EP0066181B1 - Antriebsvorrichtung für einen Schalter - Google Patents
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- main spring
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H5/00—Snap-action arrangements, i.e. in which during a single opening operation or a single closing operation energy is first stored and then released to produce or assist the contact movement
- H01H5/04—Energy stored by deformation of elastic members
Definitions
- the present invention relates to a drive device according to the preamble of claim 1.
- the drive device according to the invention is particularly suitable for manually operated load switches for low voltage (up to 1000 V nominal voltage), but can in principle also be used in other contexts.
- Load switches of the aforementioned type are normally designed for so-called independent manual operation, which means that the speed of the contact movement when switching on and off and the operating sequence in the end position are independent of the force with which the handle is operated.
- a spring mechanism is required for this, which stores the energy supplied via the handle and, when sufficient energy is stored, releases it for actuating the contacts.
- the invention has for its object to develop a drive device of the type mentioned, in which the above-mentioned disadvantages of the known drive devices are eliminated.
- the main element in the device according to the invention is a spring which is punched out of spring steel sheet and is loaded by forces lying in the sheet plane, that is to say in an edgewise manner.
- the spring is subjected to a bending load and the loaded cross section has a constant width that is equal to the thickness of the sheet. Because the part is punched out or cut out of a sheet metal, the cross section can have a varying height and thus a constant bending stress, which enables optimal use of material and space.
- the drive devices which are described below with reference to FIGS. 1 to 5, are provided for those load switches which have contact guides in the form of a carriage which moves in a straight line between its two end positions.
- the spring mechanism belonging to the drive device is intended to transmit the actuating force, for example, from a rotatable actuating handle to a contact slide which moves in a straight line perpendicular to the axis of rotation of the handle.
- FIGS. 1 to 3 have a U-shaped main spring 1, and two clamping arms 4, 5 are arranged between the free ends of the spring legs 2, 3.
- these clamping arms are straight and rigid and, at one end, are connected in an articulated manner to the free end of each spring leg 2, 3. With their other ends, the clamping arms are rotatably mounted in bearing points 6, 7, which are fixedly arranged in the housing of the device.
- the main spring 1 If the main spring 1 is shifted in its longitudinal direction (arrow direction A) from the one end position shown in FIG. 1a to the other end position shown in FIG. 1b, the legs 2, 3 become arms 4, 5 during the first part of the actuation movement pushed apart. When the arms have passed the dead point, the thighs can spring back as the spring continues to move forward, releasing the energy stored in it during the first part of the movement.
- the Arms 4, 5 can be made longer. This can be done by forming the arms into an arc and arranging them to overlap, as can be seen in FIGS. 2a and 2b.
- These arcuate arms can preferably consist of spring steel and be dimensioned so that they are subjected to high stress. They act as springs and work in series with the main spring 1 and thus contribute to the overall spring work.
- the bearing points 6, 7 for the fixed end of the clamping arms are arranged in a rigid housing.
- a fourth spring element can be introduced by mounting the fixed end of the arms in a spring 8 which is also U-shaped, as shown in FIGS. 3a and 3b.
- the base portion of the spring 8 is fixed in the housing of the device.
- Figures 4 and 5 show a drive device according to the principle shown in Figures 3a and 3b with a main spring 1, two spring arms 4, 5 and a fixed spring 8.
- the device also contains a drive shaft 9 with a handle 10.
- a primary arm 11 and a secondary arm 12 By a primary arm 11 and a secondary arm 12, the torque acting on the handle can be converted into a linearly acting driving force acting on the main spring 1.
- the primary arm 11 is fixedly connected to the drive shaft 9 and has a slot 13 in which a roller 14 runs.
- the roller 14 is in turn arranged on the secondary arm 12.
- the secondary arm 12 is rotatable about a fulcrum 15 which is fixedly arranged in the housing or in the stand of the device and displaces the main spring 1 with the aid of two driver pins 16 and 17 mounted thereon Contact carriage 18 used.
- FIGS. 6 and 7 show a drive device according to the invention for those load switches in which the contact guide moves in the axial direction of the actuating handle, that is to say perpendicular to the direction of movement of the embodiment described above.
- the contact guide has two cams, which cooperate with two identical cams on a rotatable disc in such a way that the contact guide is displaced away from the disc when it makes a quarter turn.
- the contact guide goes back under the action of the force of the contact springs.
- FIGS. 6 and 7 show how such a spring mechanism can be produced with the aid of thin spring elements, all of which are cut out of sheet metal and in which the direction of the force acting on the sheet metal and the bending line of the deflection lie in the plane of the sheet metal.
- the drive device shown in FIGS. 6 and 7 belongs to a load switch 19 which has a central drive shaft 20 on which an actuating handle, not shown, is mounted.
- the mechanism contains a main spring 21, also called a center spring, two arc springs 22, 23 and two frame springs 24, 25.
- the drive shaft 20 passes through a contoured hole 26 in the center of the center spring, whereby the torque is transmitted from the drive shaft to the center spring.
- a contoured hole 26 in the center of the center spring, whereby the torque is transmitted from the drive shaft to the center spring.
- the center spring has two spiral arms 31, 32 which form the resilient part. The suspension movement is essentially radial.
- the two arc springs 22, 23 form two articulated arms which connect the center spring 21 to the frame springs 24, 25.
- a pin in each connection point 33, 34, 35, 36 makes the connection articulated. The deformation of these spring members is done by increasing the distance between the end points of each articulated arm.
- the two frame springs 24, 25 together form a fixed outer frame.
- the deformation of these spring members takes place in that the distance between the articulation points 34, 36 is reduced.
- the advantage of the spring mechanism described is that the mechanism is thin and therefore requires little space.
- the fact that the springs are punched out ensures optimal stress along the entire length of the spring.
- the spring elements can be used for other functions, e.g. Storage, control, arm function and driver function are assigned. This allows the number of parts of the mechanism to be kept small.
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere für handbetätigte Lastschalter für Niederspannung (bis zu 1000 V Nennspannung) geeignet, kann im Prinzip jedoch auch in anderen Zusammenhängen verwendet werden.
- Lastschalter der vorgenannten Art werden normalerweise für sog. unabhängige Handbetätigung ausgeführt, was bedeutet, daß die Geschwindigkeit der Kontaktbewegung beim Einschalten und Ausschalten sowie der Betätigungsablauf in die Endstellung unabhängig von der Kraft sind, mit welcher der Handgriff betätigt wird. Hierfür ist ein Federmechanismus erforderlich, welcher die über den Handgriff zugeführte Energie speichert und diese, wenn genügend Energie gespeichert ist, zur Betätigung der Kontakte freigibt.
- Für die Betätigung kleinerer Schalter, wie z.B. Hilfsschalter oder dergleichen, ist die Verwendung eines Mechanismus bekannt, der einen verschiebbaren Schlitten enthält, auf den an beiden Seiten des Schlittens angeordnete gegenüberliegende Blattfedern einwirken (DE-C-1 078 213). Die mit dieser Konstruktion erzielbare Betätigungskraft ist jedoch verhältnismäßig klein, so daß diese Konstruktion für größere Schaltgeräte wenig geeignet ist.
- Bei einer anderen bekannten für Lastschalter bestimmten Antriebsvorrichtung sind auf jeder Seite eines verschiebbaren Betätigungsschlittens Schraubenfedern angeordnet, die auf im Schalterstativ drehbar gelagerte Steuerzapfen montiert sind (DE-A-30 33 935). Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie mehrere verschiedene Teile enthält, deren Herstellung und Montage sehr aufwendig sind.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die obengenannten Nachteile der bekannten Antriebsvorrichtungen beseitigt sind.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
- Das Hauptelement in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist eine Feder, die aus Federstahlblech ausgestanzt ist und durch in der Blechebene liegende Kräfte, also hochkantig, belastet wird. Die Feder wird einer Biegebelastung ausgesetzt, und der belastete Querschnitt hat eine konstante Breite, die gleich der Dicke des Bleches ist. Dadurch, daß das Teil aus einem Blech ausgestanzt oder ausgeschnitten wird, kann der Querschnitt eine variierende Höhe und damit eine konstante Biegebeanspruchung bekommen, was eine optimale Ausnutzung von Material und Platz ermöglicht.
- Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
- Fig. 1a und 1 b das Prinzip einer Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in ihrer einfachsten Form für einen solchen Lastschalter, der einen Kontaktführer in Form eines Schlittens hat, welcher sich geradlinig zwischen zwei Endlagen bewegt,
- Fig. 2a und 2b das Prinzip einer weiterentwickelten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
- Fig. 3a und 3b das Prinzip einer weiteren weiterentwickelten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
- Fig. 4 eine Ausführungsform gemäß der Erfindung nach dem Prinzip der Figuren 3a und 3b in Seitenansicht,
- Fig. 5 die Ausführungsform gemäß Fig. 4 in Draufsicht,
- Fig. 6 und 7 in Draufsicht eine Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung für einen Lastschalter mit rotierender Nockenscheibe in ihren beiden Endlagen.
- Die Antriebsvorrichtungen, die nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 beschrieben werden, sind für solche Lastschalter vorgesehen, die Kontaktführer in Form eines Schlittens haben, welcher sich geradlinig zwischen seinen zwei Endlagen bewegt. Der zur Antriebsvorrichtung gehörende Federmechanismus soll dabei die Betätigungskraft beispielsweise von einem drehbaren Betätigungshandgriff auf einen Kontaktschlitten übertragen, der sich geradlinig senkrecht zur Drehachse des Handgriffes bewegt.
- Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten prinzipiellen Ausführungsbeispiele haben eine U-förmige Hauptfeder 1, und zwischen den freien Enden der Federschenkel 2, 3 sind zwei Spannarme 4, 5 angeordnet. Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind diese Spannarme gerade und steif und mit ihrem einen Ende gelenkig mit dem freien Ende je eines Federschenkels 2, 3 verbunden. Mit ihren anderen Enden sind die Spannarme drehbar in Lagerpunkten 6, 7 gelagert, die fest im Gehäuse der Vorrichtung angeordnet sind.
- Wenn die Hauptfeder 1 in ihrer Längsrichtung (Pfeilrichtung A) aus der in Fig. 1a gezeigten einen Endlage in die in Fig. 1b gezeigte andere Endlage verschoben wird, werden die Schenkel 2, 3 während des ersten Teils der Betätigungsbewegung von den Armen 4, 5 auseinandergedrückt. Wenn die Arme den toten Punkt passiert haben, können die Schenkel zurückfedern, während sich die Feder weiterhin nach vorn bewegt und dabei die Energie abgibt, die während des ersten Teils der Bewegung in ihr gespeichert wurde.
- Zur Vergrößerung der Hublänge bei unveränderter Größe der Hauptfeder müssen die Arme 4, 5 länger gemacht werden. Dies kann dadurch geschehen, daß die Arme zu einem Bogen geformt und einander überlappend angeordnet werden, so wie es aus den Figuren 2a und 2b hervorgeht. Diese bogenförmigen Arme können vorzugsweise aus Federstahl bestehen und so dimensioniert sein, daß sie hoch beansprucht werden. Dabei wirken sie als Federn und arbeiten in Reihe mit der Hauptfeder 1 und tragen so zu der gesamten Federarbeit bei.
- Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1a bis 2b sind die Lagerungsstellen 6, 7 für das feste Ende der Spannarme in einem starren Gehäuse angeordnet. Um die Federarbeit zu erhöhen, kann ein viertes Federelement eingeführt werden, indem das feste Ende der Arme in einer ebenfalls U-förmigen Feder 8 gelagert wird, so wie es die Figuren 3a und 3b zeigen. Der Basisabschnitt der Feder 8 ist dabei fest im Gehäuse der Vorrichtung angeordnet.
- Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Antriebsvorrichtung nach dem in den Figuren 3a und 3b gezeigten Prinzip mit einer Hauptfeder 1, zwei Federarmen 4, 5 und einer festen Feder 8. Die Vorrichtung enthält außerdem eine Antriebswelle 9 mit Handgriff 10. Durch einen Primärarm 11 und einen Sekundärarm 12 kann das am Handgriff angreifende Drehmoment in eine auf die Hauptfeder 1 wirkende geradlinig wirkende Antriebskraft umgewandelt werden. Der Primärarm 11 ist mit der Antriebswelle 9 fest verbunden und hat einen Schlitz 13, in dem eine Rolle 14 läuft. Die Rolle 14 wiederum ist auf dem Sekundärarm 12 angeordnet. Durch das Anbringen des Schlitzes 13 und die Plazierung der Rolle 14 kann man zwischen dem Primärarm und dem Sekundärarm eine gewünschte Übersetzung erhalten.
- Der Sekundärarm 12 ist um einen im Gehäuse oder im Stativ der Vorrichtung fest angeordneten Drehpunkt 15 drehbar und verschiebt die Hauptfeder 1 mit Hilfe von zwei auf dieser angebrachten Mitnehmerzapfen 16 und 17. Diese Mitnehmerzapfen werden durch ihre Verlängerung auf der anderen Seite der Hauptfeder zur Verschiebung eines Kontaktschlittens 18 benutzt.
- Die Figuren 6 und 7 zeigen eine Antriebsvorrichtung nach der Erfindung für solche Lastschalter, bei denen sich der Kontaktführer in der Achsrichtung des Betätigungshandgriffes bewegt, also senkrecht zu der Bewegungsrichtung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
- Bei dieser Lastschalterart hat der Kontaktführer zwei Nocken, die mit zwei gleichen Nocken auf einer drehbaren Scheibe derart zusammenwirken, daß der Kontaktführer von der Scheibe wegverschoben wird, wenn diese eine Vierteldrehung ausführt. Wenn die Scheibe zurückgedreht wird, geht der Kontaktführer unter der Wirkung der Kraft der Kontaktfedern zurück.
- Um eine sog. unabhängige Handbetätigung zu bewirken, ist zwischen dem Handgriff und der Nockenscheibe ein Federmechanismus eingesetzt. Dieser Mechanismus funktioniert so, daß die Feder durch den Handgriff während des ersten Teils der Betätigung gespannt wird; erst nachdem genügend Energie in der Feder gespeichert ist, wechselt die Nockenscheibe, angetrieben von der Federkraft, ihre Lage. Aus den Figuren 6 und 7 geht hervor, wie man einen solchen Federmechanismus mit Hilfe dünner Federelemente herstellen kann, die alle aus Blech ausgeschnitten sind und bei welchen die Richtung der auf das Blech wirkenden Kraft sowie die Biegelinie der Durchbiegung in der Ebene des Bleches liegen.
- Die in den Figuren 6 und 7 gezeigte Antriebsvorrichtung gehört zu einem Lastschalter 19, der eine zentrale Antriebswelle 20 hat, auf der ein nicht gezeigter Betätigungshandgriff montiert ist. Der Mechanismus enthält eine Hauptfeder 21, auch Zentrumsfeder genannt, zwei Bogenfedern 22, 23 und zwei Rahmenfedern 24, 25.
- Die Antriebswelle 20 verläuft durch ein konturengestanztes Loch 26 in der Mitte der Zentrumsfeder, wodurch das Drehmoment von der Antriebswelle auf die Zentrumsfeder übertragen wird. Außerhalb der Nabe sind zwei Aussparungen 27, 28 in der Zentrumsfeder vorhanden, aus denen zwei Mitnehmersegmente 29, 30 an der Nockenscheibe des Schalters herausragen. Die Zentrumsfeder hat zwei spiralförmige Arme 31, 32, die den federnden Teil bilden. Die Federungsbewegung ist im wesentlichen radial.
- Die beiden Bogenfedern 22, 23 bilden zwei Gelenkarme, welche die Zentrumsfeder 21 mit den Rahmenfedern 24, 25 verbinden. Ein Zapfen in jedem Verbindungspunkt 33, 34, 35, 36 macht die Verbindung gelenkig. Die Verformung dieser Federglieder geschieht dadurch, daß der Abstand zwischen den Endpunkten jedes Gelenkarmes vergrößert wird.
- Die beiden Rahmenfedern 24, 25 bilden zusammen einen festen äußeren Rahmen. Die Verformung dieser Federglieder geschieht dadurch, daß der Abstand zwischen den Gelenkpunkten 34, 36 verkleinert wird.
- Die Figuren 6 und 7 zeigen den Federmechanismus in seinen zwei Endlagen. Die Arbeitsweise des Mechanismus ist folgende:
- Die Welle 20 dreht die Zentrumfeder 21, wobei sämtliche Federglieder aufgrund der erzwungenen Verformung gespannt werden.
- Wenn die vier Gelenkpunkte 33 - 36 in Reihe liegen, sind die Federn maximal gespannt. Gleichzeitig ist das von den Federn ausgeübte Drehmoment Null, da der Drehmomentenarm Null ist. Bei einer Fortsetzung der Drehung wechselt der Drehmomentenarm und damit das Vorzeichen des Drehmomentes. Die Federn erzeugen jetzt ein Drehmoment, welches in der bisherigen Drehrichtung wirkt. Gleichzeitig werden sie durch die Weiterdrehung entspannt. Das von den Federn ausgeübte Drehmoment wird auf die beiden Mitnehmersegmente 29, 30 übertragen, die auf der Nockenscheibe angebracht sind.
- Dadurch, daß man die Mitnehmersegmente so ausbildet, daß ein Spiel vorhanden ist, dessen Größe gleich der halben Zentrumsfederbewegung ist, wird erreicht, daß die Nockenscheibe stillsteht, wenn das Federsystem gespannt wird, und daß die Nockenscheibe erst dann beaufschlagt wird, nachdem die Federenergie freigegeben worden ist.
- Ein entsprechendes Spiel zwischen der Zentrumsfeder und der Antriebswelle hat zur Folge, daß letztere nicht von der Kraft der Federn beschleunigt wird, was sich als Schlag im Handgriff bemerkbar machen würde.
- Der Vorteil des beschriebenen Federmechanismus besteht darin, daß der Mechanismus dünn ist und somit wenig Platz erfordert. Dadurch, daß die Federn ausgestanzt werden, kann eine optimale Beanspruchung längs der ganzen Federlänge sichergestellt werden. Gleichzeitig können den Federgliedern weitere Funktionen, wie z.B. Lagerung, Steuerung, Armfunktion und Mitnehmerfunktion, zugewiesen werden. Dadurch kann die Anzahl der Teile des Mechanismus klein gehalten werden.
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