Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung elektrischer Schaltgeräte, insbesondere zur Betätigung von Mittelspannungs-Lasttrennschaltern, mit einem Kippfederantrieb und einem mit diesem Federantrieb kuppelbaren Antriebsglied für die jeweilige Schalterwelle des Schaltgerätes.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DT-OS 1 515 535 bekannt, wobei der verwendete Kippfederantrieb die erforderliche Schaltgeschwindigkeit beim Ein- und Ausschalten unabhängig von der Schnelligkeit der Betätigung gewährleistet.
Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die Kippfeder auf einer mit einem Langloch versehenen Stange angebracht und wirkt direkt auf die Schalterwelle. Ferner ist bei dieser bekannten Vorrichtung dem Kippfederantrieb eine Auslösevorrichtung zugeordnet, mittels der ein durch die Einschaltbewegung der Kippfeder gespannter Federkraftspeicher die Kippfeder nach einem Auslöseimpuls über ihre Totpunktlage bringt und diese dadurch den Schalter ausschaltet.
Den allgemein bekannten Nachteilen bekannter Kippfederantriebe, die insbesondere in den störend grossen Reaktionskräften auf die Lagerstellen und dem grossen Platzbedarf zu sehen sind, kommt bei der erwähnten Vorrichtung hinzu, dass die Hilfsfeder des Federkraftspeichers stärker sein muss als die Schaltfeder, was zur Folge hat, dass die auf Welle und Lagerung einwirkenden Kräfte und damit auch die Reibungsverluste noch grösser werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art besonders einfach und raumsparend auszubilden und dabei zu gewährleisten, dass die auf die Lager einwirkenden Kräfte und damit auch die Reibungsverluste besonders gering sind. Insbesondere soll durch eine besondere Ausgestaltung der Erfindung auch die Möglichkeit geschaffen werden, mittels eines vorgespannten Kraftspeichers wahlweise einen Einschaltvorgang oder Ausschaltvorgang durch einen einfachen Auslösevorgang durchzuführen.
Die gestellte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Kippfederantrieb aus einer Doppelkippfederanordnung mit einander gegenüberliegenden, im wesentlichen gleichen Druckfedern besteht, von denen jeweils ein Ende lagefixiert ist und deren andere Enden an einem auf einer Betätigungswelle drehbar gelagerten Spannelement einander diametral gegenüberliegend und symmetrisch zur Drehachse befestigt sind, dass ein mit der Betätigungswelle fest verbundenes und mit dem Spannelement in Eingriff bringbares Mitnahmeorgan vorgesehen ist, dass das Antriebsglied ebenfalls auf der Betätigungswelle drehbar gelagert ist, dass zwischen dem Spannelement und dem Antriebsglied eine eine vorgebbare Relativbewegung zulassende Kupplungsverbindung vorgesehen ist,
und dass das Antriebsglied an seinem radial aussenliegenden Bereich wenigstens eine Anlenkstelle für ein Verbindungsgestänge zum anzutreibenden Schaltgerät aufweist.
Durch die speziell angeordneten Druckfedern wird erreicht, dass sich die Reaktionskräfte auf Lagerstellen praktisch aufheben und damit auch ein reibungsarmer Betrieb ermöglicht wird, was wiederum zur Folge hat, dass der sich bei der Durchführung von Schaltvorgängen ergebende Bewegungsablauf stets genau definiert und gleichartig vor sich geht. Die spezielle Kippfederanordnung gewährleistet überdies einen besonders gedrängten und damit platzsparenden Aufbau, der es zulässt, die Antriebsvorrichtung im Rahmen relativ kleiner Mittelspannungsschalter, z. B. mit einem Polmittenabstand von 90 mm, unterzubringen.
Da die Betätigung des anzutreibenden Schaltgeräts über ein Verbindungsgestänge erfolgt, ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit vom speziellen Aufbau des jeweils zu betätigenden Schaltgeräts und damit die vorteilhafte Möglichkeit, die Betätigungsvorrichtung universell einzusetzen.
Vorzugsweise ist das Spannelement zwischen dem Mit iahmeorgan und dem Antriebsglied auf der beidseitig gela geraten Betätigungswelle angeordnet.
Das Antriebsglied ist vorteilhafterweise scheibenförmig ausgebildet und weist einander diametral gegenüberliegende, konzentrische Teilringnuten auf, in die mit dem Spannelement fest verbundene Kupplungszapfen eingreifen.
All diese Massnahmen tragen vor allem zur Erzielung eines äusserst kompakten Aufbaus bei gleichzeitig gewährleisteter Minimierung der auftretenden Reaktionskräfte und damit zur Sicherstellung einer hohen Funktionssicherheit bei.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Spannelement als Wippe ausgebildet ist und aus zwei beabstandeten Längsträgern und zwei bezüglich der Betätigungswelle gleichen Abstand aufweisenden bolzenförmigen Querträgern besteht, an denen jeweils ein Ende einer Druckfederanordnung befestigt ist.
Das mit der Betätigungswelle fest verbundene Mitnahmeorgan ist zweckmässigerweise im wesentlichen stabförmig ausgebildet und zwischen zwei einander diametral gegen überliegenden, am Spannelement vorgesehenen Bolzen angeordnet, wobei bevorzugt die bolzenförmigen Querträger der Wippe sich beidseitig über die Längsträger hinaus erstrecken und gleichzeitig die Kupplungszapfen für das Antriebsglied und die erwähnten Bolzen für das Spannelement bilden.
Es ist ersichtlich, dass die Anordnung der Wippe zwischen Mitnahmeorgan und Antriebsglied und insbesondere die Mehrfachnutzung der bolzenförmigen Querträger der Wippe einen optimal symmetrischen, platzsparenden und aus der geringstmöglichen Anzahl von Einzelteilen bestehenden Aufbau gewährleisten.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Druckfedern durch teleskopartige Organe geführt und an ihren gehäusefesten, mit der Achse der Betätigungswelle in einer Ebene liegenden Stützpunkten gelenkig gelagert.
Die innerhalb der Druckfedern angeordneten teleskopartigen Organe bestehen dabei jeweils aus einem am gehäusefesten Stützpunkt gelagerten Stabteil und einem am bolzenförmigen Querträger der Wippe befestigten Hülsenteil.
Die teleskopartige Ausgestaltung der Führungsorgane für die Druckfedern erbringt eine ganz erhebliche Platzersparnis und lässt beispielsweise auch den Einsatz von jeweils zueinander konzentrischen, parallel geschalteten Druckfedern zu, wenn dies in bestimmten Anwendungsfällen erwünscht sein sollte.
Mit einer Vorrichtung der bisher beschriebenen Art kann eine Schalterwelle zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung unabhängig von der Schnelligkeit der Betätigung der Schaltvorrichtung durch eine Bedienungsperson hin- und hergeschaltet werden, da der eigentliche Einschaltvorgang oder Ausschaltvorgang erst nach erfolgtem Spannen der Druckfedern und dem Überschreiten der Totpunktlage des Kippfederantriebs erfolgt und die Bedienungsperson den Ablauf des Schaltvorgangs nicht mehr beeinflussen kann.
Besonders vorteilhaft ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung, dass die Kupplung der mit der Schalterwelle über ein Gestänge verbundenen Antriebsscheibe mit der unter Federvorspannung stehenden Wippe aufgrund der Ausgestaltung und Lage der Teilringnuten erst unmittelbar nach Überschreiten der Totpunktlage erfolgt, wodurch einerseits ein genau definierter und stets reproduzierbarer Beginn des eigentlichen Schaltvorgangs sichergestellt ist und andererseits praktisch keine Verschleisserscheinungen auftreten, da die im Moment des Kuppelns von Wippe und Antriebsscheibe wirksam werdenden Kräfte nach vergleichsweise gering sind. Günstig ist dabei ausserdem, dass bei jedem Schaltvorgang eine zwangsläufige Mitnahme der Antriebsscheibe erfolgt und damit eventuelle Klemmeffekte ausgeschaltet werden.
Nach einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine steuerbare Einrichtung zur Blockierung Antriebsglieds Abtriebsglieds unmittelbar nach Überschreiten der Totlage der Doppelkippfederanordnung vorgesehen.
Durch diese gezielte Blockierung des Antriebsglieds unmittelbar nach Überschreiten der Totlage der Doppelkippfederanordnung wird jegliche zusätzliche Kraftspeicheranordnung zur Gewährleistung eines steuerbaren Auslösens eines Einschaltvorgangs oder eines Ausschaltvorgangs überflüssig und damit der Gesamtaufbau einer derartigen Vorrichtung stark vereinfacht. Wesentlich ist auch, dass die Blockierung des Antriebsglieds unmittelbar nach Überschreiten der Totlage erfolgt, da in diesem Bereich nur relativ geringe Kräfte wirksam sind und somit eine praktisch verschleissfreie Blokkierung des Antriebsglieds sichergestellt werden kann. Ein Lösen der Blockierung des Antriebsglieds führt jedoch absolut sicher zur Auslösung eines Ein- oder Ausschaltvorgangs, wobei der symmetrische, einen reibungsarmen Betrieb gewährleistende Aufbau dazu vorteilhaft beiträgt.
Die steuerbare Einrichtung zur Blockierung des Antriebsglieds besteht zweckmässigerweise aus wenigstens einem mit dem Antriebsglied verbundenen Anschlag und einer Klinkenanordnung, die in Blockierstellung eine starre Verbindung zwischen Anschlag und Gehäuse bildet. Die mit dem Antriebsglied verbundenen Anschläge bestehen vorzugsweise aus den Flanken eines am Aussenumfang des scheibenförmig ausgebildeten Antriebsglieds vorgesehenen Segmentes.
Durch die Anordnung der Blockieranschläge am Aussenumfang des scheibenförmigen Antriebsglieds kann die Verklinkung über einen optimal grossen Radius vorgenommen werden, was zur Folge hat, dass mit kleinen Auslösekräften gearbeitet werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Blockiereinrichtung für das Antriebsglied aus einem im wesentlichen L-förmigen Klinkenhebel besteht, der in seinem Eckbereich drehbar gelagert und durch eine Feder in Ausklinkrichtung vorgespannt ist, und dass im Bereich des vom Blockierarm abgelegenen Endes des Klinkenhebels eine drehbare gelagerte Halbwelle vorgesehen ist, an der das Klinkenhebelende in Blockierstellung anliegt und die in Auslösestellung die Schwenkbahn des Klinkenhebelendes freigibt. Die L-förmige Ausgestaltung des Klinkenhebels ermöglicht einen besonders raumsparenden Aufbau und die Wahl optimaler Übersetzungsverhältnisse.
Die drehbar gelagerte Halbwelle ist mit einem in die Blockierstellung vorgespannten Hebel verbunden, und dieser Hebel kann beispielsweise durch eine Sicherungsauslösung, durch Fernsteuereinrichtung, insbesondere elektromagnetische Fernsteuereinrichtungen oder von Hand betätigt werden, wobei in all diesen Fällen vorteilhaft ist, dass zur Auslösung eine definierte Hebelbetätigung erforderlich ist und trotz der benötigten kleinen Auslösekräfte eine hohe Sicherheit gegen Fehlauslösungen erreichbar ist.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Blockiereinrichtung als separate Baugruppe ausgebildet und nachträglich mittels Schrauben am Gehäuse zwischen einer Seitenwand und der Kippfederanordnung befestigbar ist.
Durch die funktionsmässige Trennung von Kippfederantrieb und Blockiereinrichtung und die einfache Kopplungs möglichkeit über Blockiersegment und Klinkenhebel wird vor allem der Vorteil erreicht, dass ein problemfreier nach träglicher Anbau der Blockiereinrichtung und damit die Um rüstung eines Grundschalterantriebs in einem Auslösungsschalter keine Schwierigkeiten bereitet. Die jeweilige Ausgestaltung von Kippfederantrieb einerseits und Blockiereinrichtung andererseits als Kompakteinheit erbringt auch Vorteile in fertigungstechnischer Hinsicht und bezüglich der Lagerhaltung, da je nach Anwendungsfall aus beiden Kompakteinheiten das jeweils benötigte Gerät zusammengesetzt werden kann.
Die Betätigungswelle des Kippfederantriebs ist bei Einbau in einen Lasttrennschalter in Form eines Wellenstummels für einen aufsteckbaren Antriebshebel nach hinten aus dem Schalterrahmen herausgeführt. Damit ist in der Tür des Schaltergehäuses nur noch ein relativ kleines Loch erforderlich, was im Vergleich zu den häufig benötigten Längsschlitzen die Vorteile einer höheren Gehäusestabilität und einer durch das praktisch geschlossene Schaltergehäuse bedingten erhöhten Sicherheit erbringt.
Schliesslich zeichnet sich eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch aus, dass die Antriebsscheibe einen der Einschaltstellung zugeordneten Blockieranschlag aufweist, dem eine am Gehäuse schwenkbar gelagerte und unter Federvorspannung stehende Sperrklinke zugeordnet ist, und dass ein Längsträger der Wippe mit einer Schrägfläche zum Anheben der Sperrklinke während der Ausschalt Spannbewegung versehen ist.
Durch die Doppelnutzung des Längsträngers der Wippe in Verbindung mit der Sperrklinke wird ohne merkbare Erhöhung des Aufwands die Funktionssicherheit durch Ausschaltung eventueller Rückpralleffekte und von Kurzschlussströmen herrührender Auswirkungen noch weiter erhöht, da der Schalter sofort nach Erreichen der Einschaltstellung sicher verriegelt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kippfederantriebs nach der Erfindung,
Fig. 2, 3 und 4 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Funktionsweise des Kippfederantriebs nach Fig. 1,
Fig. 5 eine Ausführungsform eines mit einer Blockiereinrichtung versehenen Kippfederantriebs für einen Lasttrennschalter,
Fig. 6 eine Schnittansicht entsprechend der Linie A-B in Fig. 5,
Fig. 7 eine Teilansicht des Kippfederantriebs nach Fig. 5 in einer ausschaltbereiten Betriebsstellung, und
Fig. 8 eine weitere Teilansicht des Kippfederantriebs nach Fig. 5 in einer der Aus-Stellung entsprechenden Lage.
Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Kippfederantrieb nach der Erfindung ist als Kompakteinheit ausgebildet und umfasst eine in einem Gehäuse 1 beidseitig gelagerte Welle 2, auf der ein in Form einer Wippe ausgebildetes Spannelement 3 drehbar angebracht ist. Mit der Welle 2 fest verbunden ist ein Mitnahmeorgan 4, mittels dessen das Spannelement 3 durch Drehen der Welle 2 in der einen oder anderen Richtung mitgenommen werden kann.
Auf der dem Mitnahmeorgan 4 gegenüberliegenden Seite des Spannelements 3 ist ein scheibenförmig ausgebildetes Antriebsglied 5 auf der Welle 2 drehbar gelagert. Dieses Antriebsglied besitzt gegenüber dem Spannelement 3 zwei einander diametral gegenüberliegende Teilringnuten 8, 9, die sich vorzugsweise über einen Winkelbereich von mehr als 90" erstrecken und in die mit dem Spannelement 3 fest verbundene Kupplungszapfen 6,7 eingreifen.
Zwischen Spannelement 3 und Antriebsglied 5 ist demgemäss eine Relativbewegung möglich, die durch die Teilringnuten 8, 9 festgelegt wird.
Das Antriebsglied 5 kann beispielsweise über ein Gestange mit einer zu betätigenden Schalterwelle verbunden sein. Dies wird später noch näher erläutert.
Das Spannelement 3 besteht aus zwei beabstandeten Längsträgern 10, 11 und diese beiden Längsträger miteinander verbindenden Querträgern 12, 13, die als Bolzen ausgebildet sind.
Diese Querbolzen 12, 13 erstrecken sich beidseitig über die Längsträger 10, 11 hinaus und bilden auf der Seite des Antriebsglieds 5 die in die Teilringnuten 8, 9 eingreifenden Kupplungszapfen 6, 7 und auf der Seite des Mitnahmeorgans 4 Anschläge, an denen das stabförmige oder flacheisenförmige Mitnahmeorgan 4 angreifen kann.
Mit den Querbolzen 12, 13 der Wippe 3 ist jeweils ein Ende einer Druckfeder 14, 15 verbunden, deren jeweils anderes Ende am Gehäuse 1 befestigt ist.
Über einen mit der Welle 2 kuppelbaren Hebel 16 können die mit der Wippe 3 verbundenen und symmetrisch angeordneten Federn 14, 15 über das Mitnahmeorgan 4 gespannt werden.
Anhand der Fig. 2 bis 4 wird nunmehr die Wirkungsweise des Kippfederantriebs nach Fig. 1 näher erläutert.
Es wird angenommen, dass das scheibenförmige Antriebsglied 5 über ein an einer Anlenkstelle 18 schwenkbar befestigt tes Verbindungsgestänge 17 mit der Schalterwelle eines Lasttrennschalters verbunden ist.
Die symmetrisch angeordneten und auf teleskopartigen Stangen geführten Druckfedern 14, l5 sind gehäuseseitig an Einspannstellen 19, 20 befestigt.
Fig. 2 zeigt den Antrieb in einer Endstellung, der eine bestimmte Endstellung des jeweiligen Schaltgeräts, z. B. des Lasttrennschalters, zugeordnet ist. Es wird angenommen, dass die Endstellung nach Fig. 2 der EIN-Stellung des Schalters entspricht.
Durch Drehen der Welle 2 mittels des Hebels 16 im Gegenuhrzeigersinn wird über das in den Fig. 2 bis 4 nicht gezeigte Mitnahmeorgan 4 die Wippe 3 mitgenommen. Da die Federn 14, 15 an den Querbolzen der Wippe 3 angelenkt sind, werden diese Federn während des Schwenkens des Spannelements 3 im Gegenuhrzeigersinn gespannt.
Während dieser Spannbewegung bleibt das scheibenförmige Antriebsglied und damit auch das Verbindungsgestänge 17 zur nicht gezeigten Schalterwelle in Ruhe, da die Kupplungszapfen 6, 7 sich in den Teilringnuten 8, 9 des Antriebsglieds 5 frei bewegen können.
Erst wenn die beiden Federn 14, 15 über die Totlage, bei der die Einspannstellen 19, 20 und die mit den Federn verbundenen Querbolzen der Wippe in einer Ebene liegen, bewegt werden und das auf die Wippe 3 wirkende Drehmoment gross genug ist, um die vorhandenen Reibungen zu überwinden, setzt sich die Wippe 3 unter dem Druck der sich entspannenden Federn 14, 15 in Bewegung, wobei - wie dies in Fig. 3 gezeigt ist - die Kupplungszapfen 6, 7 auf die Enden der teilringförmigen Nuten 8, 9 treffen und damit die Antriebsscheibe 5 mitnehmen. Da sich die symmetrisch angeordneten Federn 14, 15 sehr schnell entspannen, wird die Antriebsscheibe 5 und damit auch die über das Gestänge 17 mit der Antriebsscheibe verbundene Schalterwelle sehr schnell in die andere Endstellung gebracht, die im angenommenen Falle der AUS-Stellung entspricht.
Diese AUS-Stellung ist in Fig. 4 gezeigt, und es ist zu erkennen dass in dieser Stellung die Federn 14, 15 wieder entspannt sind und die Anlenkstelle 18 bezüglich der Lage in Fig. 2 winkelmässig um etwa 90" versetzt ist.
Soll nunmehr wieder eine Einschaltung durchgeführt werden, so muss die Wippe 3 über das nicht gezeigte Mitnahmeorgan im Uhrzeigersinn gedreht werden, wobei die Kupplungszapfen 6, 7 die Antriebsscheibe 5 wiederum nach Uberschreiten der Totlage mitnehmen und diese Scheibe 5 sehr schnell in die in Fig. 2 gezeigte Stellung zurückbringen.
Es wurde bereits erläutert, dass dieser prinzipielle Aufbau eines Kippfederantriebs nach der Erfindung zu einer sehr kompakten, räumlich kleinen Einheit führt, aufgrund des symmetrischen Aufbaus Lagerbeanspruchung weitgehend ausschaltet werden und eine Minimierung störender Reibungseffekte gewährleistet wird.
Fig. 5 zeigt einen nach der Erfindung ausgebildeten, mit einer auslösbaren Blockiereinrichtung 30 versehenen Kippfederantrieb, der zwischen den beiden Seitenteilen 21, 22 eines Rahmens eines Lasttrennschalters angeordnet ist. Die massstabsgetreue Darstellung lässt den kompakten Aufbau des verklinkbaren Antriebs deutlich erkennen, und es ist zu erwähnen, dass dieser Antrieb problemfrei im Rahmen relativ kleiner dreipoliger Schalter mit einem Polmittenabstand von 90 mm untergebracht werden kann.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform eines Doppelkippfederantriebs sind diejenigen Teile, die der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichent.
Das Gehäuse 1 des Antriebs ist mittels Schrauben mit dem Rahmen des Lasttrennschalters verbunden. Zwischen der Anlenkstelle 18 der Antriebsscheibe 5 und der Schalterwelle 25 des Lasttrennschalters ist ein Verbindungsgestänge
17 vorgesehen, mittels dessen der Lasttrennschalter zwischen der EIN-Stellung und AUS-Stellung umgeschaltet werden kann.
Die die Strombahnen bzw. Schaltmesser tragenden Stützer sind schematisch bei 26 und 27 angedeutet. Die Trennmesser selbst und ihre Verbindungen mit der Schalterwelle 25 sind aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung des Schalterwellenantriebs nicht gezeichnet.
Die Momentanstellung des Kippfederantriebs nach Fig. 5 entspricht der bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten Stellung. Während jedoch in Fig. 1 der Doppelkippfederantrieb ohne Blockier- bzw. Verklinkungseinrichtung dargestellt ist, umfasst der Antrieb nach Fig. 5 zusätzlich eine derartige Blockiereinrichtung 30, die wiederum als separate und auch nachträglich anbringbare Baueinheit ausgeführt ist.
Die Blockiereinrichtung 30, die mit der in diesem Falle speziell ausgebildeten Antriebsscheibe 5 zusammenwirkt, besteht im wesentlichen aus einem Förmigen Klinkenhebel 34, 35, der in seinem Eckbereich in einem Lager 36 schwenkbar gelagert und durch eine Feder 38 in Ausklinkrichtung vorgespannt ist, während im Bereich des vom Blockierarm abgewandten Endes des Klinkenhebels eine drehbar gelagerte Halbwelle 37 vorgesehen ist, an der das Klinkenhebelende in Blockierstellung anliegt und die in Auslösestellung die Schwenkbahn des Klinkenhebelendes freigibt. Die Halbwelle 37 ist mit einem in die Blockierstellung vorgespannten Hebel 39 verbunden.
Das mit der Antriebsscheibe 5 zusammenwirkende Ende des Klinkenhebels 34 ist mit einer drehbar gelagerten Rolle versehen, um Reibungseffekte so gering wie möglich zu halten.
Die Antriebsscheibe 5 ist an ihrem Aussenumfang mit einem Flanken 32 und 33 aufweisenden Segment 31 versehen. Die Lage dieser Flanken 32, 33 ist so gewählt, dass die eine Flanke des Segmentes die Antriebsscheibe unmittelbar nach Überschreiten der Totlage in Einschaltrichtung und die andere Flanke des Segments die Antriebsscheibe unmittelbar nach Überschreiten der Totlage in Ausschaltrichtung blockiert, wenn die Klinke 34 an diesen Flanken zur Anlage kommt und die Malbwelle 37 ein Schwenken der Klinke verhindert und praktisch eine starre Stützverbindung zwischen der jeweiligen Flanke und dem Gehäuse gegeben ist.
In der in Fig. 5 dargestellten Einschaltstellung ist die Antriebsscheibe 5 noch zusätzlich durch eine unter Federvorspannung stehende Sperrklinke 29 blockiert, die mit einer am Aussenumfang der Antriebsscheibe vorgesehenen Blokkiernocke 28 zusammenwirkt. Diese Sperrklinke verhindert ein Rückprallen beim Einschaltvorgang. Um einen Ausschaltvorgang zu ermöglichen, muss diese Sperrklinke 29 angehoben werden, und zu diesem Zweck ist ein Längsträger 10 der Wippe 3 mit einer Schrägfläche zum Anheben dieser Sperrklinke versehen. Diese Schrägfläche wird während der Ausschalt-Spannbewegung des Kippfederantriebs bei noch stillstehender Antriebsscheibe 5 wirksam und löst die Blockie rung zwischen Klinke 29 und Anschlag 28, so dass bei Erreichen der Totpunktlage keine störende Blockierung der Antriebsscheibe 5 mehr gegeben ist.
Die Halbwelle 37 kann zur Freigabe der Sperrklinke 34, 35 entweder in Abhängigkeit von Sicherungen über ein Auslösegestänge 40 oder direkt über einen Auslöseknopf 41 oder auch über elektromagnetische Fernsteuereinrichtungen betätigt werden. Die Betätigungskräfte sind dabei aufgrund der gewählten Blockierung des Klinkenhebels 34, 35 sehr gering, wobei aber trotz dieser geringen Betätigungskräfte eindeutig definierte Schaltstellungen gewährleistet sind und Fehlauslösungen durch Stoss und dergleichen praktisch nicht erfolgen können.
In Fig. 5 ist die Blockiereinrichtung 30 in der verklinkten Stellung gezeigt, d. h. es ist ohne Betätigung bzw. Verdrehung der Halbwelle 37 kein Ausschaltvorgang möglich. Wenn durch Drehen der Betätigungswelle und dem dadurch bedingten Spannen der Druckfedern 14, 15 die Totpunktlage dieser Federn überschritten wird, gelangen die Kupplungszapfen 6, 7 unter einem deutlich hörbaren Klicken an den Enden der teilringförmigen Nuten 8, 9 zum Anschlag. Die Druckfedern 14, 15 können sich jedoch wegen der Blockierung der Antriebsscheibe 5 durch den Klinkenhebel 34, 35 nicht entspannen. Der Schalter befindet sich somit im vorgespannten, ausschaltbereiten Zustand, und es ist dann nur noch erforderlich, durch Schwenken der Halbwelle 37 den Klinkenhebel 34, 35 freizugeben, worauf die Druckfedern 14, 15 die Antriebsscheibe 5 und damit die Schalterwelle 25 schlagartig in die AUS-Stellung bringen.
Die Schnittdarstellung gemäss Fig. 6 lässt nochmals den Aufbau des Doppelkippfederantriebs und insbesondere das Zusammenwirken zwischen dem Mitnehmer 4, der Wippe 3 und der Antriebsscheibe 5 erkennen. Die mit dem Hebel 16 kuppelbare Betätigungswelle 2 erstreckt sich bis in den Bereich einer kreisförmigen Öffnung in der Rückwand 42 des Schaltergehäuses. Über diese Öffnung in der Rückwand kann somit das Einschalten, Ausschalten oder Vorspannen in der einen oder anderen Richtung erfolgen. Die Tatsache, dass jegliche Schalterbetätigung über eine einfache, relativ kleine Öffnung in der Schalterrückwand erfolgen kann, wirkt sich in der bereits erwähnten Weise sowohl hinsichtlich der Stabilität des Gesamtaufbaus als auch hinsichtlich der angestrebten Sicherheit für Bedienungspersonen besonders günstig aus.
In diesem Zusammenhang ist auch wesentlich, dass das Loch in der Schalterrückwend praktisch abgedeckt ist.
Die Detailansicht nach Fig. 7 zeigt den Kippfederantrieb nach Fig. 5 im ElN-Zustand mit für eine Ausschaltung vorgespannter Federanordnung. Dabei ist zu erkennen, dass der Längsträger 10 der Wippe 3, der in der bereits erläuterten Weise bezüglich der Sperrklinke 29 als Entblockierorgan wirkt, diese Sperrklinke 29 zurückhält und somit bei Betätigung der Blockiereinrichtung 30 freie Bahn für eine schnelle Teildrehung der Antriebsscheibe gewährleistet.
Die Fig. 7 lässt ferner die spezielle Ausgestaltung der teleskopartigen Führung der Druckfedern 14, 15 erkennen. Die Teleskopstangen 23 sind dabei schwenkbar an Bolzen 19, 20 gelagert, während die Teleskophülsen 43 an den Querbolzen 12,13 der Wippe schwenkbar gelagert sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind auf jeder Teleskopführung zueinander konzentrisch angeordnete Druckfedern vorgesehen, um bei geringen räumlichen Abmessungen hohe Federkräfte zu erzielen.
Fig. 8 zeigt die Vorrichtung in AUS-Stellung, in der die Druckfedern wiederum entspannt sind.
Ausgehend von dieser AUS-Stellung kann die Vorrichtung für einen Einschaltvorgang vorgespannt werden, wobei der Doppelkippfederantrieb nach Uberschreiten der Totpunktlage durch as Zusammenwirken von Segmentflanke 33 und Klinkenhebel 34 blockiert wird. Erst nach Lösen dieser Blockierung wird dann der Schaltvorgang durchgeführt.
The invention relates to a device for actuating electrical switching devices, in particular for actuating medium-voltage switch disconnectors, with a toggle spring drive and a drive element for the respective switch shaft of the switching device that can be coupled to this spring drive.
A device of this type is known from DT-OS 1 515 535, the toggle spring drive used ensuring the required switching speed when switching on and off regardless of the speed of actuation.
In this known device, the toggle spring is mounted on a rod provided with an elongated hole and acts directly on the switch shaft. Furthermore, in this known device, the toggle spring drive is assigned a triggering device, by means of which a spring force accumulator tensioned by the switching-on movement of the toggle spring brings the toggle spring above its dead center position after a trigger pulse, thereby turning off the switch.
The generally known disadvantages of known toggle spring drives, which can be seen in particular in the disruptive large reaction forces on the bearing points and the large space requirement, is added in the device mentioned that the auxiliary spring of the spring energy store must be stronger than the switching spring, which has the result that the forces acting on the shaft and bearings and thus the friction losses become even greater.
The object of the invention is to design a device of the type mentioned at the beginning in a particularly simple and space-saving manner and to ensure that the forces acting on the bearings and thus also the friction losses are particularly low. In particular, a special embodiment of the invention is also intended to create the possibility of optionally carrying out a switch-on process or switch-off process by means of a preloaded energy store by means of a simple release process.
The object is achieved according to the invention in that the toggle spring drive consists of a double toggle spring arrangement with essentially identical compression springs lying opposite one another, one end of which is fixed in position and the other ends of which are diametrically opposite and symmetrical on a clamping element rotatably mounted on an actuating shaft are attached to the axis of rotation, that a driver member is fixedly connected to the actuating shaft and can be brought into engagement with the clamping element, that the drive member is also rotatably mounted on the actuating shaft, that a coupling connection that allows a predeterminable relative movement is provided between the clamping element and the drive member,
and that the drive member has at least one articulation point for a connecting linkage to the switching device to be driven on its radially outer region.
The specially arranged compression springs ensure that the reaction forces on the bearing points are practically canceled out, thus also enabling low-friction operation, which in turn means that the sequence of movements resulting from switching operations is always precisely defined and similar. The special toggle spring arrangement also ensures a particularly compact and thus space-saving structure that allows the drive device to be used in the context of relatively small medium-voltage switches, e.g. B. with a pole center distance of 90 mm to accommodate.
Since the actuation of the switching device to be driven takes place via a connecting linkage, there is extensive independence from the special structure of the switching device to be actuated and thus the advantageous possibility of using the actuating device universally.
Preferably, the clamping element is arranged between the Mit iahmeorgan and the drive member on the actuating shaft gela on both sides.
The drive member is advantageously designed in the form of a disk and has diametrically opposite, concentric partial annular grooves in which coupling pins firmly connected to the tensioning element engage.
All of these measures contribute above all to achieving an extremely compact structure while at the same time ensuring the minimization of the reaction forces that occur and thus to ensuring a high level of functional reliability.
A further embodiment of the invention is characterized in that the tensioning element is designed as a rocker and consists of two spaced longitudinal members and two bolt-shaped cross members which are equally spaced with respect to the actuating shaft and to each of which one end of a compression spring arrangement is attached.
The drive member firmly connected to the actuating shaft is expediently essentially rod-shaped and arranged between two diametrically opposed bolts provided on the clamping element, the bolt-shaped cross members of the rocker preferably extending on both sides beyond the longitudinal members and at the same time the coupling pins for the drive member and the Form mentioned bolts for the clamping element.
It can be seen that the arrangement of the rocker between the driving element and the drive element and in particular the multiple use of the bolt-shaped cross members of the rocker ensure an optimally symmetrical, space-saving structure consisting of the smallest possible number of individual parts.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the compression springs are guided through telescopic members and are articulated on their support points fixed to the housing and lying in one plane with the axis of the actuating shaft.
The telescopic organs arranged within the compression springs each consist of a rod part mounted on the support point fixed to the housing and a sleeve part fastened to the bolt-shaped cross member of the rocker.
The telescopic design of the guide elements for the compression springs saves a considerable amount of space and, for example, also allows the use of mutually concentric, parallel-connected compression springs if this should be desired in certain applications.
With a device of the type described so far, a switch shaft can be switched back and forth between a switch-on position and a switch-off position regardless of the speed at which the switching device is operated by an operator, since the actual switch-on process or switch-off process only occurs after the compression springs have been tensioned and the dead center position has been exceeded of the toggle spring drive takes place and the operator can no longer influence the sequence of the switching process.
It is particularly advantageous in the device according to the invention that the coupling of the drive pulley, which is connected to the switch shaft via a linkage, with the rocker which is under spring tension, due to the design and position of the partial ring grooves, only takes place immediately after the dead center position has been exceeded reproducible start of the actual switching process is ensured and, on the other hand, practically no signs of wear occur, since the forces that become effective at the moment the rocker and drive pulley are coupled are comparatively low. It is also beneficial that with each switching process, the drive pulley is inevitably entrained, thereby eliminating any jamming effects.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, a controllable device for blocking the drive member and the output member is provided immediately after the dead position of the double toggle spring arrangement is exceeded.
This targeted blocking of the drive member immediately after the dead point of the double toggle spring arrangement is exceeded, any additional force storage arrangement to ensure controllable triggering of a switch-on process or a switch-off process is superfluous and the overall structure of such a device is greatly simplified. It is also essential that the drive member is blocked immediately after the dead position has been exceeded, since only relatively small forces are effective in this area and thus a practically wear-free blocking of the drive member can be ensured. However, releasing the blocking of the drive element leads to the triggering of an on or off operation with absolute certainty, with the symmetrical structure ensuring low-friction operation making an advantageous contribution.
The controllable device for blocking the drive member expediently consists of at least one stop connected to the drive member and a pawl arrangement which, in the blocking position, forms a rigid connection between the stop and the housing. The stops connected to the drive member preferably consist of the flanks of a segment provided on the outer circumference of the disk-shaped drive member.
By arranging the blocking stops on the outer circumference of the disk-shaped drive member, the latching can be carried out over an optimally large radius, which means that it is possible to work with small release forces.
A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the blocking device for the drive member consists of an essentially L-shaped ratchet lever which is rotatably mounted in its corner area and is pretensioned in the release direction by a spring, and that in the area of the locking arm remote from the locking arm At the end of the pawl lever a rotatable, mounted half-shaft is provided, on which the pawl lever end rests in the blocking position and which releases the pivoting path of the pawl lever end in the release position. The L-shaped design of the ratchet lever enables a particularly space-saving construction and the choice of optimal transmission ratios.
The rotatably mounted half-shaft is connected to a lever preloaded into the blocking position, and this lever can be actuated, for example, by a safety release, by remote control device, in particular electromagnetic remote control device, or by hand, whereby in all these cases it is advantageous that a defined lever actuation is required for release and despite the required small release forces, a high level of security against false releases can be achieved.
Another special feature of the invention is that the blocking device is designed as a separate assembly and can be subsequently attached to the housing between a side wall and the toggle spring arrangement by means of screws.
The functional separation of toggle spring drive and blocking device and the simple coupling option via blocking segment and ratchet lever have the main advantage that problem-free subsequent installation of the blocking device and thus the conversion of a basic switch drive into a trip switch does not cause any difficulties. The respective design of the toggle spring drive on the one hand and the blocking device on the other hand as a compact unit also provides advantages in terms of manufacturing technology and in terms of storage, since the required device can be assembled from both compact units depending on the application.
When installed in a switch disconnector, the actuating shaft of the toggle spring drive is led out to the rear of the switch frame in the form of a shaft stub for an attachable drive lever. This means that only a relatively small hole is required in the door of the switch housing, which, compared to the longitudinal slots that are often required, provides the advantages of greater housing stability and increased security due to the practically closed switch housing.
Finally, a further embodiment of the invention is characterized in that the drive disk has a blocking stop assigned to the switched-on position, to which a pawl pivotably mounted on the housing and under spring tension is assigned, and that a longitudinal support of the rocker with an inclined surface for lifting the pawl during the Switch-off clamping movement is provided.
Through the double use of the longitudinal member of the rocker in connection with the pawl, the functional reliability is increased even further without any noticeable increase in effort by eliminating any rebound effects and effects resulting from short-circuit currents, since the switch is safely locked immediately after the switch-on position is reached.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing; show in the drawing:
Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a tilt spring drive according to the invention,
FIGS. 2, 3 and 4 are schematic representations to explain the mode of operation of the tilt spring drive according to FIG. 1,
5 shows an embodiment of a toggle spring drive provided with a blocking device for a switch disconnector,
Fig. 6 is a sectional view along the line A-B in Fig. 5;
7 shows a partial view of the toggle spring drive according to FIG. 5 in an operating position ready to be switched off, and FIG
8 shows a further partial view of the toggle spring drive according to FIG. 5 in a position corresponding to the off position.
The toggle spring drive according to the invention, shown schematically in FIG. 1, is designed as a compact unit and comprises a shaft 2 mounted on both sides in a housing 1, on which a clamping element 3 in the form of a rocker is rotatably attached. Fixed to the shaft 2 is a driving member 4, by means of which the clamping element 3 can be driven by rotating the shaft 2 in one direction or the other.
On the side of the tensioning element 3 opposite the entrainment element 4, a disk-shaped drive member 5 is rotatably mounted on the shaft 2. Opposite the clamping element 3, this drive member has two diametrically opposed partial annular grooves 8, 9, which preferably extend over an angular range of more than 90 "and which engage the coupling pins 6, 7 firmly connected to the clamping element 3.
Accordingly, a relative movement is possible between the tensioning element 3 and the drive member 5, which movement is determined by the partial annular grooves 8, 9.
The drive member 5 can be connected to a switch shaft to be actuated, for example via a rod. This will be explained in more detail later.
The tensioning element 3 consists of two spaced longitudinal beams 10, 11 and transverse beams 12, 13 which connect these two longitudinal beams to one another and which are designed as bolts.
These cross bolts 12, 13 extend on both sides beyond the longitudinal beams 10, 11 and form on the side of the drive member 5 the coupling pins 6, 7 engaging in the partial ring grooves 8, 9 and on the side of the driving element 4 stops on which the rod-shaped or flat iron-shaped Can attack driving member 4.
One end of a compression spring 14, 15, the other end of which is fastened to the housing 1, is connected to the cross bolts 12, 13 of the rocker 3.
A lever 16 that can be coupled to the shaft 2 can be used to tension the symmetrically arranged springs 14, 15 connected to the rocker 3 via the driver element 4.
The mode of operation of the tilt spring drive according to FIG. 1 will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2 to 4.
It is assumed that the disk-shaped drive member 5 is connected to the switch shaft of a switch disconnector via a connecting rod 17 pivotably attached to a pivot point 18.
The symmetrically arranged compression springs 14, 15 guided on telescopic rods are attached to clamping points 19, 20 on the housing side.
Fig. 2 shows the drive in an end position, which a certain end position of the respective switching device, for. B. the switch disconnector assigned. It is assumed that the end position according to FIG. 2 corresponds to the ON position of the switch.
By rotating the shaft 2 by means of the lever 16 in the counterclockwise direction, the rocker 3 is carried along via the entrainment member 4, not shown in FIGS. Since the springs 14, 15 are hinged to the cross bolts of the rocker 3, these springs are tensioned during the pivoting of the tensioning element 3 in the counterclockwise direction.
During this tensioning movement, the disk-shaped drive member and thus also the connecting rod 17 to the switch shaft (not shown) remain at rest, since the coupling pins 6, 7 can move freely in the partial annular grooves 8, 9 of the drive member 5.
Only when the two springs 14, 15 are moved beyond the dead point, in which the clamping points 19, 20 and the cross bolts of the rocker connected to the springs are in one plane, and the torque acting on the rocker 3 is large enough to prevent the existing To overcome friction, the rocker 3 starts moving under the pressure of the relaxing springs 14, 15, whereby - as shown in FIG. 3 - the coupling pins 6, 7 meet the ends of the partially annular grooves 8, 9 and thus take the drive pulley 5 with you. Since the symmetrically arranged springs 14, 15 relax very quickly, the drive pulley 5 and thus also the switch shaft connected to the drive pulley via the linkage 17 is brought very quickly into the other end position, which in the assumed case corresponds to the OFF position.
This OFF position is shown in FIG. 4, and it can be seen that in this position the springs 14, 15 are relaxed again and the articulation point 18 is angularly offset by approximately 90 "with respect to the position in FIG. 2.
If a switch-on is now to be carried out again, the rocker 3 must be rotated clockwise via the driver element (not shown), the coupling pins 6, 7 again taking the drive disk 5 with them after the dead position has been exceeded and this disk 5 very quickly into the position shown in FIG Bring back the position shown.
It has already been explained that this basic structure of a toggle spring drive according to the invention leads to a very compact, spatially small unit, due to the symmetrical structure, bearing loads are largely eliminated and disruptive friction effects are minimized.
5 shows a toggle spring drive designed according to the invention, provided with a releasable blocking device 30, which is arranged between the two side parts 21, 22 of a frame of a switch disconnector. The true-to-scale representation clearly shows the compact structure of the latchable drive, and it should be mentioned that this drive can be accommodated without problems in the context of relatively small three-pole switches with a pole center distance of 90 mm.
In the embodiment of a double tilt spring drive shown in FIG. 5, those parts which correspond to the embodiment according to FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
The housing 1 of the drive is connected to the frame of the switch-disconnector by means of screws. A connecting rod is located between the articulation point 18 of the drive pulley 5 and the switch shaft 25 of the switch disconnector
17 is provided, by means of which the switch disconnector can be switched between the ON position and the OFF position.
The supports carrying the current paths or switch blades are indicated schematically at 26 and 27. The cutting knife itself and its connections to the switch shaft 25 are not shown for reasons of a clear representation of the switch shaft drive.
The instantaneous position of the tilt spring drive according to FIG. 5 corresponds to the position already explained in connection with FIG. However, while the double toggle spring drive is shown in FIG. 1 without a blocking or latching device, the drive according to FIG. 5 additionally comprises such a blocking device 30, which in turn is designed as a separate and also subsequently attachable unit.
The blocking device 30, which cooperates with the specially designed drive pulley 5 in this case, consists essentially of a shaped ratchet lever 34, 35, which is pivotably mounted in its corner area in a bearing 36 and is biased by a spring 38 in the release direction, while in the area the end of the pawl lever facing away from the blocking arm a rotatably mounted half-shaft 37 is provided on which the pawl lever end rests in the blocking position and which releases the pivoting path of the pawl lever end in the release position. The half-shaft 37 is connected to a lever 39 pretensioned into the blocking position.
The end of the ratchet lever 34 which interacts with the drive disk 5 is provided with a rotatably mounted roller in order to keep the effects of friction as low as possible.
The drive pulley 5 is provided on its outer circumference with a segment 31 having flanks 32 and 33. The position of these flanks 32, 33 is chosen so that one flank of the segment blocks the drive pulley immediately after the dead position is exceeded in the switch-on direction and the other flank of the segment blocks the drive pulley immediately after the dead position has been exceeded in the switch-off direction, when the pawl 34 on these flanks comes to rest and the Malbwelle 37 prevents the pawl from pivoting and there is practically a rigid support connection between the respective flank and the housing.
In the switched-on position shown in FIG. 5, the drive pulley 5 is additionally blocked by a spring-loaded locking pawl 29 which cooperates with a blocking cam 28 provided on the outer circumference of the drive pulley. This pawl prevents rebound during the switch-on process. In order to enable a disconnection process, this pawl 29 must be raised, and for this purpose a longitudinal beam 10 of the rocker 3 is provided with an inclined surface for lifting this pawl. This inclined surface becomes effective during the disengaging tensioning movement of the toggle spring drive when the drive pulley 5 is still stationary and releases the blocking between pawl 29 and stop 28, so that when the dead center position is reached, the drive pulley 5 is no longer blocked.
The half-shaft 37 can be actuated to release the pawl 34, 35 either as a function of fuses via a release linkage 40 or directly via a release button 41 or also via electromagnetic remote control devices. The actuation forces are very low due to the selected blocking of the ratchet lever 34, 35, but despite these low actuation forces clearly defined switching positions are guaranteed and false triggering by impact and the like can practically not occur.
In Fig. 5, the blocking device 30 is shown in the latched position, i. H. it is not possible to switch off without actuating or rotating the half-shaft 37. If the dead center position of these springs is exceeded by turning the actuating shaft and the resulting tensioning of the compression springs 14, 15, the coupling pins 6, 7 come to the stop with a clearly audible click at the ends of the partially annular grooves 8, 9. The compression springs 14, 15, however, cannot relax because of the blocking of the drive pulley 5 by the ratchet lever 34, 35. The switch is thus in the pre-tensioned, ready-to-switch state, and it is then only necessary to release the pawl lever 34, 35 by pivoting the half-shaft 37, whereupon the compression springs 14, 15 suddenly move the drive pulley 5 and thus the switch shaft 25 into the OFF position. Take position.
The sectional view according to FIG. 6 once again shows the structure of the double toggle spring drive and in particular the interaction between the driver 4, the rocker 3 and the drive pulley 5. The actuating shaft 2, which can be coupled to the lever 16, extends into the region of a circular opening in the rear wall 42 of the switch housing. This opening in the rear wall can be used to switch on, switch off or preload in one direction or the other. The fact that any switch actuation can take place via a simple, relatively small opening in the rear wall of the switch has a particularly favorable effect in the manner already mentioned, both in terms of the stability of the overall structure and in terms of the desired safety for operators.
In this context it is also essential that the hole in the switch back turn is practically covered.
The detailed view according to FIG. 7 shows the toggle spring drive according to FIG. 5 in the ELN state with a spring arrangement pretensioned for disconnection. It can be seen that the longitudinal member 10 of the rocker 3, which acts as an unlocking member in the manner already explained with respect to the pawl 29, retains this pawl 29 and thus ensures a free path for a rapid partial rotation of the drive pulley when the blocking device 30 is actuated.
7 also shows the special configuration of the telescopic guidance of the compression springs 14, 15. The telescopic rods 23 are pivotably mounted on bolts 19, 20, while the telescopic sleeves 43 are pivotably mounted on the cross bolts 12, 13 of the rocker. In the embodiment shown, compression springs arranged concentrically to one another are provided on each telescopic guide in order to achieve high spring forces with small spatial dimensions.
Fig. 8 shows the device in the OFF position, in which the compression springs are again relaxed.
Starting from this OFF position, the device can be preloaded for a switch-on process, the double toggle spring drive being blocked after the dead center position has been exceeded by the interaction of the segment flank 33 and the pawl lever 34. The switching process is only carried out after this blockage has been released.