EP2457244B1

EP2457244B1 - Laststufenschalter mit kraftspeicher

Info

Publication number: EP2457244B1
Application number: EP10718474.9A
Authority: EP
Inventors: Klaus Hoepfl; Gregor Wilhelm; Silke Wrede
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: BR112012000693B1; UA106498C2; RU2012106615A; EP2457244A1; CN102473539B; CN102473539A; DE102009034627B3; KR101702974B1; US20120103766A1; JP5654012B2; HK1167738A1; KR20120032535A; CA2769125A1; US8748758B2; JP2013500419A; WO2011009503A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit einem Kraftspeicher zur Umwandlung der kontinuierlichen Drehbewegung einer Antriebswelle in eine sprungartige, schnelle Drehbewegung einer Abtriebswelle.
Es sind bereits zahlreiche Kraftspeicher bekannt, die die sprungartige Drehbewegung der Abtriebswelle dadurch ermöglichen, dass eine oder mehrere gespannte Kraftspeicherfedern sprungartig ausgelöst werden. Solche Kraftspeicherfedern können sowohl Zug- als auch Druckfedern sein. Das Prinzip dabei ist immer das Gleiche: Eine sich drehende Antriebswelle spannt die Feder bzw. die Federn bis zu einem Maximalpunkt, danach entspannen sich diese sprungartig und bewegen dadurch die Abtriebswelle mit. Ein solcher Kraftspeicher ist aus der DE 10 2006 008 338 bekannt. Naturgemäß ist bei derartigen Kraftspeichern, bedingt auch durch die Federcharakteristik, bei Beginn der Auslösung der bis dahin gespannten Federn das Drehmoment am größten; es nimmt bis zum Erreichen der Endstellung ab. In bestimmten Fällen ist dieser vorgegebene Drehmomentverlauf, der abhängig ist von der Federcharakteristik sowie der jeweiligen Kinematik, und die daraus resultierende Geschwindigkeit der Abtriebswelle jedoch unerwünscht. Dies betrifft insbesondere solche Fälle, bei denen eine größere Zahl von Schaltelementen oder anderen Bauteilen des Laststufenschalters in einer ganz bestimmten Sequenz nacheinander betätigt werden sollen.
Angestrebt wird daher bei solchen Anwendungsfällen ein Kraftspeicher, bei dem eine gezielte Anpassung des Verlaufs der sprungartigen Abtriebsbewegung an die jeweiligen konkreten Erfordernisse erreicht wird.
Aus der DE-AS 25 02 810 ist es dazu bereits bekannt, bei einem Kraftspeicher der eingangs genannten Art einen Zusatzkraftspeicher vorzusehen. Dabei ist neben den eigentlichen Kraftspeicherfedern eine weitere Feder vorgesehen, die bei der Auslösung des Kraftspeichers über ein Kniegelenk gespannt wird. Dabei wird eine Verzögerung des ausgelösten Kraftspeichers im ersten Teil des Bewegungsablaufes dadurch erreicht, dass diese zusätzliche Feder gespannt wird, während gegen Ende des Bewegungsablaufes, wenn die eigentliche Kraftspeicherfeder bereits weitestgehend entspannt ist, die Zusatzfeder ebenfalls sich entspannt, wodurch sich die Federkräfte addieren. Diese bekannte Lösung wurde seinerzeit konzipiert, um die Auslösung des Kraftspeichers zu verlangsamen, speziell dafür, um statt des üblichen Wechselstromes mit einer Frequenz von 50 Hz einen Wechselstrom von 16 2/3 Hz schalten zu können, ohne dass der Umschaltvorgang insgesamt zu schnell abläuft. Dieser bekannte Kraftspeicher ist außerdem mechanisch kompliziert aufgebaut, insbesondere durch die Rollenführung und zusätzliche Kniehebelanordnung zur Betätigung der Zusatzkraftspeicherfedern. Außerdem ist er ausschließlich vorgesehen für einen Kraftspeicher, bei dem eine Drehbewegung der Antriebswelle zunächst in einer Längsbewegung umgewandelt wird, in der die Kraftspeicherfedern gespannt werden und die schnelle Längsbewegung nach deren Auslösung wieder in eine Drehbewegung der Abtriebswelle umgewandelt wird. Für die direkte Umwandlung einer kontinuierlichen in eine schnelle Drehbewegung ist die bekannte Lösung nicht geeignet.
Ein anderes Beispiel von Laststufenschalter mit Kraftspeicher ist in der WO-A-8908924 offenbart.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter mit einem Kraftspeicher anzugeben, wobei der Kraftspeicher außer der eigentlichen Kraftspeicherfeder bzw. den eigentlichen Federn weitere Mittel aufweist, die zur gezielten Anpassung der Drehbewegung der Abtriebswelle führen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Besonders vorteilhaft an der Erfindung ist deren einfacher Aufbau. Durch eine zusätzlich mit der Abtriebswelle in Verbindung stehende Kurvenscheibe wird ein Verbindungsteil ausgelenkt, wodurch - je nach momentaner Lage der Kurvenscheibe - eine zusätzliche Feder ge- oder entspannt wird. Die durch die zusätzliche Feder bzw. zusätzlichen Federn aufgenommene bzw. abgegebene Energie verzögert bzw. beschleunigt die Drehbewegung der Abtriebswelle gezielt und bedarfsgerecht, während sich die eigentliche Kraftspeicherfeder entspannt.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand einer Zeichnung beispielhaft noch näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt einen ersten erfindungsgemäßen Laststufenschalter mit Kraftspeicher in perspektivischer, schematischer Darstellung
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters
Figur 3 zeigt schematische Darstellungen unterschiedlicher Federarten im Rahmen der Erfindung.

Die mit den Bezugszeichen 1 bis 12 bezeichneten Bauteile sind bereits aus der eingangs genannten DE 10 2006 008 338 B3 bekannt, werden hier aber zum Verständnis der Gesamtfunktion noch einmal erläutert.
In der Figur 1 ist eine Tragplatte 1 gezeigt, auf der der gesamte Kraftspeicher und die Getriebeanordnung des Laststufenschalters angeordnet sind. Weiterhin ist eine Antriebswelle 2 gezeigt, die mit einem Zahnrad 3 verbunden ist und dieses kontinuierlich antreibt. Das Zahnrad 3 seinerseits treibt ein Antriebselement 4 über dessen Verzahnung 5 an. Das Antriebselement 4 besitzt symmetrische Anschläge, die mit einer Antriebskurbel 6 korrespondieren und diese in Drehung versetzen können. Oben auf der Antriebskurbel 6 ist ein Zugstangenkopf 7 drehbar gelagert, an dem sich eine Zugstange befindet. Befestigt ist die Antriebskurbel 6 auf einer Abtriebswelle 8, die senkrecht durch die Tragplatte 1 hindurch nach unten führt. Die daran angeschlossenen Bauteile zur Betätigung der Kontakte sind hier nicht gezeigt.
Um die Zugstange herum ist ein Federrohr 9 vorgesehen. Das Federrohr 9 ist an einer Seite an einem Lagerbock 10 angelenkt; mittels eines senkrechten Lagerbolzens 11 ist es horizontal verschwenkbar. Konzentrisch um das Federrohr 9 herum oder auch in diesem sind eine oder mehrere Druckfedern vorgesehen. Hier ist nur eine einzige Druckfeder 12 dargestellt.
Die Funktionsweise des bis hierhin bekannten Kraftspeichers ist Folgende:

Zu Beginn jeder Umschaltung, d. h. jeder Betätigung des Laststufenschalters, dreht ein Motorantrieb über die Antriebswelle 2 das Zahnrad 3. Diese Drehbewegung wird über die Verzahnung 5 auf das Antriebselement 4 übertragen. Je nach Drehrichtung, die davon abhängt, ob die nächste Lastumschaltung in Richtung "höher" oder "tiefer" erfolgen soll, gerät einer der symmetrischen Anschläge des Antriebselementes 4 in Anschlag mit der Antriebskurbel 6 und dreht diese mit. Dabei wird der Zugstangenkopf 7 mit bewegt; die Zugstange wird ausgelenkt und die Druckfeder 12 wird gespannt. Nach einer Drehung der Antriebskurbel hat die Zugstange ihre neue Endstellung erreicht; die Druckfeder 12 ist maximal gespannt. Nach Überschreiten des Totpunktes wird die Drehbewegung der Antriebskurbel 6 und damit der Abtriebswelle 8 schnell zu Ende geführt, da sich die Druckfeder 12 sprungartig entspannt. Diese schnelle Drehbewegung führt letztendlich zu einer raschen Umschaltung zwischen einzelnen Kontakten im Laststufenschalter.

Erfindungsgemäß ist auf der Antriebskurbel 6, fest mit dieser verbunden, eine Kurvenscheibe 13 angeordnet, die eine stirnseitige Kontur 14 trägt. Diese Kontur weicht, von oben gesehen, von der Kreisform ab. Sie ist in weiten Grenzen frei wählbar und kann auch richtungsabhängig unterschiedlich ausgebildet sein. Weiterhin ist ein Verbindungsteil 15 vorgesehen, das an seinem einen Ende eine Rolle 16 aufweist, die auf der stirnseitigen Kontur 14 der Kurvenscheibe 13 läuft. Das Verbindungsteil 15 ist um eine Drehachse 17 verschwenkbar und trägt an seinem anderen Ende, wiederum drehbar, einen weiteren Stangenkopf 18, der wiederum eine Führungsstange aufweist, welche in einem weiteren Federrohr an ihrem anderen Ende an einem weiteren Lagerbock 19 mittels eines weiteren Lagerbolzens 20 drehbar gelagert ist. An beiden Seiten der Führungsstange befinden sich Federwiderlager 21, 22, zwischen denen eine weitere Feder 23 angeordnet ist. Auch hierbei ist wieder das eine Federwiderlager 22 fixiert, während das andere Federwiderlager 21 beweglich ist.
Die Wirkungsweise dieser Zusatzeinrichtung ist Folgende:

Nach Überschreiten des Totpunktes beginnt sich die Antriebskurbel 6 und damit die Abtriebswelle 8 schnell zu drehen, da sich, wie erläutert, die Druckfeder 12 sprungartig entspannt. Mit der Abtriebswelle 8 dreht sich auch die Kurvenscheibe 13. Dadurch wird die auf deren Kontur 14 laufende Rolle 16 und mit ihr das gesamte Verbindungsteil 15 verschwenkt. Dadurch wird die Feder 23 zusätzlich gespannt oder entspannt. Sie reduziert oder verstärkt die Energie der Druckfeder 12 und bremst oder beschleunigt damit die Drehbewegung der Kurvenscheibe 13 und damit der Abtriebswelle 8. Bei einer weiteren Drehung der Abtriebswelle 8 gerät die Rolle 16 dann in eine andere Position, in der sich die Feder 23 entspannt und ihre vorher gespeicherte Energie zusätzlich zur jetzt geringer werdenden Energie der Druckfeder 12 abgibt.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist wiederum ein Verbindungsteil 15 um eine Drehachse 16 verschwenkbar und trägt wieder den Stangenkopf 18, der hier fest mit einem Federwiderlager 24 verbunden ist. Zwischen diesem und dem Lagerbock 19 ist eine Feder 25 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist also die Bewegungsrichtung der Feder 25 gegenüber der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform umgekehrt. Die Feder 25 ist am Lagerbock 19 fixiert und wird durch das Federwiderlager 24 gespannt.
Die in den Figuren 1 und 2 erläuterten jeweiligen Federn 23 bzw. 25 sind demnach als Druckfedern ausgebildet.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich stattdessen Zugfedern zu verwenden. Dies ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Allein durch die räumliche Anordnung der Drehachse 17 des Verbindungsteils 15 und die Lage der Rolle 16, die auf der Kontur 14 der Kurvenscheibe 13 läuft, an dem Verbindungsteil 15 lassen sich unterschiedliche Federarten einsetzen.
Figur 3a zeigt eine Zugfeder 26, die ausgelenkt werden kann.
Figur 3b zeigt eine Druckfeder 23, 25, die zusammengedrückt werden kann.
Es sind im Rahmen der Erfindung auch jeweils konzentrische Anordnungen von jeweils zwei oder auch mehr solcher Federn 23, 25 bzw. 26 denkbar.
Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung auch eine Ausführungsform als Geradführung möglich. Unabhängig von der konkreten Bauform des Kraftspeichers besteht die Erfindung ganz allgemein darin, dass durch eine Kraftspeicherfeder nach deren Auslösung eine Abtriebswelle 8 sprungartig gedreht wird und auf diese Abtriebswelle 8 eine Kurvenscheibe 13 mit einer stirnseitigen Kontur 14 befestigt ist, durch die eine weitere Feder 23, 25 oder 26 bedarfsgerecht entspannt oder gespannt wird und damit durch Abgabe oder Aufnahme von Energie die Geschwindigkeit der Drehbewegung gezielt beeinflusst.
Am Ende der Sprungbewegung kann durch Spannen der weiteren Feder 23, 25 oder 26 überschüssige Bewegungsenergie aufgenommen und dadurch eine sanfte Bremsung auf vorteilhafte Weise erzielt werden.
Wie bereits erläutert, ist die Energieaufnahme entweder durch das Auseinanderziehen einer Zugfeder 26 oder das Zusammendrücken einer Druckfeder 23, 25 möglich.

Claims

Laststufenschalter mit einem Kraftspeicher,
wobei der Kraftspeicher ein von einer Antriebswelle kontinuierlich aufziehbares Antriebselement sowie ein Abtriebsteil aufweist,
wobei das Antriebselement mit mindestens einer Kraftspeicherfeder mechanisch in Verbindung steht, die beim Aufziehen des Antriebselementes spannbar ist
und wobei das Abtriebsteil nach dem Spannen der mindestens einen Kraftspeicherfeder auslösbar ist und eine Abtriebswelle sprungartig dreht,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Abtriebswelle (8) eine Kurvenscheibe (13) mit einer stirnseitigen, von der Kreisform abweichenden Kontur (14) befestigt ist,
dass mindestens eine weitere (Zusatz-)Feder (23, 25; 26) vorgesehen ist,
dass die mindestens eine weitere Feder (23, 25; 26) an ihrem einen Ende fixiert ist und mit ihrem anderen Ende an ein um einen Drehpunkt (17) verschwenkbares Verbindungsteil (15) angelenkt ist,
dass das Verbindungsteil (15) einen Stangenkopf (18) trägt, der eine Führungsstange aufweist, die an ihrem anderen Ende an einem Lagerbock (19) schwenkbar fixiert ist,
dass sich an beiden Seiten der Führungsstange Federwiderlager (21,22) befinden, zwischen denen die mindestens eine weitere Feder (23, 25; 26) angeordnet ist
und dass das Verbindungsteil (15) an seinem freien Ende eine Rolle (16) aufweist, die auf der Kontur (14) läuft, derart, dass bei Drehung der Kurvenscheibe (13) die mindestens eine weitere Feder (23, 25; 26) abhängig von der Kontur (14) spannbar oder entspannbar ist.