transmissionswelle von
der Schaltwelle abkoppeln, wenn die Transmissionswelle eine Abkopplungsstellung
erreicht, wobei die Ankopplungsstellung in Arbeitsrichtung zwischen der
gespannten Stellung und der Stellung des unteren Totpunkts liegt,
während
die Abkopplungsstellung in Arbeitsrichtung zwischen der Ankopplungsstellung
und der Stellung des unteren Totpunkts liegt. Die Transmissionswelle
hat ein solches Trägheitsmoment,
dass, wenn der Schliessriegel die Transmissionswelle freigibt, das
erste Endorgan des Energiesammlers von seiner geladenen Stellung
in seine entladene Stellung überwechselt
und die Transmissionswelle von ihrer gespannten Stellung zu ihrer
Stellung des unteren Totpunkts bewegt, die Transmissionswelle dann
ihre Drehung von ihrer Stellung des unteren Totpunkts in Richtung
auf ihre gespannte Stellung in Arbeitsrichtung fortsetzt und dabei
das erste Endorgan von seiner entladenen Stellung zu seiner geladenen
Stellung mitführt.
Die Transmissionswelle stellt dann ein Schwungrad dar, das nach Durchlaufen
des unteren Totpunkts eine Antriebsfunktion besitzt. Die erneute
Spannung der Vorrichtung erfolgt dann viel schneller. Diese Anordnung
ist von besonderem Interesse für
Schalter mit gossen Abmessungen. Die Masse und das Trägheitsmoment der
Transmissionswelle werden nämlich
in Abhängigkeit
vom maximalen Drehmoment dimensioniert, das an die Kontaktelemente
des Trennschalters übertragen
werden soll. Das Trägheitsmoment
der Transmissionswelle erhöht
sich mit den Abmessungen der Kontaktelemente. Der Mechanismus ermöglicht es, einen
Teil der kinetischen Energie der Welle zurückzugewinnen, um die Federn
teilweise wieder zu spannen. Die Motoren, die die erneute Spannung
zu Ende führen,
müssen
dann weniger Energie liefern und können anders dimensioniert werden.
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Bevorzugtermassen
besitzt die elastische Verbindung eine solche Längselastizität, dass
sie eine elastische Dehnung erfährt,
wenn das erste Endorgan des Energiesammlers seine Wegüberschreitung
vollführt.
Einer Ausführungsform
gemäss ist
die elastische Verbindung eine Zugkette. Sie kann auch ein Kabel
oder ein Seil sein.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Mechanismus ausserdem
- • Translationsführungsorgane
für das
erste Endorgan, das entlang einer relativ zum Gestell ortsfesten
geometrischen Translationsachse relativ zum Gestell beweglich ist;
- • eine
vom Gestell gehaltene Umlenkrolle, über die die elastische Verbindung
so läuft,
dass ein erster Abschnitt der elastischen Verbindung zwischen der
Rolle und dem ersten beweglichen Endorgan des Energiesammlers aufgespannt
ist und parallel zur Translationsachse verläuft, während ein zweiter Abschnitt
der elastischen Verbindung zwischen der Rolle und der Kurbel aufgespannt
ist.
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Die
Rolle ermöglicht
eine teilweise Entkopplung der Schwingungsmoden der Welle einerseits und
des Sammlers andererseits, indem ein Teil der durch die elastische
Verbindung übertragenen
Kräfte von
der die Rolle tragenden Achse aufgenommen wird. Ausserdem ermöglicht die
Rolle eine Umlenkung, die den Bruttoplatzbedarf des Mechanismus begrenzt.
Da die Übertragung
der Bewegung vom Energiesammler zur Welle über eine elastische Verbindung
erfolgt, müssen
die relativen Stellungen des ersten Endes des Energiesammlers und
der Umlenkrolle nicht sehr präzise
definiert werden. Einer Ausführungs form
zufolge nimmt der zweite Abschnitt der elastischen Verbindung gegnüber dem
ersten Abschnitt der elastischen Verbindung einen Winkel der Grössenordnung
von 135° ein.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
zufolge umfasst der Energiesammler: ein zweites Endorgan, zumindest
eine zwischen dem ersten Endorgan und dem zweiten Endorgan gespannte
Feder, ein teleskopisches Verbindungsorgan mit einer Führung, die entweder
mit dem ersten oder dem zweiten Endorgan fest verbunden ist, sowie
einen Gleitschuh, der fest mit dem jeweils anderen Endorgan fest
verbunden und bezüglich
der Führung
in Translation beweglich ist. Das Gestell umfasst zumindest einen
stützenden
Anschlag, wobei die Feder das zweite Endorgan an den stützenden
Anschlag anzudrücken
sucht. Die teleskopische Verbindung weist einen Anschlag am Bahnende
auf, der so zwischen der Führung
und dem Gleitschuh angeordnet ist, dass, während das erste Endorgan von
seiner geladenen Stellung in seine entladene Stellung überwechselt,
der Anschlag am Bahnende zwischen die Führung und den Gleitschuh tritt,
ehe das erste Endorgan seine entladene Stellung erreicht hat, und
dass, während
das erste Endorgan seinen Weg über
die entladene Stellung hinaus fortsetzt, das erste bewegliche Organ
das zweite bewegliche Organ mitführt.
Bei einer solchen Vorrichtung gibt es zum Zeitpunkt der Ankunft
in der entladenen Stellung keine direkte mechanische Verbindung
zwischen dem zweiten Endorgan des Energiesammlers und dem Gestell
des Mechanismus, wodurch eine Quelle der Übertragung von Vibrationen auf
das Gestell eliminiert ist. Vorteilhafterweise ist der Anschlag
am Bahnende ein puffernder Anschlag, der in der Lage ist, kinetische
Energie zu absorbieren, während
das erste Endorgan von der Zwischenstellung, wo sich der Anschlag
am Bahnende zwischen die Führung
und den Gleitschuh einfügt,
zur entladenen Stellung überwechselt.
Die durch die Feder des Energiesammlers induzierten Vibrationen
werden durch den puffernden Anschlag absorbiert, während das
erste Endorgan seine Wegüberschreitung
vollführt,
d.h. zu einem Zeitpunkt, wo weder das erste noch das zweite Endorgan
des Energiesammlers mit dem Gestell in Berührung stehen.
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Bevorzugtermassen
ist die Transmissionswelle über
einen ersten Freilauf mit dem Gestell verbunden. Der Mechanismus
umfasst ausserdem: zumindest einen über einen zweiten Freilauf
mit der Transmissionswelle verbundenen Elektromotor; eine Steuervorrichtung,
die in der Lage ist, den Durchgang der Transmissionswelle durch
eine vorbestimmte Stellung zu erkennen und den Elektromotor so anzutreiben,
dass, während
die Transmissionwelle ihre Stellung des unteren Totpunkts überschreitet,
der Elektromotor beginnt, die Transmissionswelle anzutreiben, ehe
ihre Geschwindigkeit zu null geworden ist. Indem der Elektromotor
in dieser Weise gesteuert wird, kann die von der Welle aufgenommene
kinetische Energie genutzt werden. Wenn die puffernden und/oder
Energie sammelnden Organe in der Lage sind, einen Teil der Energie,
die sie während
der Wegüchreitung
des ersten Endorgans in sich aufgenommen haben, wieder herzugeben,
kann auch diese Energie in der Weise genutzt werden, dass die erneute
Spannung des Mechanismus sehr rasch erfolgt.
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Einer
Ausführungsform
zufolge umfasst das zusätzliche
Energiesammelorgan zumindest ein Polster mit einem Elastomer. So
werden sehr einfach die gesuchten Funktionen der Energiesammlung
und der Vibrationsdämpfung
zusammengeführt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
FIGUREN
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Weitere
Vorteile und Merkmale werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung hervorgehen, die als nicht eingrenzendes Beispiel
gegeben und in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt wird, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht des Mechanismus der Erfindung in einer Stellung
des unteren Totpunkts darstellt, wobei bestimmte Teile zur besseren
Visualisierung weggelassen worden sind;
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2 eine
Ansicht des Mechanismus aus einer anderen Perspektive darstellt,
wobei bestimmte Teile zur besseren Visualisierung weggelassen worden
sind;
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3 eine
geschnittene Ansicht des Schalters darstellt, die eine Untergruppe
der Energiesammlung zeigt;
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4 eine
geschnittene Ansicht des Schalters darstellt, die eine Anfahruntergruppe
zeigt;
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5 eine
geschnittene Ansicht des Schalters darstellt, die eine Spannungsuntergruppe
zeigt;
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6 eine
geschnittene Ansicht des Schalters darstellt, die einen Teil einer
Steueruntergruppe für
Schliessen und Öffnen
in einem gespannten, geschlossenen Zustand zeigt;
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7 eine
perspektivische Ansicht eines Teils der Steueruntergruppe für Schliessen
und Öffnen
mit einem Handgriff in neutraler Stellung darstellt;
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8 eine
geschnittene Ansicht des Schalters darstellt, die eine Steueruntergruppe
für einen elektrischen
Schaltkreis für
erneutes Spannen zeigt.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 besteht
ein Betätigungsmechanismus
für einen
Hochspannungs-Trennschalter hauptsächlich aus einem Sammler von
Schliessenergie 10, einer Spannungsuntergruppe 12 und
einer Schaltwelle 14, die untereinander über eine
Transmissionswelle 16 verbunden sind und von einem Gestell 18 gehalten
werden. Die Schaltwelle 14 ist dafür bestimmt, kinematisch so
mit einem oder mehreren beweglichen Kontaktelementen des Trennschalters
verbunden zu werden, dass diese reversibel von einer geöffneten
Stellung zu einer geschlossenen Stellung bewegt werden können.
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Das
Gestell 18 umfasst zwei parallele Hauptplatten 20, 22,
die mit Streben 24 aneinander befestigt sind. Bestimmte
Elemente des Mechanismus befinden sich zwischen den Platten 20, 22,
so dass zu ihrer Visualisierung die Platte 20 in der Ansicht
der 1 gestrichelt dargestellt werden musste, und dass
in 2 die Platte 22 ebenfalls gestrichelt
dargestellt werden musste. Eine Zwischenplatte 23 wird durch
Streben zwischen den Platten 20 und 22 gehalten.
Die Transmissionswelle 16 und die Schaltwelle 14 sind
drehbar so an (nicht dargestellte), an den Platten 20, 22 des
Gestells 18 befestigte Führungslager montiert, dass
ihre Drehachsen zueinander parallel und zu den Ebenen der Platten 20, 22 und 23 senkrecht
sind.
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Der
im Schnitt in 3 dargestellte Energiesammler 10 umfasst
zwei Paare von sammelnden Schraubenfedern 26, die durch
eine Versteifungsstruktur 28 gehalten werden. Diese Struktur
setzt sich aus einer ersten Endplatte 30 und einer zweiten
Endplatte 32 zusammen, die miteinander über eine teleskopisch geführte Verbindung
verbunden sind. Die teleskopische Verbindung wird durch zwei parallele Führungen
gebildet, deren jede eine mit der ersten Endplatte 30 fest
verbundene Stange 34 umfasst und in einem fest mit dem
zweiten Ende 32 verbundenen Rohr 36 gleitet. Jedes
Rohr ist mit einem Boden 38 versehen, der von einem axialen
Führungsloch durchbohrt
ist, das die freie Translation der entsprechenden Stange 34 ermöglicht.
Ein Anschlag 42, der aus einer Scheibe aus Elastomer und
darüber
einer Metallscheibe besteht, ruht auf diesem Boden 38. Das
freie Ende jeder Stange 34 ist in das entsprechende Rohr 36 eingesetzt
und mit einer Mutter 44 versehen, die eine Schulter bildet,
die mit dem entsprechenden Anschlag 42 in Berührung treten
kann. Die so erhaltene teleskopische Verbindung ermöglicht eine
Translationsbewegung der ersten Endplatte 30 bezüglich der
zweiten Endplatte 28, die einer zu den Stangen 34 parallel
verlaufenden geometrischen Translationsachse folgt. Diese Bewegung
ist in der Richtung zunehmender Entfernung durch das Auftreffen
der durch die Mutter 44 gebildeten Schulter auf den Elastomeranschlag 42 am
Bahnende begrenzt.
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Die
Schraubenfedern 26 ruhen mit ihren Enden an den Endplatten 30, 32 und
sind koaxial ausserhalb der beiden parallelen Führungen montiert. Die Federn 26 sind
Druckfedern, also Federn, deren potentielle Energie zunimmt, wenn
sie zusammengedrückt
werden, und die bei ihrer Dehnung Arbeit leisten. Im vorliegenden
Fall ist der Energiesammler 10 so bemessen, dass die Federn 26 völlig entspannt sind
und gerade eben mit den beiden Endplatten 30, 32 in
Berührung
stehen, wenn die Muttern 44 mit den Anschlägen 42 am
Bahnende in Berührung
stehen. Dieser Zustand des Energiesammlers 10 wird in der Folge
als entladener Zustand bezeichnet werden.
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Zwei
identische Fenster 50 von allgemein rechteckiger Gestalt,
die genauer in 4 und 7 ersichtlich
sind, sind in den Platten 20, 22 des Gestells
ausgebildet und einander zugewandt angeordnet. Jedes rechteckige
Fenster 50 wird durch zwei Längsseiten 52 und zwei
waagerechte Schmalseiten 54, 56, eine untere (54)
und eine obere (56), definiert. Zwei Auflageflächen 58 sind
nebeneinander entlang der oberen Schmalseite jedes Fensters angeordnet. Die
vier Auflageflächen 58 bilden
zusammen eine geometrische Auflagefläche für die zweite Endplatte 32 des
Energiesammlers 10, wobei diese Ebene zu den Platten 20, 22 des
Gestells senkrecht verläuft.
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Die
Endplatten 30, 32 des Energiesammlers sind mit
Stellungierrippen 60 versehen, die so mit den Fenstersimsen
zusammenwirken, dass eine Führung für die beiden
Endplatten 30, 32 realisiert wird, die ihre Translation
entlang einer geometrischen Achse ermöglicht, die senkrecht zu der
durch die Auflageflächen 58 definierten
geometrischen Auflagefläche verläuft. In
anderen Worten bleiben die Stangen 34 bei jeglicher Bewegung
des Energiesammlers 10 in den Fenstern 50 im Wesentlichen
senkrecht zur geometrischen Auflage fläche. Die Führung wird mit einem Spiel
von einigen Millimetern gewährleistet.
Die Breitseiten 52 der beiden Fenster 50 sind
mit zwei Montagerillen 52 versehen, die ein seitliches
Einsetzen der durch den Energiesammler 10 gebildeten Untergruppe
während
der Montage des Mechanismus gestatten.
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Die
Bewegung der ersten Endplatte 30 wird durch vier Elastomerpolster 64 begrenzt,
die zusammen eine geometrische Berührungsebene mit der Platte 30 definieren.
Diese Polster 64 bilden Anschläge am Bahnende für die erste
Endplatte 30. Die Polster 64 sind in Muttern 66 eingeschraubt,
die auf die Simse der unteren Schmalseiten 54 der Fenster 50 aufgelötet sind,
und werden durch Gegenmuttern 68 gehalten. Bei Montage
des Schalters wird der Sammler 10 in der in 3 dargestellten
Form als eine Untergruppe ausserhalb des Gestells zusammengefügt. Die
Entfernung zwischen den oberen und unteren Rillen 62 der
Fenster entspricht dem Abstand zwischen den beiden Endplatten 30, 32 der
Versteifungsstruktur 28 des Sammlers 10 in seinem
entladenen Zustand. Im Hinblick auf das Einsetzen dieser Untergruppe
in das Gestell werden die Polster 64 tief eingeschraubt,
was bewirkt, dass die zuvor erwähnte Berührungsebene
unter das Niveau der unteren Rille 62 abgesenkt wird. Es
ist dann möglich,
den Sammler 10 seitlich durch die Fenster 50 einzusetzen. Nachdem
der Sammler 10 eingesetzt ist, werden die Polster 64 partiell
herausgeschraubt, um den Sammler allmählich wieder anzuheben, bis
die obere Platte 32 mit den Auflageflächen 58 und die untere
Platte 30 mit den Polstern 64 in Berührung kommt,
wobei der Sammler 10 in seinem entladenen Zustand verbleibt. Schliesslich
werden die Gegenmuttern 68 so positioniert, dass sie die
Polster 64 an Ort und Stelle halten. Nach erfolgter Montage
ist der Abstand der geometrischen Auflagefläche, die durch die Auflageflächen 58 definiert
wird, von der geometrischen Berührungsfläche, die
durch die Polster 64 definiert wird, im Wesentlichen gleich
dem Abstand der ersten Platte 30 von der zweiten Platte 32,
wenn sich der Sammler in seinem entladenen Zustand befindet.
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Die
erste Endplatte 30 steht zu beiden Seiten des durch die
Platten 20, 22 des Gestells 18 definierten
Raumes durch die Fenster 50 hervor. Die beiden vorspringenden
Abschnitte der Platte 30 sind mit je einem Paar von länglichen
offenen Löchern
versehen.
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Die
Transmissionswelle 16 ist mit zwei identischen, parallelen
Kurbeln 70, 72 versehen, die in 1 und 2 zu
sehen sind. Die Kurbeln 70, 72 befinden sich zu
beiden Seiten des Raumanteils, der durch die Platten 20, 22 des
Gestells begrenzt wird. Jede Kurbel ist mit zwei senkrecht zur Drehachse
der Transmissionswelle 16 verlaufenden, ebenen Backen versehen,
die zwischen sich eine Rille 74 bilden. Die beiden ebenen
Backen halten eine versetzte Achse 76, von der sich ein
mittlerer Abschnitt in der Rille befindet.
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Eine
elastische kinematische Verbindung wird zwischen dem Energiesammler 10 und
der Transmissionswelle 16 durch zwei identische Zugketten 80 aufgebaut,
die sich zu beiden Seiten des durch die beiden Platten 20, 22 des
Gestells begrenzten Raumes befinden. Die Ketten 80 sind
in den Figuren vereinfacht dargestellt, aber bestehen bevorzugt
aus gelenkig verbundenen Gliedern. Die beiden Ketten 80 sind
bezüglich
einer parallel zu den Platten 20, 22 des Gestells 18 verlaufenden
geometrischen Mittelebene symmetrisch montiert.
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Jede
Zugkette 80 ist zwischen einer der Kurbeln 70 und
dem vorspringenden Abschnitt der ersten Platte 30 aufgespannt,
der sich auf der gleichen Seite der Platten 20, 22 des
Gestells befindet. Ein Ende der Kette 80 ist mit einer Öse 82 versehen,
die eine Fassung bildet, die sich um die versetzte Achse 76 der
Kurbel dreht. In 2 ist die Öse punktiert dargestellt, um
die Achse 76 sichtbar machen zu können. Das andere Ende der Kette 80 ist
mit einer doppelten Öse 84 versehen,
die in das Paar von länglichen
offenen Löchern
eingesetzt und durch einen Stift 86 gehalten wird. Die
Kette 80 läuft über eine Zwischenrolle 90,
die freidrehend auf eine vom Gestell 18 getragene Achse 92 montiert
ist. Ein Abschnitt 94 der Kette, der zwischen der Rolle
und der ersten Endplatte aufgespannt ist, verläuft parallel zur Translationsachse
der ersten Platte 30 und daher parallel zu der durch die
teleskopische Führungsverbindung
der Versteifungsstruktur 28 des Energiesammlers 10 definierten
geometrischen Achse und zugleich parallel zu den durch die Simse
der Breitseiten 52 der Fenster 50 definierten
Führungsflächen. Ein weiterer
Abschnitt 96 der Kette ist zwischen der Rolle und der Achse 76 aufgespannt.
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Jede
Kette 80 arbeitet in einer Ebene parallel zu den Platten 20, 22 des
Gestells. Zwei Stellungen des Mechanismus existieren, in denen die
geometrische Ebene, die die geometrische Drehachse der Transmissionswelle 16 und
die Drehachse 76 der Fassung 82 enthält, tangential
zur Peripherie der Rolle 90 und zum Abschnitt 96 der
Kette wird. In einer dieser Stellungen, die in 1 und 2 sichtbar
ist, befindet sich die Fassung 82 zwischen der Welle 16 und
der Rolle 90, was einem unteren Totpunkt der Transmissionswelle 16 entspricht,
d.h. einer stabilen Gleichgewichtslage. In der anderen Stellung
befindet sich die Transmissionswelle 16 zwischen der Fassung 82 und
der Rolle 90, was einem oberen Totpunkt der Welle 16 entspricht,
d.h. einer instabilen Gleichgewichtslage. Die Länge der beiden Ketten 80 ist
so gewählt,
dass die beiden Ketten 80 nur einer sehr schwachen Spannung
ausgesetzt sind, nämlich einer
Spannung, die gerade ausreicht, um sie in den Rollen 90 zu
halten, wenn die Transmissionswelle 16 in ihre Stellung
eines unteren Totpunkts gebracht wird – und in dieser Stellung festgehalten
wird – und der
Sammler 10 sich in seinem entladenen Zustand befindet,
während
die erste Endplatte 30 auf den Polstern 64 ruht.
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Wie
in 4 gezeigt, bildet der zentrale Abschnitt einer
der Achsen 76 ausserdem eine Rolle 98, die mit
einer Nockenscheibe 100 eines Starthebels 102 zusammenwirkt.
Der Starthebel 102 wird von einem Drehzapfen 104 gehalten,
der auf das Gestell 18 montiert ist, und durch eine Startfeder 106 zurückgestellt,
die zwischen einem freien Ende des Hebels 102 und einem
am Gestell montierten Pflock aufgespannt ist. Diese Untergruppe
bildet eine Startvorrichtung. Wenn die Transmissionswelle 16 von
der Stellung des unteren Totpunkts zur Stellung des oberen Totpunkts übewechselt,
durchläuft
sie vorübergehend
eine Zwischenaufzugsstellung, in der die Rolle 98 auf die
Nockenscheibe 100 trifft. Während sich die Welle weiter
dreht, spannt die Rolle 98 den Starthebel 102.
Die Nockenscheibe 100 weist einen Scheitelpunkt 108 auf.
Kurz vor der Ankunft in der Stellung des oberen Totpunkts, zum Beispiel
ein Grad vor dieser Stellung, und zwar in einer Stellung, die als
Beginn der Mitnahme bezeichnet wird, quert die Rolle 98 den
Scheitel 108 der Nockenscheibe 100, so dass der
durch die Startfeder 106 zurückgestellte Starthebel 102 zu
einem Antrieb bezüglich
der Rolle 98 wird. Der Starthebel 102 bleibt Antrieb,
bis die Rolle 98 den Kontakt mit der Nockenscheibe 100 verliert,
nämlich etwa
fünf Grad
jenseits der Stellung des oberen Totpunkts, und zwar in einer Stellung,
die als Ende der Mitnahme bezeichnet wird.
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Die
Spannungsuntergruppe 12, von der ein Detail in 5 dargestellt
ist, umfasst ein Schaltrad 110, das fest mit der Transmissionswelle 16 verbunden
ist und mit fünf
Sperrklinken zusammenwirkt, nämlich
zwei auf einen manuellen Pumphebel 118 montierten Sperrklinken 112, 113,
zwei auf ein fest mit dem Gestell 18 verbundenes Abspanngestänge 120 montierten
Sperrklinken 114, 115 sowie einer auf einen motorisierten
Pumphebel 122 montierten Sperrklinke 122. Jede
Sperrklinke wird durch eine Torsionsfeder zu einer Stellung der
Ankopplung an das Schaltrad zurückgestellt.
Der manuelle Pumphebel 118 und der motorisierte Pumphebel 122 sind
beide drehbar auf die Transmissionswelle 116 montiert. Die
Sperrklinken 112, 113, 114, 115, 116 und
das Schaltrad bilden Freilaufkupplungen zwischen der Transmissionswelle 16 und
dem manuellen Pumphebel 118, zwischen der Transmissionswelle 16 und dem
motorisierten Pumphebel 122 und zwischen der Transmissionswelle 16 und
dem Gestell 18.
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Ein
freies Ende des manuellen Pumphebels 118 ist über einen
Untersetzungshebel 126, der sich bezüglich des Gestells um einen
Drehzapfen 128 dreht, und über zwei Transmissionspleuel 130, 132, die
den Transmissionshebel 126 einerseits mit einer Kurbel 134 einer
Eingangswelle 124 und andererseits mit dem manuellen Pumphebel 118 verbinden, mit
der Eingangswelle 124 verbunden. Das Ende der Eingangswelle 124 trägt einen
Schlüssel 134,
der den Einsatz einer abnehmbaren Kurbel 136 erlaubt, die
in 1 sichtbar ist. Wenn ein Bediener die Kurbel 136 um
eine Umdrehung dreht, führt
der Untersetzungshebel 126 eine Schwingung aus, die mit
einer Untersetzung an den manuellen Pumphebel 118 übertragen
wird, so dass der manuelle Pumphebel 118 eine Drehschwingung – hin und
zurück – von einer
Amplitude ausführt,
die etwa anderthalb Zähnen des
Schaltrades 110 entspricht. Jedenfalls ist der manuelle
Pumphebel 118 als eine Hilfsvorrichtung ausgelegt. Im normalen
Einsatz befindet er sich in einer Ruhelage, und zwar an einem Anschlag
am Bahnende 138 des Gestänges 120 ruhend.
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Ein
freies Ende des motorisierten Pumphebels 122 ist mit einer
Rolle 140 versehen, die mit einer Nockenscheibe 142 zusammenwirkt,
die auf einer Ausgangswelle 144 einer in 1 sichtbaren
Untersetzungsantriebsgruppe 146 festgekeilt ist. Die Untersetzungsantriebsgruppe 146 enthält zwei
Elektromotoren 148, 150, die an einem Rädergetriebe 152 angreifen,
das mit der Ausgangswelle 144 verbunden ist. Eine Rückstellfeder 154 sucht
den motorisierten Pumphebel 116 im Gegenuhrzeigersinn der 5 zurückzustellen.
Wenn die Ausgangswelle 114 eine ganze Umdrehung ausführt, führt der
motorisierte Pumphebel 116 eine Hin- und Rückschwingung
mit einer Winkelamplitude aus, die etwa 3,8 Zähnen des Schaltrades 110 entspricht.
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Die
beiden auf dem manuellen Pumphebel 118 sitzenden Sperrklinken 112, 113 bilden
zueinander einen Winkel, der 4,5 Zähnen des Schaltrades 110 entspricht.
Die beiden Sperrklinken 114, 115 des Abspanngestänges 120 bilden
zueinander ebenfalls einen Winkel, der 4,5 Zähnen des Schaltrades 110 entspricht.
Im normalen Einsatz bildet, wenn der manuelle Pumphebel 118 am
Anschlag 138 ruht, die Sperrklinke 114 des Abspanngestänges mit
der benachbarten Sperrklinke 113 des manuellen Pumphebels 118 einen
Winkel, der 5,25 Zähnen
des Schaltrades entspricht. Wenn das Schaltrad 110 zu einer
Drehung in der umgekehrten Richtung der durch die Sperrklinken erlaubten
ansetzt, kann es nicht mehr als einen Winkel überstreichen, der 0,25 Zähnen entspricht,
ohne durch eine der Sperrklinken gefasst und angehalten zu werden.
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Das
Schaltrad 110 ist mit einem zahnlosen Sektor 158 versehen,
der sich auf dem Niveau der durch den motorisierten Pumphebel 122 gehaltenen Sperrklinke 116 befindet,
wenn sich die Transmissionswelle 16 in der Nähe des oberen
Totpunkts befindet. Wenn sich der zahnlose Sektor 158 dem
motorisierten Pumphebel 122 gegenüber befindet, kann dieser eine
volle Schwingung ohne Last ausführen.
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Auf 6 Bezug
nehmend, trägt
die Transmissionswelle 16 ausserdem in klassischer Weise eine
Antriebsnockenscheibe 160, die mit einer Rolle 162 zusammenwirkt,
die auf eine Kurbel 164 montiert ist, die an der Schaltwelle 14 befestigt
ist. Die Nockenscheibe umfasst einen nicht antreibenden kreisförmigen Abschnitt
und einen antreibenden Abschnitt. Die Schaltwelle 14 ist
kinematisch mit zumindest einem beweglichen Kontaktelement 166 des Trennschalters
verbunden, und zwar über
eine kinematische Kette 168, die in rein schematischer
Weise dargestellt worden ist. Natürlich kann die Schaltwelle gleichzeitig
mehrere bewegliche Kontakte antreiben, wobei jeder einem Pol des
Schalters entspricht. Eine klassische Konfiguration umfasst drei
Pole, die den drei Phasen eines Dreiphasen-Stromnetzes entsprichen.
Die Welle 14 schwingt zwischen einer offenen Stellung und
einer geschlossenen Stellung, die zueinander einen Winkel von 55° bilden.
Beim Wechsel von ihrer offenen zu ihrer geschlossenen Stellung lädt die Welle 14 eine
Feder eines Sammlers elastischer potentieller Öffnungsenergie 170.
Ein Abzug 172 ist drehbar auf die Kurbel 164 der
Schaltwelle 14 montiert. Eine Feder 174 sucht
den Abzug 172 bezüglich
der Kurbel 164 vorspringen zu lassen. Der Abzug 172 bildet
eine Nase, die mit einer Zwischenrolle 176 zusammenwirkt,
die auf einem Untersetzungshebel 178 sitzt, der einen Zwischenriegel
bildet. Der Untersetzungshebel 178 dreht sich um eine Achse 180 und
trägt ausserdem
eine zweite Rolle 182, die mit einem drehbaren Öffnungsriegel 184 zusammenwirkt.
Der Öffnungsriegel 184 wird
durch eine (nicht dargestellte) Feder in die verriegelte Stellung
zurückgedrückt, aber
durch einen Öffnungssteuerriegel 186 zu
einer Stellung der Entriegelung gesteuert. Dieser Aufbau mit drei
Riegeln in Kaskade erlaubt eine Untersetzung der für die Entriegelung
erforderlichen Kräfte.
Die geometrischen Drehachsen der drei Riegel sind zueinander und
zu den geometrischen Drehachsen der Transmissionswelle 16 und der
Schaltwelle 14 parallel. Jeder der drei Riegel ist mit
einer (nicht dargestellten) Rückstellfeder
versehen, die ihn im Gegenuhrzeigersinn der 6 in eine verriegelte
Sstellung zurückzustellen
sucht. Der Öffnungssteuerriegel 186,
dessen Aufbau in 7 sichtbar ist, hat eine materielle
Achse 210, die einen halbmondförmigen Ausschnitt 212,
der mit dem Öffnungsriegel 184 zusämmenwirkt,
sowie zwei Steuerkurbeln 214, 216 aufweist. Ein
Ende 218 der Achse 210 ist in ein Lager montiert,
das von der Zwischenplatte 23 des Gestells gehalten wird,
während
ein zweites Lager 222 auf die Platte 20 montiert
ist. Die Steuerkurbel 216 wird durch ein elektromechanisches Öffnungssteuerrelais 190 mit
Elektromagneten angetrieben, das mit einem axial bewegten Tauchkolben 192 ausgerüstet ist.
Die Steuerkurbel 214 wird durch eine Spitze 224 angetrieben,
die auf einem drehbaren Steuergriff 226 sitzt. Der Griff 226 trägt ein Schwungrad 228,
das so aus der Platte 20 hervorsteht, dass es für einen
Bediener zugänglich
ist, wobei dieses Schwungrad fest mit einer materiellen Drehachse 230 verbunden
ist, von der ein Ende 232 in der Platte 20 drehbar
gehalten wird.
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Die
Antriebsnockenscheibe 160 ist übrigens mit einer versetzten
Achse versehen, die eine Rolle 194 trägt, die dazu bestimmt ist,
mit einem drehbaren Schliessriegel 196 zusammenzuwirken.
Der Schliessriegel 196 und der Schliesssteuerriegel 200 sind
drehbar und senkrecht zur Platte 20, also parallel zu den
Drehachsen der Transmissionswelle 16 und der Schaltwelle 14 montiert.
Beide werden durch Rückstellfedern
zurückgestellt,
die sie im Gegenuhrzeigersinn der 6 zu ihrer
verriegelten Stellung zurückzustellen
suchen. Dieser Aufbau mit zwei Riegeln in Kaskade ermöglicht eine
Untersetzung der für eine
Entriegelung erforderlichen Kräfte.
Der Schliesssteuerriegel 200 besitzt einen Aufbau, der dem
des Öffnungssteuerriegels 186 ähnlich ist,
wie aus 7 ersichtlich. Er weist eine
materielle Drehachse 240 auf, die einen halbmondförmigen Ausschnitt 242,
der mit dem Schliessriegel 196 zusammenwirkt, sowie zwei
Steuerkurbeln 244, 246 aufweist. Ein Ende 248 der
Achse 240 ist in ein Lager montiert, das von der Zwischenplatte 23 gehalten wird,
während
ein zweites Lager 250 auf die Platte 20 montiert
ist. Die drei materiellen Achsen 210, 230, 240 sind
parallel, so dass die geometrischen Drehachsen des Schliesssteuerriegels 200,
des Öffnungssteuerriegels 186 und
des Griffs 226 ebenfalls parallel sind. Die Steuerkurbel 246 wird
durch ein elektromechanisches Schliesssteuerrelais 202 mit Elektromagneten
angetrieben, das mit einem axial bewegten Tauchkolben 204 ausgerüstet ist.
Die Steuerkurbel 244 wird durch eine Spitze 254 angetrieben,
die auf dem drehbaren Steuergriff 226 sitzt.
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Das
Schwungrad 228 des Griffs 226 hat eine in 8 dargestellte
Vorderseite, die zum Bediener hin gerichtet ist. Es kann drei Stellungen
einnehmen: eine in 8 dargestellte neutrale Stellung,
eine Stellung der manuellen Öffnungssteuerung,
die einer Drehung um 90° im
Uhrzeigersinn der 8 entspricht, sowie eine Stellung
der manuellen Schliesssteuerung, die einer Drehung von 90° im Gegenuhrzeigersinn
der 8 entspricht, und zwar ausgehend von der neutralen
Stellung. Der Griff 226 wird durch einen in Biegung arbeitenden
Federdraht 260 zu seiner neutralen mittleren Stellung zurückgestellt.
Die Enden des Federdrahtes 260 ruhen auf zwei Stützachsen 262, 264,
während
sein mittlerer Abschnitt zwei Auflageflächen 266, 268 des
Schwungrades hält,
wobei die Auflagefläche 268 mit
der Spitze 254 koaxial ist. Wenn der Griff 226 von
seiner neutralen Stellung zu seiner manuellen Schliesssteuerstellung übergeht,
tritt die Spitze 254 mit der Kurbel 244 des Schliesssteuerriegels 196 in
Berührung
und dreht die Achse 240 und den Halbmond 242,
wodurch der Schliessriegel 196 freigegeben wird. Die Auflagefläche 266 ruht
auf dem Federdraht 260, der sich biegt und den Griff in
seine neutrale Stellung zurückzuführen sucht,
so dass der Griff in die Stellung zurückkehrt, sobald der Bediener
ihn loslässt.
Ebenso dreht die Spitze 224 die Kurbel 214 des Öffnungssteuerriegels 186,
die Achse 210 und den Halbmond 212, wenn der Griff 226 von
seiner neutralen Stellung in seine manuelle Öffnungsstellung übergeht,
wodurch der Öffnungsriegel 184 freigegeben
wird. Gleichzeitig ruht die Auflagefläche 268 auf der Feder 260,
die sich biegt und den Griff 226 in seine neutrale Stellung
zurückzuführen sucht.
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Wenn
die Rolle 194 durch den Riegel 196 blockiert wird,
befindet sich die Transmissionswelle 16 etwa einen Grad
jenseits der Stellung des oberen Totpunkts. Diese Stellung des Mechanismus
wird im folgenden Text als gespannte Stellung bezeichnet und entspricht
einer komprimierten Stellung des Federsammlers 10, die
als die geladene Stellung des Sammlers 10 bezeichnet wird.
Es sei bemerkt, dass der Sammler 10 sehr geringfügig über seine
geladene Stellung hinaus zusammengedrückt wird, wenn der Mechanismus
den oberen Totpunkt durchläuft.
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Die
Transmissionswelle 16 umfasst ausserdem eine in 7 sichtbare
Nockenscheibe 204 für erneute
Spannung, wobei die Kurbel 70 hier absichtlich weggelassen
wurde. Die Nockenscheibe 204 für erneute Spannung wirkt mit
einem Kipphebel 206 zusammen, der einen elektrischen Kontakt 208 antreibt.
Der elektrische Kontakt 208 ermöglicht die Öffnung und Schliessung eines
Speisekreises der beiden Elektromotoren 148, 150 des
Untersetzungsantriebs.
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Jetzt
wird die Funktion des Mechanismus unter der Annahme beschrieben,
dass am Anfang die Transmissionswelle 16 sich in gespannter
Stellung und die Schaltwelle 14 in offener Stellung befindet.
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In
der gespannten Stellung wird die Transmissionswelle 16 in
unmittelbarer Nähe
des oberen Totpunkts, aber geringfügig über ihn hinaus durch ein Einhaken
gehalten, das durch den Schliessriegel 196 realisiert wird.
Die Federn 26 des Sammlers 10 sind gespannt und üben auf
die beiden Endplatten 30, 32 einen bedeutenden
Druck aus, der die Platten 30, 32 voneinander
zu entfernen sucht. Die zweite Endplatte 32 ruht auf den
Auflageflächen 58,
während
die erste Endplatte 30 durch die beiden Ketten 80 an
Ort und Stelle gehalten wird. Jedenfalls haben die durch die Ketten 80 auf
die Kurbeln 70, 72 übertragenen Kräfte auf
Grund der Stellung der Kurbeln 70, 72 und der
Reibungen des Mechanismus ein sehr geringes oder gar kein Moment
bezüglich
der Drehachse der Welle 16. Der Starthebel 102 ist
in einer Antriebsstellung bezüglich
der Kurbel 72 und übt
auf diese eine der Eichung der Startfeder 106 entsprechende
tarierte Kraft aus. Die Steuernockenscheibe 204 für erneute
Spannung wirkt nicht auf den Kipphebel 206 ein, so dass
der elektrische Kontakt 208 offen ist und die Motoren 148, 150 angehalten
sind.
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Von
der gespannten Stellung ausgehend, bewirkt ein manueller Schliessbefehl über den
Griff 226 oder ein elektrischer Schliessbefehl über das Schliessteuerrelais 202,
dass der Schliesssteuerriegel 200 sich so dreht, dass der
Schliessriegel 196 freigegeben wird. Die Rolle 194 treibt
dann den Riegel 196 im Uhrzeigersinn, wodurch die Transmissionswelle 16 freigegeben
wird. Der Starthebel 102 wirkt dann als Antrieb. Er treibt
die Rolle 98 und mit ihr die Transmissionswelle 16 mit
einem kalibrierten Moment um einige Grade bis zu einer Stellung,
wo die Mitnahme endet und die sich 5° vom oberen Totpunkt befindet.
Noch ehe die Transmissionswelle 16 diese Stellung beendeter
Mitnahme erreicht hat, verlässt
sie das Reibungs-Winkelsegment, das einem Winkel von ± 3° um die Stellung
des oberen Totpunkts herum entspricht, so dass die Ketten 80 nunmehr
ein Antriebsdrehmoment auf die Kurbeln 70, 72 übertragen.
In dieser allerersten Phase des Schliessens bleibt die Schaltwelle 14 unbewegt,
da sich die Rolle 162 noch auf einem Abschnitt der Antriebsnockenscheibe
bewegt, der kreisförmig
und auf die Drehachse der Steuerwelle 16 zentriert ist.
Dadurch wird die durch die Startfeder 106 zu liefernde
Arbeit begrenzt.
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Sobald
die Winkelstellung erreicht ist, in der die Ketten 80 antreibend
werden können,
strecken sich die Federn 26 des Sammlers 10 und
bewirken eine Drehung der ersten Endplatte 30, der beiden Ketten 80 und
der Transmissionswelle 16. Die zweite Endplatte 32 ruht
weiter auf den Auflageflächen 58. Die
Antriebsnockenscheibe 160 beginnt, die Kurbel 164 anzutreiben,
wenn Rolle 162 auf dem nicht kreisförmigen Antriebsabschnitt der
Nockenscheibe zu rollen beginnt, was einer vorübergehenden Stellung des beginnenden
Antriebs der Transmissionswelle 8° von
der Stellung des oberen Totpunkts entspricht. Von der Nockenscheibe 160 angetrieben
schwenkt die Kurbel 164 der Schaltwelle 14 von
der offenen in die geschlossene Stellung. Die Transmissionswelle 16 überträgt daher
in dieser Phase die kinetische Energie des Energiesammlers 10 auf
die Schaltwelle 14.
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Wenn
die Schaltwelle 14 an der geschlossenen Stellung ankommt,
zieht sich die Nase des Abzugs 172 bei Berührung mit
dem Zwischenriegel 178 zurück und tritt dann unter dem
Druck der Abzugsfeder 174 wieder heraus. Der Druck der
Feder des Öffnungsenergiesammlers 170 sucht
die Nockenscheibe im Uhrzeigersinne zu drehen, so dass der Abzug 172 zum
Anschlag am Zwischenriegel 178 gelangt, und drängt den
Zwischenriegel 178 im Uhrzeigersinn. Der Zwischenriegel 178 gelangt
zum Anschlag am Öffnungsriegel 184 und
drängt
diesen im Uhrzeigersinn. Der Öffnungsriegel 184 gelangt
seinerseits zum Anschlag am Öffnungssteuerriegel 186,
wo er sich durch den Halbmond 212 in verriegelter Stellung blockiert
findet, und realisiert so eine Verriegelung der Schaltwelle 14 in
geschlossener Stellung. Ehe sie die Stellung des unteren Totpunkts
erreicht, verliert die Nockenscheibe 160 bei 165° von der Stellung des oberen
Totpunkts ihren Kontakt mit der Rolle 162, wo durch die
Schaltwelle 14 von der Transmissionswelle 16 abgekoppelt
wird. In der nachfolgenden Phase erneuter Spannung steht die Antriebsnockenscheibe 160 nicht
mehr mit der Rolle 162 in Berührung, und die Bewegung der
Transmissionswelle 16 ist von der der Schaltwelle 14 unabhängig.
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Kurz
bevor die Transmissionswelle 16 ihre Stellung des unteren
Totpunkts erreicht, beginnt die Steuernockenscheibe 160 für erneute
Spannung, den Kipphebel 206 in eine Stellung der Betätigung des
elektrischen Kontakts 208 zu bewegen. Dieser Kontakt schliesst
einen Versorgungskreis der Motoren 148, 150, die
damit beginnen, die Untersetzungsgetriebe 152 anzutreiben.
Der motorisierte Pumphebel 122 führt Schwingungen aus, aber
die Klinke 116 rastet nicht im Schaltrad 110 ein,
solange die Winkelgeschwindigkeit des Rades 110 grösser als
die Winkelgeschwindigkeit des Pumphebels 122 ist. So kann der
Untersetzungsantrieb allmählich
seinen Funktionszustand erreichen, ehe er damit beginnt, in einer darauffolgenden,
später
beschriebenen Phase die Transmissionswelle 16 anzutreiben.
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Wenn
die Transmissionswelle 16 ihre Stellung des unteren Totpunkts
erreicht, erreicht die erste Endplatte 30 eine als entladene
Stellung bezeichnete Übergangsstellung
bezüglich
des Gestells 18, die dem entladenen Zustand des Sammlers 10 entspricht.
Die Muttern 44 der Stangen 34 des Sammlers 10 erreichen
die Anschläge 42 am
Bahnende. In dieser Übergangsstellung
steht die zweite Endplatte 32 noch mit den Auflageflächen 58 in
Berührung, während die
erste Endplatte 30 gerade mit den Polstern 64 in
Berührung
kommt, so dass die Anschläge 44 am
Bahnende allein die Abfederung des Stosses übernehmen.
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Während der
Streckung der Federn 26 hat die erste Platte 30 eine
bedeutende kinetische Energie erworben. Sobald die Muttern 44 mit
den Anschlägen 42 am
Bahnende in Berührung
kommen, bildet die zweite Platte 32 zusammen mit der ersten eine
starre Baugruppe, und diese Gruppe sucht sich von ihrem Halt auf
den Auflageflächen 58 zu
lösen und
bei Anlaufen der ersten Platte 30 als Ganzes wegzubewegen.
Diese Energie genügt,
um eine Verlängerung
der Ketten 80 durch elastische Verformung hervorzurufen.
Die erste Endplatte 30 dringt dann in die Polster 64 ein,
die sich zusammendrücken.
Unter der Wirkung dieser gemeinsamen Beanspruchungen wird die Endplatte 30 stark
abgebremst, bis ihre Geschwindigkeit null wird.
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Auf
Grund des verhältnismässig grossen
kinetischen Moments der Transmissionswelle 16 und der fest
mit ihr verbundenen, bewegten Massen sucht die Transmissionswelle 16 ihre
Bewegung über den
unteren Totpunkt hinaus fortzusetzen und löst eine Bewegung erneuter Spannung
aus, indem sie die Ketten 80 ein wenig mehr dehnt. Die
Polster 64 suchen ihre ursprüngliche Gestalt wieder einzunehmen
und die Endplatte 30 zurückzustossen, indem sie ihr
so einen Teil der Energie zurückerstatten,
die sie aufgenommen haben. In ähnlicher
Weise suchen die Ketten 80 ihre ursprüngliche Länge wieder zu erlangen. Diese
Wirkungen summieren sich, um die Endplatte 30 sofort in
der Richtung auf erneute Spannung zu stossen. In der Praxis stellt
man fest, dass die Berührung
zwischen der Platte 30 und den Polstern 64 lediglich
zu einem Rückprall
führt.
Ausserdem muss unterstrichen werden, dass diese Phase sehr rasch
abläuft
und dass die beschriebenen Verformungen von einer sehr geringen
Amplitude sind. Um eine Vorstellung zu geben, liegt die Amplitude
des überschrittenen
Weges der ersten Endplatte 30, die dem Eindringen in die
Polster 64 und in etwa dem Abheben der zweiten Platte 32 entspricht,
in der Grössenordnung
von etwa zehn Millimetern.
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Unter
der Einwirkung der kinetischen Energie der Transmissionswelle 16 und
der mit ihr fest verbundenen, bewegten Massen legt die Transmissionswelle 16 fast
ein Drittel des Weges erneuter Spannung zurück, während sie allmählich abgebremst
wird, bis das Schaltrad 110 die Ankopplung der Transmissionswelle
an den Reduktionsantrieb bewirkt. In dieser Phase spielt die Transmissionswelle 16 die
Rolle eines Schwungrades. Der Mechanismus ermöglicht es also, in dieser Phase
einen bedeutenden Teil der Energie zurückzugewinnen, die beim Durchgang
durch den unteren Totpunkt im Mechanismus verfügbar ist, und daher in der
nachfolgenden Phase erneuter Spannung des Sammlers 10 beträchtliche
Zeit zu gewinnen, was jetzt beschrieben wird.
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Unter
der Einwirkung der Federn 26 des Sammlers 10 verringert
sich die Drehgeschwindigkeit der Transmissionswelle 16 auf
null, und die Welle 10 sucht in der umgekehrten Richtung
zu starten. Sofort hakt dann eine der vier unbeweglichen Sperrklinken 112, 113, 114, 115 in
das Schaltrad 110 ein, sofern dieses nicht nach seiner
eigenen Schwingung direkt durch die Sperrklinke 116 des
motorisierten Pumphebels 122 einrastet wurde. Durch die
gestufte Anordnung der vier Klinken 112, 113, 114, 115 kann
jedenfalls gewährleistet
werden, dass die Welle 16 eingehakt ist, ehe sie mehr als
ein Viertel des Winkelsegments eines Zahnes des Schaltrades in der
umgekehrten Laufrichtung zurückgelegt
hat. Dadurch kann folglich der Stoss begrenzt werden, den die Sperrklinke
erleidet, die das Schaltrad 110 einrastet. Dann übernimmt
der motorisierte Pumphebel 122 das Schaltrad 110 und
veranlasst es, bei jeder seiner antreibenden Halbschwingungen ein
Winkelsegment zurückzulegen,
das 3,5 Zähnen
entspricht. Während jeder
nicht antreibenden Halbschwingung, bei der die Nockenwelle 142 den
motorisierten Pumphebel 122 freigibt und die Feder 154 den
Hebel 122 im Gegenuhrzeigersinn der 5 zu seiner
Stellung am Bahnende zurückstellt,
ruht das Schaltrad 110 an der einen oder anderen der vier
Sperrklinken 112, 113, 114, 115.
Die Transmissionswelle 16 gewährleistet die Übertragung
der durch die Motoren 148, 150 erzeugten mechanischen
Energie an den Sammler 10. Die Federn 26 des Sammlers 10 werden
weiter zusammengedrückt,
bis die Transmissionswelle 16 ihren oberen Totpunkt erreicht.
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Während die
Transmissionswelle 16 ihre Bewegung in Richtung auf den
oberen Totpunkt fortsetzt, trifft die Rolle 98 der Kurbel 72 auf
den Starthebel 102 und führt diesen in Richtung auf
eine Stellung der Spannung, indem die Startfeder 106 gedehnt wird.
Kurz bevor die Transmissionswelle 16 ihren oberen Totpunkt
erreicht, läuft
die Rolle 98 über
den Scheitelpunkt der Nockenscheibe 100 des Starthebels 102,
so dass der Starthebel 102 antreibend wird. Etwa gleichzeitig
findet sich die Sperrklinke 116 des motorisierten Pumphebels 122 vor
dem zahnlosen Winkelsegment 158 des Schaltrades 110,
während die
Steuernockenscheibe 204 für erneute Spannung den Kontakt 208 freigibt,
der den Versorgungskreis der Motoren 148, 150 unterbricht.
Selbst wenn die Elektromotoren nicht augenblicklich anhalten, gewährleistet
das Fehlen von Zähnen
die Entkopplung des motorisierten Pumphebels 122 von der
Transmissionswelle 16. Die Transmissionswelle 16 durchläuft den
oberen Totpunkt unter dem Druck des Starthebels 102, bis
die Rolle 194 der Antriebsnockenscheibe 160 mit
dem Schliessriegel 196 in Berührung kommt. Der Riegel wird
im Uhrzeigersinn gedrückt, aber
durch den Halbmond 242 des Schliesssteuerriegels 200 in
der Stellung der 6 blockiert.
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Die
Transmissionswelle 16 hält
dann in gespannter Stellung an. Die Steueruntergruppe befindet sich
dann im gespannten und geschlossenen Zustand, wie in 6 dargestellt.
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Was
die Schaltwelle 14 betrifft, so wird ihre von der geschlossenen
Stellung ausgehende, weitere Bewegung von der Öffnungsfeder 170 und
vom Öffnungsriegel 184 diktiert.
Der manuell durch Drehung des Griffs 226 oder elektrisch über das
elektromechanische Relais 190 gegebene Öffnungsbefehl wird zum Öffnungssteuerriegel 186,
zum Öffnungsriegel 184 und
zu dem durch den Untersetzungshebel 178 gebildeten Zwischenriegel übermittelt, wobei letzterer
sich zurückzieht
und den Abzug 172 freigibt. Die Schaltwelle 14 wechselt
dann unter der Einwirkung der Feder des Öffnungsenergiesammlers 170, der
sich entlädt,
von der geschlossenen zur geöffneten
Stellung, ohne dass die Rolle 162 auf die Antriebsnockenscheibe 160 trifft.
Nach ihrer Ankunft in der Öffnungsstellung
wird die Schaltwelle 14 durch (nicht dargestellte) Anschläge am Bahnende
angehalten, und Rolle 162 tritt wieder mit der Nockenscheibe
in Berührung,
wenn diese ihre erneute Spannung beendet hat.
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Natürlich sind
verschiedene Abwandlungen möglich.
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Die
betroffenen Schaltgeräte
können
von jedem Typ sein, insbesondere ein Hochspannungs-Ausschalter oder
ein Hochspannungs-Unterbrecher. Der betrachtete Spannungsbereich
umfasst mittlere wie auch sehr hohe Spannungen.
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Der
Untersetzungsantrieb kann durch nur einen Elektromotor angetrieben
werden.
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Der
Mechanismus kann nur eine Zugkette haben. Die Kette oder Ketten
können
durch elastische Verbindungen jeden Typs ersetzt werden, die eine
Zugkraft ausüben
können,
zum Beispiel einen Riemen oder ein Seil. Natürlich besteht ein Interesse, eine
elastische Verbindung zu wählen,
die eine bestimmte Elastizität
besitzt. In der Praxis genügt
die Elastizität
klassischer Gelenkzugketten dafür,
eine Streckung der Kette beim Durchgang durch den unteren Totpunkt
zu ermöglichen.
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Die
gespannte Stellung kann geringfügig
vor oder geringfügig
hinter der Stellung des oberen Totpunkts liegen, und zwar in dem
Reibungswinkelsegment, wo die Zugketten keine Antriebswirkung auf
die Transmissionswelle haben können.
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Zugfedern
können
anstelle der Druckfedern als die Federn des Energiesammlers verwendet
werden, wenn die allgemeine Platzbeanspruchung dies zulässt.
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Im
entladenen Zustand des Sammlers können die Federn 26 noch
leicht zusammengedrückt sein,
was ihre Bewegung begrenzt, während
sie den Stössen
beim Durchgang durch den unteren Totpunkt unterworfen sind. Der
entladene Zustand ist immer der Zustand, in dem die Federn 26 keine
Energie mehr an die Platte 30 abgeben können, und entspricht der Stellung,
wo die Muttern 44 auf die Anschläge 42 treffen.
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Die
durch die Pumphebel 118 und 122 dargestellten,
diskontinuierlichen Übertragungsorgane können durch
kontinuierliche Übertragungsorgane ersetzt
werden. Die Freilaufkupplungen können durch
andere Mittel als einen Mechanismus mit Schaltrad 110 und
Sperrklinken 112, 113, 114, 115, 116 realisiert
werden, zum Beispiel mit Kugeln oder mit Zwischenrollen für eine Kupplung
zwischen zwei zylindrischen Oberflächen.
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Die
Start-Untergruppe kann von jedem Typ sein, der es gestattet, über einen
Abschnitt des Weges der Welle in der Nähe der gespannten Stellung eine
Kraft auf diese auszuüben.
Es kann sich zum Beispiel um eine Vorrichtung mit einem in Translation beweglichen
Schieber handeln. Diese Untergruppe wirkt nicht notwendigerweise
auf die Kurbel 72, da jedes fest mit der Welle verbundene
Element ebenfalls dienen kann. Es kann vorgesehen werden, dass der Aufzug
der Startfeder nicht über
die Transmissionswelle erfolgt, sondern zum Beispiel direkt durch
den Untersetzungsantrieb.
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Die
Anzahl der Zwischenriegel zwischen dem Schliessriegel und dem entsprechenden
Relais auf der einen Seite und dem Öffnungsriegel und dem entsprechenden
Relais auf der anderen Seite wird in Abhängigkeit von der erforderlichen
Kraftuntersetzung gewählt.