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Zwanglaufgetriebe für das gemeinsame Schalten und getrennte Bewegen
der beiden Schaltglieder eines Leistungsschalters mit zwei Unterbrechungsstellen
in einem Stromkreis Gegenstand des Hauptpatents ist ein Leistungsschalter mit zwei
Unterbrechungsstellen in einem Stromkreis und einem zwischen den Schalterantrieb
und die Schaltglieder eingeschalteten Zwanglaufgetriebe für das gemeinsame Schalten
der beiden Unterbrechungsstellen, welches die Schaltstücke derart zwangläufig bewegt,
daß die Schaltbewegungen in der Ein- und Ausschaltrichtung in der gleichen zeitlichen
Reihenfolge ausgeführt werden, so daß also das eine Schaltglied das Einschalten,
das andere dagegen das Ausschalten des Stromkreises übernimmt.
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Bei einer der im Hauptpatent angegebenen Ausführungsform besitzt das
Zwanglaufgetriebe eine doppelte Führungsbahn. Durch Umsteuerung an den Hubenden
ist das eine Schaltglied bei der Einschaltung auf der einen und bei der Ausschaltung
auf der anderen Bahn geführt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein anderes,
besonders zweckentsprechendes, umsteuerndes Zwanglaufgetriebe, bei dein für das
gemeinsame Schalten und getrennte Bewegen der beiden Schaltglieder einer Schalteranordnung
nach Art des Hauptpatents nur eine einfache Führungsbahn erforderlich ist. Erfindungsgemäß
besteht es aus einem Antriebsteil und einem mit diesem Antriebsteil begrenzt beweglich
verbundenen Führungsteil. Der Antriebsteil ist mit dem zuerst bewegten Schaltglied
fest verbunden und kommt am Ende jeder Bewegung mit dem nacheilenden Schaltglied
in Anschlag. Das Führungsglied sperrt das nacheilende Schaltglied während der Hauptteile
der Antriebswege und ändert, beispielsweise sprunghaft, in den Schlußteilen der
Antriebswege seine relative Lage zum Antriebsglied.
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Ein solches Zwanglaufgetriebe verhindert selbsttätig unerwünschte
rückläufige Bewegungen des einschaltenden Schaltgliedes. Auch eine Verriegelung
des einen Schaltgliedes sowohl in der Einschalt- wie in der Ausschaltstellung läßt
sich durch das Zwang-
Laufgetriebe nach der Erfindung mittels des
Führungsgliedes auf einfache Weise erreichen. Eine derartige gegenseitige Verriegelung
war bei einer bereits bekannten Schalteranordnung mit zwei nacheinander zu betätigenden
Schaltstellen nur durch Anwendung besonders zu steuernder, außerhalb des Getriebes
liegender Verriegelungsmittel erreichbar.
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Der Führungsteil ist besonders geeignet, außer der Sperrwirkung noch
eine Reihe anderer wichtiger Wirkungen auszuüben. So kann er vor allem mit dem treibenden
Getriebeteil durch eine sich bei der Relativbewegung spannende Feder verbunden sein
und mit den Anschlaghebeln des treibenden Getriebeteiles nach Art eines Kniehebels
zusammenwirken, welcher zu beiden Seiten seiner Strecklage arbeitet. Beim Hineindrücken
in die Strecklage wird der Führungsteil zur Seite gedrückt und dadurch die Feder
gespannt, so daß die Federkraft beim Hinausdrücken über die Strecklage eine Einschaltkraft
auf das geführte Schaltglied ausübt, wodurch das Schaltglied mit großer Kraft in
die Einschaltlage gedrückt wird. Diese Art der Wirkung hat den weiteren großen Vorteil,
daß selbst dann, wenn vor der Vollendung der Einschaltbewegung eine Umkehr der Drehrichtung
des Schaltergetriebes stattfindet, das geführte Schaltglied, welches gewöhnlich
das Trennmesser ist, durch den gespannten Führungsteil in die Schließstellung bewegt
und somit ein Wiederöffnen und das Entstehen von langen Lichtbögen am Trennmesser
vermieden wird.
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Der Führungsteil kann weiter vermöge seiner federnden Befestigung
eine schlagdämpfende Wirkung ausüben, die dadurch zustande kommt, daß .beim Anschlag
des Antriebshebels an das Schaltglied zunächst der federnde Führungsteil zur Seite
gedrückt werden muß, bevor sich das Schaltglied weiter bewegen kann. Diese Dämpfung
ist besonders vorteilhaft für Hochleistungsschalter, deren Schaltglieder mit großer
Beschleunigung (Kontaktgeschwindigkeiten von 8 m in der Sekunde und darüber) ein-
und ausgeschaltet «-erden.
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Der Führungsteil kann insbesondere als ein Segment mit kreisförmiger
Führungsbahn ausgeführt sein, welches, durch eine Mittelstellungsfeder begrenzt,
drehbar zwischen zwei starren, um einen Winkel versetzten Anschlaghebeln gehalten'wird.
Der zwischen den Anschlaghebeln eingeschlossene Winkel beträgt dabei den größeren
Teil des gesamten Schaltwinkels. Zweckmäßig werden die Ablaufenden der kreisförmigen
Segmentbahn schräg zur Kreistangente abgeschrägt, wodurch das Segment eine Art Keilwirkung
auf das einzuschaltende Schaltglied ausübt, welche in %@erbitidung mit der oben
beschriebenen Kniehebelwirkung besonders wirksam sein kann.
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U m die zwangläulige Fiilirung des Trennschaltgliedes im letzten Teil
der Einschaltbewegung zu sichern, kann am geführten Hebelarm des Trennschaltgliedes
eine Gegenkurve für den Anschlag des Antriebhebels vorgesehen sein, welche im letzten
Teil der Einschaltbewegung das Trennschaltglied auch bei einer Ausschaltbewegung
zwangläufig führt, derart, daß es durch eine Ausschaltdrehung des Antriebliebels
im ersten Teil der Endbewegung in der Ausschaltrichtung mitgenommen wird, im zweiten
Teil der Endbewegung dagegen in die Ausschaltstellung gedrückt wird. Diese zwangläufige
Führung ist auch als Ergänzung im Falle der Verwendung des oben beschriebenen Führungssegmentes
vorteilhaft, da sie gerade in jenem Teil der Schaltbewegung wirksam ist, wo das
Trennschaltglied nicht mehr auf der Kreisbahn des Segmentes geführt ist, sondern
zwischen Segment und Anschlag.
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Die Fig. i bis 7 stellen eine Ausführungsform eines Zwanglaufgetriebes
nach der Erfindung dar. Die Fig. i zeigt eine Vorderansicht, die Fig.2 eine Seitenansicht
des Getriebes. H ist die im Getriebegehäuse 4 des Hauptpatents gelagerte Hauptschaltachse,
und A ist die Achse des Trennschaltgliedes 9. 30, 31 und 32 sind die Lager für die
Achsen H und A, «-elche in dem Getriebegehäuse 4 befestigt sind. S
ist der Schalthebel des Schaltstiftes 7 nach dem Hauptpatent. S, und S2 sind die
Schalthebel für das Trennungsschaltglied 9, die gegeneinander um einen Winkel c
versetzt sind, der etwas kleiner ist als der Gesamtschaltwinkel a des antreibenden
Getriebeteiles, der durch die drei Schalthebel S, S, und S2 gebildet wird. Diese
sind miteinander starr gekuppelt, z. B. durch Klauenkupplungen. F ist eine Segmentscheibe,
«-elche drehbar auf der Nabe der Schalthebelgruppe S,, S2 gelagert ist. Diese Segmentscheibe
ist der Führungsteil, welcher den Zwanglauf der beiden Schaltglieder 7 und 9 vermittelt.
Sie ist durch eine Mittelstellungsfeder 33 mit der Schalthebelgruppe verbunden.
Die Mittelstellungsfeder besitzt zwei verlängerte Schenkel 34 und 35, welche mit
Stiften 36, 37 und 38, 39 zusammenarbeiten. Die Stifte 36, 37 und 38 sind mit der
Segmentscheibe F verbunden. Der Stift 39 sitzt in dem Antriebshebel S2. Wird somit
die Antriebshebelgruppe festgehalten und das Segment F im Linksdrehsinn gedreht,
dann legt sich der an dem Segment befestigte Stift 36 gegen den Schenkel 34 der
Nullstellungsfeder 33, und diese wird gespannt, da ihr Schenkel 35 durch den am
Schalthebel S=
befestigten Stift 39 festgehalten -wird.- Sie kann
so lange gespannt werden, bis der Stift 38. sich gegen den Federschenkel
35 legt und dadurch die relative Verdrehung des Segmentes F gegen -die Schalthebel
S1 und S= begrenzt.
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.In der umgekehrten Drehrichtung der Seginentscheibe F legt -sich
der Segmentstift 36 gegen den Fedexszhenkel35, und die Nullstellungsfeder 33 wird
daher so lange gespannt, bis sich der Segmentstift 37 gegen den festgehaltenen Federschenkel
34 legt. Die Segmentscheibe F ist also zwischen den Antriebshebeln S1 und S2 unter
Spannung der Feder 33 .begrenzt drehbar angeordnet.
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Der Schalthebel S2 trägt den als Rolle ausgebildeten Anschlag 40,
und der Schalthebel S1, welcher .an seinem oberen Ende gekröpft -ist, trägt .den
ebenfalls als Rolle ausgebildeten Anschlag 41- Mit Hilfe dieser Anschläge bewegen
die Schalthebel S,-und S2 den Trennschalter 9. T ist der geführte und angetriebene
Hebelarm -des Trennschaltgliedes 9. Dieser Hebelarm trägt in einem mittleren Ausschnitt
eine Rolle 42, welche um - eine Achse 43 drehbar ist. Mit Hilfe dieser Rolle wird
der Hebelarm T auf dem Kreisumfang der Segmentscheibe F geführt. Außerdem besitzt
der Hebelarm T nach Führungskurven geformte Führungsnuten 44 und 45. In diese Führungsnuten
greifen die beiden als Rollen ausgebildeten Anschläge 4o bzw. 41 der Schalthebel
S2 und S1 ein. Die Führungskurve der Nut 4.4 wird durch eine Gegenkurve 46 -und
die Führungskurve der Nut 45 durch die Gegenkurve 47 ergänzt. Diese Gegenkurven
sind in einer ganz besonderen Weise ausgestaltet und angeordnet, so daß nur im letzten
Teil des Hubes eine zwangläufige Führung der Rollen in der Nut stattfindet. Eine
weitere Wirkung dieser Gegenkurven wird in dem Nachstehenden beschrieben.
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Die Seginentscheibe F besitzt eine kreisrunde Segmentbahn 48, deren
beide Enden 4.9 und 5o schräg zur Tangente der Kreisbahn 48 verlaufen. . Diese Formgebung
der Ablaufenden der Segmentbahn ist von besonderer Bedeutung für das Arbeiten der
Seä mentscheibe. In Fig. r steht die Segmentscheibe F in ihrer Mittelstellung in
bezug auf die Schalthebel S1 und S2. Hierbei stehen die Rollen 40 und 41 genau über
den Punkten 51 und _52 der Segmentbahn, wo die schrägen Auflaufkanten 49, So beginnen.
Bei der stärksten relativen Verdrehung der Segmentscheibe F gegenüber dem Schalthebel
S1, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, liegt dagegen die- äußerste ,Kante 53 der
Segmentbahn bereits rechts von der Verbindungsgeraden zwischen Mittelpunkt der Rolle
41 und Achse H. Die Fig. 3, 4, j, 6 und 7 zeigen die aufeinanderfolgenden Schaltstellungen
des Getriebes bei der Ausschaltung: -Für die Erklärung der Wirkungsweise wird von
der Ausschaltstellung 7 ausgegangen.
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Aus dieser Stellung möge der Schalter eingeschaltet werden. Der Gesamtschaltwinkel,
welchen dabei der treibende Getriebeteil zurücklegt, ist mit a bezeichnet. Der Gesamtschaltwinkel
des Trennschalters ist b. In der Stellung (Fig. 7) liegt die Rolle 4o des Schalthebels
S2 an der Führungskurve der Nut 4.4 des Hebelarmes T an und sperrt dadurch das Trennmesser
9 in der Einschaltrichtung. Mit der Führungsrolle 42, die sich in Fig. 7 mit der
Rolle 4o deckt, sitzt der Hebelarm T gerade auf der Kreisbahn der Segmentscheibe
auf. Wird nun durch die Einschaltkraft das Schalthebelsystem S, S1 und S2 in der
Rechtsdrehrichtung gedreht, so tritt die Rolle 40 aus der Nut 44 des Hebelarmes
T heraus. Die Führungsrolle 42 rollt dabei auf der Segmentbahn 48.
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Fig. 6. zeigt das Getriebe in dieser ersten Phase der Einschaltbewegung.
Der Schalthebel S hat etwa den dritten Teil des Einschalt"vinkels a zurückgelegt.
Das Trennmesser 9 wird in der Ausschaltstellung durch die die Führungsrolle 42.
blockierende Segmentscheibe F gesperrt. Die Segmentscheibe befindet sich dabei in
ihrer oben beschriebenen Mittelstellung mit Bezug auf die Schalthebel S1 und S2
und bleibt in dieser Stellung, bis bei der weiteren Drehung der Punkt 5 z der Ablaufkante
unter die Führungsrolle4.'2 gelangt. -Der Führungspunkt 54, in welchem die Rolle
42 sich mit der Segmentbahn berührt, liegt dabei links von der Verbindungsgeraden
der Achsen ü4 und H. Die Verbindungsgeraden 54-.4 und 54.-H bilden also miteinander
einen stumpfen Winkel.
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In der in Fig. 5 dargestellten Stellung hat sich die Schalthebelgruppe
noch weiter nach der Einschaltstellung hin bewegt. Der Schalthub des Schalthebels
S ist fast vollendet. Einen Augenblick vor der in Fig.5 dargestellten Stellung ist
die Anschlagrolle 41 des Schalthebels S1 mit der Kurve 45 des Hebelarmes T in Anschlag
gekommen. Sie hat dadurch das Trennschaltmesser 9 um einen kleinen Winkel d gegen
die Einschaltlage zu gedreht. Durch die Drehung des Hebelarmes T hat sich
der stumpfe Winkel A-42-H etwas gestreckt, und dadurch wurde durch die über die
schräge Ablaufkante 49 der Segmentbahn abrollende Rolle 42 die Segmentscheibe F
im Rechtsdrehsinn zur Seite gedrückt. Die Kullstellungsfeder 33 wurde dabei gespannt,
wie aus der gegenseitigen Stellung der Stifte 39 und 36 in Fig. 5-ersichtlich ist.
Das Segment drückt also von nun an
mit der Kraft der gespannten
Feder von rechts nach links gegen die Führungsrolle 42. Durch die Federung des Segmentes
wird der Schlag aufgenommen, mit welchem die Rolle 42 auf den Hebelarm 1' auftrifft.
Das federnde Segment wirkt also schlagdämpfend.
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In der in Fig. 4 dargestellten Stellung haben sich die Hebel noch
weiter in der Einschaltrichtung gedreht. Die Rolle 41 des Schalthebels S1 hat dabei
den Hebelarie T@ so weit gedreht, daß die Führungsrolle 42 genau in die Verbindungsgerade
der Achsen: i und H gelangt. In dieser Strecklage hat die Rolle 4-2 die Seginentscheibe
F so weit nach rechts zur Seite gedrückt, daß die Rolle hinter dem Endpunkt 53 der
Segmentbahn steht. Die Nullstellungsfeder 33 des Segmentes weist in dieser Stellung
die stärkste Spannung auf, wie aus der Stellung der Stifte 36, 39 ersichtlich ist.
In dieser Stellung ist der Hebelarm 7' zwischen die auf seine Rolle 42 federnd drückende
Segmentscheibe F und den Schalthebel S1 eingeklemmt und dadurch zwangläufig geführt.
Bei der Weiterdrehung im Einschaltsinn wird die Rolle 42 über die Verbindungsgerade
der beiden Achsen A-H, also über die Strecklage hinaus, gedreht und damit wieder
auf die schräge Anlaufkante 49 der Segmentbalin hinaufgeschoben, wie aus Fig.3 ersichtlich
ist. Von dem Augenblick an, wo die Rolle 42 wieder über die Kante 53 gelangt, beginnt
das Führungssegment F selbsttätig vermöge der gespannten Feder 33 seine Lage gegen
die Schalthebel S1 und S2, also mit Bezug auf den treibenden Teil des Getriebes,
zu verändern. Es führt nämlich eine Art Sprungschaltung aus, durch «-elche es den
Sperrsinn für das Trennschaltglied 9 umsteuert. In der Schaltstellung (Fig. 3) ist
bereits der früher nach links gerichtete stumpfe Winkel A-42-H nach rechts durchgedrückt.
Das Zwanglaufgetriebe ist dadurch umgeschaltet, weil die Führungsrolle 42 nunmehr
auf die kreisförmige Segmentbahn 48 hinaufläuft und dadurch das Trennmesser 9 in
der eingeschalteten Stellung gesperrt hält, v-enn sich nunmehr die Schalthebelgruppe
Sl, S2 und S in der Ausschaltrichtung (im Linksdrelisinn) bewegt.
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In der in Fig. i dargestellten Einschaltstellung liegt die Rolle 41
des Schalthebels S1 an der Kurve 45 des Hebelarmes an und sperrt das Trennmesser
9 in der Einschaltlage.
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Falls die Einschaltkraft in der in Fig.4 gezeichneten Stellung aussetzt,
die Schalthebel also durch die Ausschaltfedern in der Ausschaltrichtung, d. h. im
Linksdrehsinn, zurückgerissen werden, wird das Trennmesser 9 durch zweierlei Wirkungen
wieder geöffnet. Einerseits drückt die Segmentscheibe l' mit ihrer fast radial stehenden
Kante 55 gegen die Führungsrolle 42 des 1d ebelarmes T und dreht ihn daher um die
Achse .-I im Rechtsdrehsinn. Der Winkel .1-42-H wird also wieder nach links durch-,gedrückt,
das Trennmesser wird in der Offen-Z, lage gesperrt. Andererseits ist die Rolle 41
so weit in die Nut 45 hineingelaufen, daß sie sich bei einer Linksdrehung gegen
die Gegenkurve 47 legt und somit ebenfalls das Trennmesser zwangläufig mit dein
Lastschaltglied in die Ausschaltstellung zurückbringt.
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Diese Verhältnisse ändern sich aber im allerletzten Teil des Einschalthubes,
welcher in Fig.3 dargestellt ist. In dieser Stellung ist das Lastschaltglied bereits
so weit in die Einschaltlage bewegt, daß an ihm ein Stromübergang stattfinden kann,
und außerdem steht das Trennmesser 9 schon so nahe dem festen Kontakt, daß auch
an ihm ein Einschaltlichtbogen gezündet werden kann. Es darf also aus dieser Stellung
kein Wiederöffnen des Trennmessers stattfinden, um seine Zerstörung durch einen
Stehlichtbogen zu verhindern.
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Wenn in der in Fig.3 dargestellten Stellung die Einschaltkraft ausbleibt,
wird das Weiterbewegen des Trennmessers 9 in die Einschaltstellung trotz einer Ausschaltbewegung
der Schalthebel auf zweierlei Weise bewirkt. Einerseits ist in dieser Stellung die
Führungsrolle 42 schon so weit über die Strecklage A-H durchgedrückt, daß sie auf
der schrägen Auflaufkante 49 der Segmentbahn steht. Das Segment drückt nun selbständig
vermöge seiner Federspannung die Rolle 42 mit einer starken Kraftkomponente nach
oben, wodurch sich der Hebelarm Tim Linksdrehsinn um die Achse A dreht. Das Trennmesser
wird somit durch die Kraft des zurückfedernden Segmentes F in die Einschaltlage
gedrückt. Infolge der keilartigen Wirkung der Auflaufkante 49 ist die Kraft groß.
Falls die Feder 33 zu dieser Funktion nicht genügend stark ist, dann drückt bei
der weiteren Linksdrehung der Schalthebelgruppe der in den Hebel S2 eingeschweißte
Stift 39 über den Federschenkel 34 auf den Segmentstift 37 und nimmt dadurch das
Segment zwangläufig mit.
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Andererseits wird das Trennmesser 9 aus der in Fig. 3 dargestellten
Stellung auch durch die Rolle 4i des nach links gehenden Schalthebels S1 in die
Einschaltlage gedrückt. Diese Rolle hat sich nämlich aus der in Fig. 4 dargestellten
Stellung wieder nach unten zu aus der Nut 45 herausbewegt und ist dadurch unter
die Spitze 56 der Gegenkurve 47 gelangt. Da diese Spitze außerdem rechts von der
Verbindungsgeraden der Achse A + H
steht, bildet der Druckpunkt 56 zusammen
mit
den Drehpunkten A + H einen Winkelhebel, dessen durch den Hebelarm T gebildeter
Schenkel durch einen auf die Spitze 56 von unten nach oben gerichteten Druck nach
rechts ausweicht. Dieser Druck kommt zustande, wenn sich die Rolle 41 auf der Kante
57 der Gegenkurve abrollt.
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Das Wiederausschalten des Trennmessers 9 ist also schon von der in
Fig. 3 dargestellten Lage an einerseits durch die Ausbildung der Auflaufkante 49
des Führungssegmentes F, andererseits durch die Ausbildung der Führungsnut 45 des
Hebelarmes T mit ihrer Gegenkurve 47 verhindert.
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Erst am Ende der Ausschaltdrehung der Schalthebelgruppe wird der Trennschalter
durch Anschlag der Rolle 4o an den Hebelarm T geöffnet.