DE102011005102B3

DE102011005102B3 - Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Schalters

Info

Publication number: DE102011005102B3
Application number: DE201110005102
Authority: DE
Inventors: Christoph Debler; Matthias Eisner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Aus- und Einschalten eines elektrischen Schalters (2), mit einer Antriebswelle (7), die aus einer EIN-Position in eine AUS-Position (und umgekehrt) drehbar ist, mit einer mit dem Schalter (2) verbindbaren Abtriebswelle (8), die mit der Drehbewegung der Antriebswelle (7) korrespondierend aus einer EIN-Schaltstellung in eine AUS-Schaltstellung (und umgekehrt) drehbar ist, mit einer zwischen der EIN- und der AUS-Position liegenden Zwischen-Position, wobei jeweils im Verlauf der Drehbewegung der Antriebswelle (7) a) bis zum Erreichen der Zwischen-Position ein mechanischer Kraftspeicher (17) von der Antriebswelle (7) gespannt wird und b) nach Passieren der Zwischen-Position das Weiterdrehen der Abtriebswelle (8) in die jeweilige (in Drehrichtung liegende) Schaltstellung vom Kraftspeicher (17) übernommen wird. Um eine klein bauende Betätigungsvorrichtung mit viel Platz für den Kraftspeicher zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass das Spannen des Kraftspeichers (17) von der Antriebswelle (7) mittels eines Drehnockens (13) erfolgt, der zum Aufbringen des Spannwegs eine unrunde Wälzkurve (15) mit einem Scheitelpunkt (16) aufweist, dass der Kraftspeicher (17) ebenfalls mit einem Drehnocken (19) versehen ist, der ebenfalls eine unrunde Wälzkurve (23) mit einem Scheitelpunkt (20) aufweist und dass die beiden Scheitelpunkte (16, 20) bei Erreichen des maximalen Spannwegs aufeinander treffen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Schalters gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Trennschalter sind bekannt und dienen zum Unterbrechen eines über die Schaltkontakte fließenden Stroms. Der Schaltvorgang erfolgt mittels einer durch den Trennschalter fließenden Schaltwelle, welche mit den Schaltkontakten zusammenwirkt. Zur Betätigung des Trennschalters dient eine entsprechende Vorrichtung, die am Trennschalter befestigt ist. Die Vorrichtung verfugt uber eine Antriebswelle, auf welche eine Handhabe aufsteckbar ist. Mit Hilfe der Handhabe ist die Antriebswelle aus einer EIN-Position in eine AUS-Position und umgekehrt drehbar. Die Antriebswelle wirkt dabei mit einer Abtriebswelle zusammen, die wiederum mit der Schaltwelle des Trennschalters verbunden ist. Die Drehbewegung der Antriebswelle korrespondiert mit der Drehbwegung der Abtriebswelle, die der EIN- und AUS-Position der Antriebswelle entsprechend aus einer EIN-Schaltstellung in eine AUS-Schaltstellung drehbar ist, und umgekehrt. Zwischen den genannten Positionen der Antriebswelle befindet sich eine Zwischen-Position, wobei die Antriebswelle jeweils bis zum Erreichen der Zwischen-Position einen mechanischen Kraftspeicher spannt, der als Speicherelement meist eine Schraubenfeder umfasst. Hat die Antriebswelle die Zwischenposition passiert, wird das Weiterdrehen der Abtriebswelle jeweils vom Kraftspeicher übernommen. Die Abtriebswelle wird dabei selbsttätig in die Schaltstellung gedreht, die in Drehrichtung liegt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Sprungschaltwerk, dessen Totpunkt mit der Zwischen-Position der Antriebswelle korreliert.
Das Sprungschaltwerk sorgt dafür, dass die Schaltkontakte zur Vermeidung von Schaltlichtbögen bei jeder Schaltung schnell getrennt bzw. zusammengedrückt werden. Dazu dient die Feder, die nach Überschreiten des Totpunkts das Sprungschaltwerk in Bewegung setzt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Geschwindigkeit des eigentlichen Schaltvorgangs jeweils unabhängig vom Bediener ist.
Aus der DE 10 2010 023 116 A1 ist insbesondere eine Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Schalters bekannt, bei der eine Antriebswelle und einer Abtriebswelle derart zusammen wirken, dass eine Drehung der Antriebswelle mit einer Drehung der Abtriebswelle verbunden ist. Beide Wellen sind über ein verschiebbares Gleitelement miteinander gekoppelt, das bei Drehung der Antriebswelle verschoben wird und die Abtriebswelle im Verlauf der Verschiebung dreht. Das Gleitelement wirkt dabei mit einer Feder zusammen, die es nach Passieren eines Kipppunktes selbsttätig weiter schiebt. Der Feder ist dazu über eine Verbindungsstange gelenkig verschwenkbar mit dem Gleitelement verbunden.
Weiter ist aus der DE 4403773 A1 ein Antrieb für einen elektrischen Leistungsschalter bekannt, der einen Unterbrecher aufweist, welcher eine umlaufende Kurbel umfasst, die mittels einer Antriebswelle eine Kurvenscheibe antreibt. Die Kurbel ist begrenzt drehbeweglich mit der Kurvenscheibe verbunden und nach Durchlaufen der Antriebsbewegung gegenüber dieser entgegengesetzt zur Antriebsrichtung verdrehbar. Die Kurbel und die Kurvenscheibe schwingen unter der Wirkung des Kraftspeichers nach erfolgter Schaltbewegung nicht zurück.
Die bekannten Vorrichtungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf, zu denen zahlreiche Reibstellen gehören, an denen jeweils Verluste auftreten. Außerdem sind die bekannten Vorrichtungen relativ groß bauend. Darüber hinaus treten in den bekannten Vorrichtungen oft sehr unterschiedlich große Kräfte auf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine klein bauende Betätigungsvorrichtung zu erzielen, bei der möglichst viel Platz für den Kraftspeicher bzw. im Falle eines Federkraftspeichers für die Feder zur Verfügung steht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass das Spannen des Kraftspeichers mittels eines von der Antriebswelle angetriebenen Drehnockens erfolgt, der zum Aufbringen des Spannwegs eine unrunde Wälzkurve mit einem Scheitelpunkt aufweist, und dass der Kraftspeicher mit einem Drehteil versehen ist, das mit der Wälzkurve des Drehnockens zusammenwirkt. Die Lösungsidee besteht also in der Verwendung zumindest einer unrunden Wälzkurve.
Das lässt sich dadurch weiter verbessern, dass auch das Drehteil eine unrunde Wälzkurve mit einem Scheitelpunkt aufweist, die mit der Wälzkurve des Drehnockens zusammenwirkt, wobei die beiden Scheitelpunkte bei Erreichen des maximalen Spannwegs aufeinander treffen, also einander berühren.
Um Schlupf zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkurven eine miteinander kämmende Verzahnung aufweisen.
Bei einer technisch einfachen Ausführung weist der Kraftspeicher eine Feder auf, die auf einer Seite eines Federtellers abgestützt ist, auf dessen gegenüberliegender Seite der um eine Achse drehbewegliche Drehteil des Kraftspeichers angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Betätigungsvorrichtung und einen Trennschalter vor der Montage,
2 die Betätigungsvorrichtung gemäß 1 in einer räumlichen Darstellung ohne Gehäuse,
3 einen vergrößerten Ausschnitt der Betätigungsvorrichtung gemaß 2,
4 eine schematische Darstellung eines maximal gespannten Kraftspeichers mit zwei unrunden Wälzkurven und
5 eine schematische Darstellung eines gespannten Kraftspeichers mit nur einer unrunden Wälzkurve.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Betätigen eines Trennschalters 2 vor der Montage, wobei der Trennschalter 2 (hier in einer einpoligen Ausführung) seitlich an der Betätigungsvorrichtung 1 befestigt ist. Der Trennschalter 2 weist nicht gezeigte Hauptkontakte auf, die mittels einer Schaltwelle 3 geöffnet und geschlossen werden können. Über Anschlussstücke 4, 5 ist der Trennschalter 2 mit einem Stromkreis verbindbar.
Die Betätigungsvorrichtung 1 befindet sich in einem Gehause 6, aus dem die freien Enden einer Antriebswelle 7 und einer Abtriebswelle 8 herausragen. Bei der Montage werden die Abtriebswelle 8 und die Schaltwelle 3 durch Formschluss miteinander verbunden. Dazu sind in der Abtriebswelle 8 korrespondierende Aufnahmen (nicht gezeigt) ausgebildet.
Die Antriebswelle 7 weist eine Ausnehmung 9 auf, in welche das Ende einer Handhabe einsteckbar ist. Die Antriebswelle 7 ist aus einer AUS-Stellung 0 – wie in 1 dargestellt – in eine EIN-Stellung I drehbar und umgekehrt, wobei eine Spitze 10 (hier in Form einer Kerbe) auf die AUS-Stellung 0 der Antriebswelle 7 zeigt. Vor der AUS-Stellung 0 befindet sich noch eine Test-Stellung T.
2 zeigt die Betätigungsvorrichtung 1 in einer räumlichen Darstellung ohne Gehäuse 6. Die Antriebswelle 7 und die Abtriebswelle 8 verlaufen hier beispielhaft quer zueinander, was aber grundsätzlich nicht zwingend erforderlich ist. Beide Wellen 7, 8 sind uber ein Sprungschaltwerk miteinander verbunden.
An der Antriebswelle 7 ist ein Zapfen 12 (gestrichelt dargestellt) fest angeordnet, der mit Abstand parallel zur Antriebswelle 7 verläuft. Der Zapfen 12 greift in ein entsprechendes Langloch 12a (ebenfalls nur gestrichelt dargestellt) der Koppelstange 11 ein. Die Koppelstange 11 wiederum ist gelenkig am freien Ende eines Schenkels befestigt, der zu einem u-förmigen Träger gehört, welcher mittels der Koppelstange 11 um eine feststehende Achse 14 schwenkbar ist. Am Boden des u-förmigen Trägers ist ein Drehnocken 13 fest angeordnet, der hier aus zwei identischen Nockenhalften besteht und zusammen mit dem u-förmigen Träger um die Achse 14 drehbar ist. Der Drehnocken 13 weist eine nach oben gerichtete unrunde Wälzkurve 15 (s. 3) auf, die hier symmetrisch zu einer Mittenebene verläuft, in welcher der Scheitelpunkt 16 der Wälzkurve 15 liegt. Oberhalb des Drehnockens 13 befindet sich ein Kraftspeicher 17, von dem in 2 nur das Gehäuse 18 zu sehen ist. Das Kraftspeicher-Gehäuse 18 weist innen einen Hohlzylinder auf, in dem sich eine Schraubenfeder 26 (s. 4 und 5) befindet. Der Kraftspeicher 17 ist hier also speziell als Federkraftspeicher ausgebildet.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Betätigungsvorrichtung 1 gemäß 2 aus einer etwas anderen Blickrichtung. Man erkennt in 3, dass der Drehnocken 13 jeweils mit einem gegenüberliegenden Drehteil 19 zusammenwirkt. Der besseren Übersicht wegen ist in 3 nur der linke Drehnocken 13 gezeigt, der rechte Drehnocken 13 wurde weggelassen, so dass aber dessen Drehnockenachse zu sehen ist. Das Drehteil 19 ist ebenfalls als Drehnocken 19a mit unrunder Wälzkurve 23 und einem Scheitelpunkt 20 (s. 4) ausgebildet (oder aber als Rolle 19b, die keinen Scheitelpunkt aufweist gemäß 5). Die beiden Wälzkurven 15, 23 sind jeweils mit einer Verzahnung versehen (nicht dargestellt), die miteinander kämmen.
Bei einer Drehung der Antriebswelle 7 in 2 entgegen dem Uhrzeigersinn wird die Koppelstange 11 über den Zapfen 12 in 3 nach rechts verschoben und der Drehnocken 13 um die Achse 14 gedreht. Dabei bewegt sich der Drehnocken 19a nach oben in den Kraftspeicher 17 und die darin befindliche Schraubenfeder wird gespannt. Dies erfolgt durch die Drehbewegung der Antriebswelle 7, und zwar bis der Scheitelpunkt 16 des Drehnockens 13 bezogen auf den Kraftspeicher 17 seinen höchsten Punkt erreicht hat. Diese Situation ist in 3 dargestellt: Die Schraubenfeder ist im Kraftspeicher 17 maximal zusammengedrückt. Bei Weiterdrehen der Antriebswelle 7 überschreitet der Drehnocken 13 den Scheitelpunkt 16, während er sich an dem Drehnocken 13 abwälzend bewegt. Dabei drückt die Schraubenfeder des Kraftspeichers 17 den Drehnocken 13 selbsttätig weiter in die in Drehrichtung liegende (End)Stellung, hier die AUS-Schaltstellung, wobei sich die Schraubenfeder wieder entspannt. Diese Drehbewegung wird mittels einer zweiten Koppelstange 20 (in 3 von den beiden Wellen 7, 8 etwas verdeckt) auf die Abtriebswelle 8 übertragen. Die Koppelstange 20 ist ebenfalls mit einem Langloch 21 versehen, in welches wieder ein entsprechender Mitnehmer 22 eingreift, der an der Abtriebswelle 8 fest angeordnet ist und parallel zu dieser verläuft.
4 zeigt in schematischer Darstellung den Kraftspeicher 17 mit den beiden Drehnocken 13, 19a, wobei die beiden Scheitelpunkte 16, 20 der unrunden Wälzkurven 15, 23 aufeinander stehen und die Schraubenfeder maximal zusammengedrückt ist. Der Drehnocken 19a ist drehbeweglich um eine Achse 24 an einem Federteller 25 des Kraftspeichers 17 gelagert. Die gestrichelten Linien zeigen die Ausgangslage des Federtellers 25. Der in 4 untere Federteller 25 wird dabei gegen den in 4 oberen Federteller 24 bewegt, wobei die zwischen den Federtellern 22, 23 befindliche Schraubenfeder zusammengedrückt wird.
In 5 ist der Kraftspeicher 17 mit der Rolle 19b (das Drehteil 19 also mit einer runden Wälzkurve) als Alternative gezeigt.

Claims

Vorrichtung (1) zum Aus- und Einschalten eines elektrischen Schalters (2), mit einer Antriebswelle (7), die aus einer EIN-Position in eine AUS-Position (und umgekehrt) drehbar ist, mit einer mit dem Schalter (2) verbindbaren Abtriebswelle (8), die mit der Drehbewegung der Antriebswelle (7) korrespondierend aus einer EIN-Schaltstellung in eine AUS-Schaltstellung (und umgekehrt) drehbar ist, mit einer zwischen der EIN- und der AUS-Position liegenden Zwischen-Position, wobei jeweils im Verlauf der Drehbewegung der Antriebswelle (7) a) bis zum Erreichen der Zwischen-Position ein mechanischer Kraftspeicher (17) von der Antriebswelle (7) gespannt wird und b) nach Passieren der Zwischen-Position das Weiterdrehen der Abtriebswelle (8) in die jeweilige (in Drehrichtung liegende) Schaltstellung vom Kraftspeicher (17) übernommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen des Kraftspeichers (17) mittels eines von der Antriebswelle (7) angetriebenen Drehnockens (13) erfolgt, der zum Aufbringen des Spannwegs eine unrunde Wälzkurve (15) mit einem Scheitelpunkt (16) aufweist, und dass der Kraftspeicher (17) mit einem Drehteil (19) versehen ist, das mit der Walzkurve (15) des Drehnockens (13) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehteil (19) mit einer unrunden Wälzkurve (23) mit einem Scheitelpunkt (20) ausgebildet ist, die mit der Wälzkurve (15) des Drehnockens (13) zusammenwirkt, wobei die beiden Scheitelpunkte (16, 20) bei Erreichen des maximalen Spannwegs aufeinander treffen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehteil (19) als Rolle (19b) ausgebildet ist, dessen Wälzkurve mit der Walzkurve (15) des Drehnockens (13) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzkurven (15, 23) des Drehteils (19) und des Drehnockens (13) eine miteinander kämmende Verzahnung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (17) eine Schraubenfeder aufweist, die auf einer Seite eines Federtellers (25) abgestützt ist, auf dessen gegenüberliegender Seite das um eine Achse (24) drehbewegliche Drehteil (19) des Kraftspeichers (17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehnocken (13) von der Antriebswelle (7) angetrieben wird.