DE102016215888A1

DE102016215888A1 - Koppeleinrichtung und Verfahren zum Koppeln und Entkoppeln eines Spanngetriebes eines Leistungsschalters

Info

Publication number: DE102016215888A1
Application number: DE102016215888.0A
Authority: DE
Inventors: Lukas Binner; Prosper Hartig; Philipp Last; Maurice Lesser; Gunnar Lutzke; Ronald Puls; Uwe Schriek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-01
Also published as: WO2018036739A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung (1) für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters und ein Verfahren zum Koppeln und Entkoppeln. Die Koppeleinrichtung (1) umfasst ein erstes rotierbares Element (2), welches an einer Welle (4) befestigt ist und in Wirkverbindung mit einem Spannantrieb (5) steht. Desweiteren umfasst die Koppeleinrichtung (1) ein zweites bewegbares Element (3) zum Spannen einer Feder (6), welches ausgebildet ist über eine kinematische Kette (7) wenigstens einen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten. Das erste Element (2) und das zweite Element (3) stehen in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3). Wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ist in eine zweite Position bewegbar, in welcher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) unterbrochen ist. Die Bewegung des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position erfolgt als Translationsbewegung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters und ein Verfahren zum Koppeln und Entkoppeln. Die Koppeleinrichtung umfasst ein erstes rotierbares Element, welches an einer Welle befestigt ist und in Wirkverbindung mit einem Spannantrieb steht. Desweiteren umfasst die Koppeleinrichtung ein zweites bewegbares Element zum Spannen einer Feder, welches ausgebildet ist über eine kinematische Kette wenigstens einen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten. Das erste Element und zweite Element stehen in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element. Wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements ist in eine zweite Position bewegbar, in welcher das erste und zweite Element beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element unterbrochen ist.
Hochspannung-Leistungsschalter werden zum Schalten hoher Spannungen und Ströme verwendet, insbesondere im Bereich von bis zu 1˙200 kV und von bis zu einigen 1˙000 A. Dazu sind Kontakte vorgesehen, insbesondere ein Haupt- und Nebenstromkontakt. Ein Kontakt umfasst jeweils wenigstens zwei Kontaktstücke. Ein Haupt- oder Nennstromkontakt umfasst z.B. zwei Nennstromkontaktstücke, und ein Nebenstrom- oder Lichtbogenkontakt umfasst z.B. zwei Lichtbogenkontaktstücke. Wenigstens ein Kontaktstück eines jeweiligen Kontakts ist beweglich angeordnet, zum Schalten des Leistungsschalters.
Die Bewegung beim Schalten der Kontaktstücke wird in einem Antrieb erzeugt, und die durch den Antrieb erzeugte Kraft bzw. Bewegung wird über eine kinematische Kette an das jeweilige bewegliche Kontaktstück übertragen. Zum Erzeugen von Bewegungsenergie werden im Antrieb z.B. Motoren verwendet und/oder die Bewegungsenergie wird in einem Federspeicher zwischengespeichert. Eine Handkurbel oder ein elektrischer Motor können zum Erzeugen von Bewegungsenergie verwendet werden und in einer Feder mit hoher Federkonstante kann die Bewegungsenergie zwischengespeichert werden. Die Feder wird z.B. durch den Motor vorgespannt und stellt beim Auslösen des Schaltens des Leistungsschalters die gespeicherte Energie bereit, in Form von Bewegungsenergie bzw. Kraftwirkung auf die kinematische Kette.
Beim Schalten ist in der Regel der Motor von der Feder mechanisch entkoppelt, d.h. die Federkraft wirkt nicht auf den Motor. Bei einer mechanischen Kopplung von Motor und Feder beim Schalten bzw. Entspannen der Feder würde ansonsten die Federkraft durch den Motor gedämpft und nicht vollständig zum Schalten zur Verfügung stehen bzw. auf bewegliche Kontaktstücke übertragen. Beim Spannen der Feder ist der Motor hingegen mit der Feder mechanisch gekoppelt bzw. in Wirkverbindung, und die vom Motor erzeugte mechanische Bewegung und Kraft wird zum Spannen der Feder verwendet.
Um zwischen gekoppelt und entkoppeltem Zustand regel- oder steuerbar zu wechseln, ist zwischen Motor und Feder eine Koppeleinrichtung angeordnet. Die Feder wird über eine Spannwelle vom Motor über ein Spanngetriebe gespannt. Bei der Schaltbewegung, z.B. der Einschaltbewegung des Leistungsschalters, wird die Kraft der Feder über die Spannwelle durch Verdrehung der Spannwelle an den Schalter bzw. die beweglichen Kontaktstücke des Schalters abgegeben.
Die Schritte vom Spannvorgang der Feder bis zum Schalten des Schalters können in fünf Phasen eingeteilt werden. Die erste Phase beschreibt dabei den Spannvorgang von einem unteren Totpunkt der Spannwelle zu einem oberen Totpunkt. Die Spannwelle befindet sich mit der Einschaltfeder, die vollständig entspannt oder teilweise vorgespannt sein kann, und welche über eine Kurbel mit der Spannwelle verbunden sein kann, in einer Stellung am unteren Totpunkt der Kurbel oder hinter dem unteren Totpunkt in Richtung der Spannbewegung. Ein Kraftschluss zwischen Motor, Spanngetriebe und Spannwelle muss hergestellt sein oder werden, damit die Feder durch Verdrehen der Spannwelle gespannt wird.
Die zweite Phase beschreibt den Bereich vom oberen Totpunkt bis zu einer verklinkten Stellung. Wenn die Feder vollständig gespannt ist und die Kurbel sich am oberen Totpunkt befindet, muss die Kurbel durch den Motor und das Spanngetriebe bis hinter den oberen Totpunkt bewegt werden, bis das durch die Kraftwirkung der Feder am Kurbeltrieb ansteigende Drehmoment das Reibungsmoment übersteigt und die Kraft der Feder die Spannwelle in Schaltrichtung bewegen kann. Ab diesem Punkt wird die Feder die Drehbewegung der Spannwelle beschleunigen, bis diese z.B. durch eine Klinke gehalten wird. Wenn das Spanngetriebe und der Motor durch die Kraft der Einschaltfeder in dieser Phase nicht mit beschleunigt werden sollen, müssen sie von der Feder mechanisch entkoppelt werden. Eine mögliche Entkopplung kann z.B. durch eine Überholkupplung erfolgen, welche ermöglicht, dass die Spannwelle sich schneller drehen kann als das bis zu diesem Zeitpunkt antreibende Spanngetriebe.
Sind das Spanngetriebe und der Motor nicht mechanisch entkoppelt, wird die Beschleunigung der Spannwelle durch die Trägheit von Motor und Spanngetriebe in Verbindung mit der Übersetzung verringert. Trotzdem können durch die Übersetzung des Spanngetriebes sehr hohe Winkelgeschwindigkeiten im Spanngetriebe und für den Motor entstehen, für welche diese Bauteile normalerweise nicht ausgelegt sind.
Die dritte Phase beschreibt die verklinkte Stellung und den Nachlauf. Der Motor oder das Spanngetriebe müssen mechanisch entkoppelt werden, nachdem die Spannwelle nach dem oberen Totpunkt durch die Kraft der Feder in die verklinkte Stellung gebracht wurde, wenn der Nachlauf des Motors und/oder des Spanngetriebes durch die gespeicherte kinetische Energie, oder bei noch nicht ausgeschaltetem Motor, nicht zu einer Verspannung des Spannmechanismus führen sollen. Die mechanische Entkopplung in dieser Phase verhindert, dass vom Motor und vom Spanngetriebe Drehmoment auf die Spannwelle übertragen wird. Eine Überholkupplung, wie sie in der zweiten Phase verwendet werden kann, ist dazu nicht geeignet. Eine mechanische Entkopplung kann z.B. durch eine schaltbare Klinke realisiert werden.
Die vierte Phase beschreibt den Schaltvorgang. Beim Schalten sind das Spanngetriebe und der Motor ebenfalls mechanisch entkoppelt, damit sie nicht mit bewegt werden. Würde der Motor und das Spanngetriebe beim Schalten mit bewegt, würden durch die für die Spannwelle hinsichtlich der notwendigen Schaltgeschwindigkeit vorgegebenen Winkelgeschwindigkeiten sowie durch die Übersetzung des Spanngetriebes sehr hohe Winkelgeschwindigkeiten im Spanngetriebe und für den Motor entstehen, für die die Bauteile normalerweise nicht ausgelegt sind. Eine Beschädigung oder Zerstörung der Bauteile könnte die Folge sein. In dieser Phase ist sowohl eine Überholkupplung als auch eine schaltbare Klinke geeignet.
Die fünfte Phase beschreibt das Überschwingen nach dem unteren Totpunkt und die Rücklaufsperre. Bei der Schaltbewegung wird die Spannwelle durch die Feder angetrieben, bis diese am unteren Totpunkt des Kurbelgetriebes vollständig entspannt ist und die eigentliche Schalthandlung vollzogen ist. Durch die gespeicherte kinetische Energie wird die Spannwelle bis hinter den unteren Totpunkt weiterverdreht und die Feder wird teilweise wieder gespannt, bis die kinetische Energie in die Federenergie umgewandelt ist und die Spannwelle zum Stillstand kommt. Durch eine geeignete Vorrichtung wird die Spannwelle an diesem Punkt festgehalten oder wird sich um den unteren Totpunkt herum auspendeln. Das Spanngetriebe und der Motor müssen in dieser Phase nicht mechanisch entkoppelt sein. Sind diese nicht mechanisch entkoppelt, wird die Beschleunigung der Rückwärtsdrehung der Spannwelle durch die Trägheit von Motor und Spanngetriebe in Verbindung mit der Übersetzung verringert, und kann beispielsweise durch eine Rücklaufsperre im Spanngetriebe ganz verhindert werden.
Die zuvor beschriebene Koppeleinrichtung zwischen Motor und Feder sowie das beschriebene Verfahren vom Spannvorgang der Feder bis zum Schalten des Schalters sind fehleranfällig, benötigen viele Bauteile und verursachen durch ihre Komplexität hohe Kosten, wobei durch häufige Richtungsänderungen in der Koppeleinrichtung und durch die vielen Bauteile hohe Verluste bei der Übertragung der Bewegungsenergie entstehen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung bzw. Reduzierung der zuvor beschriebenen Probleme. Insbesondere ist es Aufgabe eine Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters und ein Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter anzugeben, welche eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, einfach und mit wenig Kostenaufwand realisierbar sind, eine einfache, verlustarme Erzeugung der Bewegung für Leistungsschalter ermöglichen, wobei ein Koppeln und Entkoppeln mit wenig Aufwand und Bewegungsenergieverlusten möglich ist, gesteuert oder geregelt.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Koppeleinrichtung, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
Eine erfindungsgemäße Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters umfasst ein erstes rotierbares Element, welches an einer Welle befestigt ist und in Wirkverbindung mit einem Spannantrieb steht, und ein zweites bewegbares Element zum Spannen einer Feder. Das zweite bewegbare Element ist ausgebildet, über eine kinematische Kette wenigstens einen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten. Das erste Element und das zweite Element stehen in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element, und wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements ist in eine zweite Position bewegbar, in welcher das erste und zweite Element beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Element unterbrochen ist. Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements ist in die erste und/oder zweite Position durch eine Translationsbewegung bewegbar.
Mit der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung ist ein einfaches Koppeln und Entkoppeln zwischen Motor und Feder möglich, und durch die Translationsbewegung ist nur wenig Aufwand und wenig Energie dafür notwendig. Dies führt zu geringen Kosten und zu einer höheren Zuverlässigkeit gegenüber Koppeleinrichtungen mit z. B. aufwendigen Getrieben, welche eine große Anzahl an Elementen umfassen, insbesondere mit vielen Wellen und Zahnrädern. Es ist eine einfache, verlustarme Erzeugung der Bewegung mit der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung möglich, wobei ein Koppeln und Entkoppeln mit wenig Bewegungsenergieverlust erfolgen kann, geregelt oder gesteuert.
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann ein Zahnrad sein oder kann ein Zahnrad umfassen. Insbesondere können das erste und das zweite Element ein Zahnrad sein oder umfassen. Zahnräder ergeben eine einfache, zuverlässige Kraftübertragung zwischen zwei Elementen im Zustand, wo sie ineinander greifen. Die Kraftübertragung kann einfach durch Translationsbewegung getrennt werden, insbesondere durch Translationsbewegung entlang der Rotationsachse der Zahnräder. Dadurch wird eine hohe Zuverlässigkeit beim Koppeln und Entkoppeln erreicht. Das bzw. die Zahnräder können von einem Spanngetriebe umfasst sein, d.h. Teil des Spanngetriebes sein. Dadurch wird ein kompakter, einfacher Aufbau ermöglicht.
Ein Element des ersten und zweiten Elements kann ein Spannradritzel sein oder umfassen. Ein Element des ersten und zweiten Elements kann ein Spannrad sein oder umfassen. Das Spannrad kann entlang seines Umfangs eine Verzahnung aufweisen, welche insbesondere nicht vollständig um den Umfang des Spannrads ausgebildet ist. Mit der Anordnung sind die zuvor beschriebenen Phasen beim Spannen und Schalten einfach und kostengünstig zu realisieren. Ist ein Element ein Spannradritzel und ein Element ein Spannrad, insbesondere ein Spannrad mit nicht vollständig entlang des Umfangs ausgebildeter Verzahnung, so kann durch eine Lücke in der Verzahnung eine mechanische Entkopplung des Spannrades insbesondere in den Phasen zwei und drei des Spannvorgangs erfolgen. In der ersten Phase sind die Verzahnungen im Eingriff miteinander und in der vierten Phase werden die Verzahnungen wieder in Eingriff gebracht. Dadurch kann das Spannrad ohne Rückwirkung auf das Spanngetriebe in der zweiten Phase beschleunigt werden und in der dritten Phase treten keine oder nur geringe Verspannungen auf. Der Motor wir in der zweiten Phase von der Spannungsversorgung getrennt und kurzgeschlossen, bis zum Zeitpunkt des Einschaltens am Anfang der vierten Phase.
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann in die erste und/oder zweite Position durch eine Translationsbewegung entlang einer Achse bewegbar sein, insbesondere entlang einer Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements. Eine Bewegung entlang einer Mittel- und/oder Rotationsachse ist einfach, mit geringem technischem Aufwand und zuverlässig ausführbar. Ein Verkanten oder Blockieren von z. B. Zahnrädern oder Spannradritzel und Spannrad kann durch Bewegung entlang einer Achse vermieden werden, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung erreicht wird. Ein einfaches Ineinandergreifen von z. B. Zähnen von Zahnrädern oder Spannradritzel und Spannrad, und ein einfaches Lösen des Ineinandergreifens wird selbst bei Bewegung der Elemente möglich durch die Translationsbewegung entlang einer Achse zum Lösen oder Herstellen des Ineinandergreifens.
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann in die erste und/oder zweite Position durch einen Aktuator bewegbar sein, insbesondere durch eine Feder, einen Hebel und/oder einen Motor. Die Bewegung kann auch durch Trägheit insbesondere eines Ritzels angeordnet an einer schraubenförmigen Verzahnung wenigstens eines Spannrads erfolgen. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Erzeugung und/oder Bereitstellung der für die Translationsbewegung notwendigen Energie möglich.
Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements kann federnd gelagert sein, zum Bewegen in die zweite Position und zum Einspuren des ersten und zweiten Elements kraftschlüssig ineinander. Durch die federnde Lagerung wird z. B. bei anlaufendem Motor eine Translationsbewegung und Verzahnung möglich, da im Falle des Aufeinandertreffens von Zähnen beim Einspurvorgang das Zahnrad oder Ritzel in der Stellung verharren kann, bis durch eine erfolgte Weiterdrehung des Ritzels Zahn auf Lücke im anderen Zahnrad oder im Spannrad trifft, und so ein Einspuren einfach und ohne Verkanten möglich wird.
Der Spannantrieb kann einen elektrischen Motor umfassen oder ein elektrischer Motor sein. Elektrische Motoren sind kostengünstig, gut steuer- und regelbar sowie einfach und zuverlässig zu betreiben.
Die Feder kann in Wirkverbindung mit dem zweiten bewegbaren Element sein. Die Feder kann eine Schraubenfeder, eine Drehfeder oder eine Blattfeder sein oder umfassen, insbesondere mit einer Federkonstante zum Schalten eines Kontakts eines Hochspannungs-Leistungsschalters über eine kinematische Kette. Insbesondere Schraubenfedern, Drehfedern oder Blattfedern können über lange Zeit, zuverlässig Bewegungsenergie speichern und ohne äußere Energiezufuhr Bewegungsenergie bereitstellen. Sie sind einfach und kostengünstig ausführbar sowie platzsparend anordenbar.
Das wenigstens eine, zwischen der ersten und zweiten Position bewegbare Element kann steuerbar oder regelbar sein, insbesondere zwischen der ersten und zweiten Position gesteuert oder geregelt bewegbar sein, zum phasenweisen Steuern oder Regeln der Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element. Dadurch wird eine gezielte, zeitlich bestimmte Bewegung und Funktion des wenigstens einen, zwischen der ersten und zweiten Position bewegbaren Elements ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Koppeleinrichtung, umfasst, dass wenigstens ein Element eines ersten rotierbaren Elements und eines zweiten bewegbaren Elements von einer zweiten Position in eine erste Position bewegt wird und/oder von der ersten in die zweite Position bewegt wird. In der ersten Position besteht für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element ein mechanischer, kraftschlüssiger Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Element. In der zweiten Position ist oder wird das erste und zweite Element beabstandet voneinander angeordnet, mit unterbrochener Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element. Das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements, wird in die erste und/oder in die zweite Position durch eine Translationsbewegung bewegt.
Die Translationsbewegung des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements kann entlang einer Achse erfolgen, insbesondere entlang der Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements.
Es können folgende Schritte zeitlich aufeinanderfolgend erfolgen,

– eine entspannte oder teilweise gespannte Feder, zum Bewegen wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters über eine kinematische Kette beim Schalten, wird kraftschlüssig über eine Spannwelle und dem mit der Spannwelle mechanisch insbesondere fest verbundenen zweiten Element, durch Translationsbewegung des ersten und/oder zweiten Elements mit dem ersten Element sowie dem Spannantrieb verbunden,
– Spannen der Feder durch den Spannantrieb, durch Kraftübertragung vom Spannantrieb über eine Welle, dem mit der Welle verbundenen ersten Element, weiter über das erste und zweite Element sowie über die Spannwelle auf die Feder,
– Verklinken insbesondere der Spannwelle über eine Verklinkungsvorrichtung und Entkoppeln des ersten und zweiten Elements durch Translationsbewegung wenigstens eines Elements des ersten und zweiten Elements.

Nach dem Schritt Entkoppeln bei einem Schaltvorgang des Leistungsschalters kann die Feder entspannt werden. Insbesondere kann die Feder entspannt werden, wenn das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements in einer zweiten Position ist, in welcher das erste und zweite Element beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element unterbrochen ist.
Ein Spannen der Feder kann über eine Kurbel erfolgen. Das Spannen kann durch Übertragung einer Kraft von der Spannwelle über die Kurbel auf die Feder erfolgen. Ein oberer Totpunkt der Kurbel kann bei kraftschlüssiger Verbindung des ersten und zweiten Elements überwunden werden.
Ein Schalten des Leistungsschalters kann durch Entspannen der Feder und Kraftübertragung von der Feder auf die Schaltwelle erfolgen. Dabei kann die Kraftübertragung über die Kurbel und über weitere Elemente der kinematischen Kette, auf einen Kontakt des Leistungsschalters erfolgen. Das erste und zweite Element können dabei mechanisch entkoppelt und beabstandet sein, und ein unterer Totpunkt der Kurbel, bis zu dem das Schalten erfolgt, kann durch Trägheit oder beim Spannen der Feder überwunden werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen einer Koppeleinrichtung eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Koppeleinrichtung, nach Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der Koppeleinrichtung für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters nach Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Koppeleinrichtungen schematisch in den 1 bis 3 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben, wobei in 3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Dabei zeigen die
1 schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters nach dem Stand der Technik, mit Spannantrieb 5 und Feder 6, und
2 schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe der 1, mit einem Ritzel 2 und einem Spannrad 3 mit Lücke in der Verzahnung,
3 schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe mit einer erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung 1, mit translatorisch bewegbarem Ritzel 2 zur Entkopplung des Spannantriebs 5 von der Feder 6.
In 1 ist schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Leistungsschalter wird beim Schalten durch eine Feder 6 angetrieben, welche die Bewegungsenergie zum Bewegen von elektrischen Kontaktstücken der Kontakte des Leistungsschalters speichert. Der Einfachheit halber sind in den Figuren Kontakte mit Kontaktstücken nicht dargestellt. Beim Schalten wird eine Verklinkungseinrichtung 10 der Feder gelöst und z. B. durch Expansion der Feder Bewegungsenergie freigesetzt. Elemente der kinematischen Kette des Leistungsschalters übertragen die Bewegungsenergie der Feder 6 auf die beweglichen Kontaktstücke des Leistungsschalters, wodurch ein elektrischer Kontakt geöffnet oder geschlossen wird, d.h. der Leistungsschalter schaltet.
Für weitere Schaltvorgänge muss nach einem oder mehreren erfolgten Schaltvorgängen Bewegungsenergie der Feder 6 wieder zugeführt werden. Die Feder 6 wird z. B. wieder gespannt durch Zusammendrücken der Feder 6. Ein Spannantrieb 5, insbesondere ein elektrischer Motor, erzeugt Bewegungsenergie in Form von Rotation einer Welle 4. Über Getriebeelemente 12 wird die Rotation auf eine Spannwelle 9 übertragen, welche z. B. eine Kurbel 11 antreibt. Die Kurbel 11 ist mit Teilen der kinematischen Kette 7 mechanisch verbunden, z. B. mit einer Antriebsstange. Über die Teile der kinematischen Kette 7 wird die Feder 6 gespannt. Die Kurbel 11 in Verbindung mit den Teilen der kinematischen Kette 7 wandelt die Rotationsbewegung der Spannwelle 9 in eine Translationsbewegung z. B. der Antriebsstange um, wodurch die Feder 6 gespannt wird. Die gespannte Feder 6 wird verklinkt, d. h. die Verklinkungsvorrichtung 10 blockiert die Bewegung der Teile der kinematischen Kette 7 bis zum Auslösen des nächsten Schaltvorgangs. Die Bewegungsenergie für den Schaltvorgang ist in der Feder 6 gespeichert.
In 1 sind insbesondere die Elemente der kinematischen Kette 7, der Verklinkungsvorrichtung 10 und des Spannantriebs 5 sowie der Feder 6 nur symbolisch angedeutet. Es können weitere Getriebeelemente 12, wie z. B. unterschiedlich große Zahnräder eines Zahnradgetriebes, zum Umwandeln von Bewegungsenergie und Kräften verwendet werden sowie ein Freilauf, um den Spannantrieb 5 beim Auslösen des Schaltens nicht zu beschädigen. Ein Verklinken kann über ein Spannrad mit Transportklinke erfolgen und eine Motorsteuerung kann in Verbindung mit Positionsschaltern, wie z. B. einem Motorendlagenschalter erfolgen. Elemente, wie z. B. eine Rücklaufsperre, um ein Rückschwingen der Spannwelle 9 nach einem Einschaltvorgang zu verhindern, können verwendet werden sowie Elemente, wie z. B. eine Überholkupplung zum Entkoppeln der Spannwelle 9 vom Spanngetriebe 12 nach dem Spannvorgang und während des Einschaltvorgangs. Der Motor eines Spannantriebs 5 kann elektrisch geregelt oder gesteuert werden, insbesondere durch eine Steuerungseinrichtung, und kann z.B. über Elemente wie eine Motorbremse, insbesondere durch Kurzschluss am Ende des Spannvorgangs, abgebremst werden.
In 2 ist ein Spanngetriebe der 1 schematisch in Schrägansicht dargestellt, zusätzlich mit einer Koppeleinrichtung 1 zum Entkoppeln des Spannantriebs 5 von Teilen der kinematische Kette 7 und der Feder 6, insbesondere zum Entkoppeln nach dem Spannvorgang und beim Schalten des Leistungsschalters. Die Koppeleinrichtung 1 umfasst ein Ritzel 2 und ein Spannrad 3. Das Spannrad 3 weist entlang seines Umfangs eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung entlang des Umfangs des Ritzels 2 Phasenweise in Wirkverbindung steht, d. h. ineinandergreifend angeordnet ist. Die Verzahnung des Ritzels 2 ist auf der Zylindermantelfläche des Ritzels 2 angeordnet und vollständig um den Umfang des Ritzels 2 ausgebildet. Die Verzahnung des Spannrads 3 ist auf der Zylindermantelfläche des Spannrads 3 angeordnet und nur teilweise entlang des Umfangs des Spannrads 3 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Hälfte des Umfangs des Spannrads 3 mit einer Verzahnung versehen, und die andere Hälfte weist die mantelfläche ohne Verzahnung auf.
Beim Spannvorgang der Feder 6, d. h. der zuvor beschriebenen Phase 1, sind die Verzahnungen des Ritzels 2, welches in Wirkverbindung mit Getriebeelementen 12 steht, und des Spannrads 3, welches in Wirkverbindung mit der Spannwelle 9 sowie über Elemente der kinematischen Kette 7 mit der Feder 6 steht, im gegenseitigen Eingriff. Eine Drehbewegung, welche vom Spannantrieb 5, insbesondere von einem elektrischen Motor, erzeugt wird, und von Getriebeelementen 12 umgesetzt bzw. übersetzt wird, wird über die Koppeleinrichtung 1, mit Ritzel 2 und Spannwelle 3 in gegenseitigem Eingriff, auf die Spannwelle 9 übertragen, welche über eine Kurbel 11 in Verbindung mit Teilen der kinematische Kette 7 die Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelt, welche die Feder 6 spannt.
In den zuvor beschriebenen Phasen 2 und 3, d. h. der Bewegung vom oberen Totpunkt der Kurbel 11 bis zu einer verklinkten Stellung, wobei die Feder 6 vollständig gespannt ist, sowie beim Nachlauf des Spannantriebs 5 und von Getriebeelementen 12, ist durch die Lücke in der Verzahnung des Spannrads 3 das Ritzel 2 und das Spannrad 3 voneinander entkoppelt. Eine Bewegung des Spannantriebs 5 und von Getriebeelementen 12 über die Welle 4 und das Ritzel 2 wird nicht auf die Feder 6 über das Spannrad 5, die Spannwelle 9, die Kurbel 11 sowie Teile einer kinematische Kette 7 übertragen. Bewegungen der Feder 6 sind entkoppelt von Bewegungen des Spannantriebs 5 und umgekehrt. Ein Beschädigung eines Elements 5, 6 durch die Bewegung des jeweils anderen Elements 6, 5 wird so verhindert.
Beim Schalten des Leistungsschalters, d. h. der zuvor beschriebenen Phase 4, kann am Ende des Schaltvorgangs das Spannrad 3 und das Ritzel 2 mit ihren jeweiligen Zähnen wieder in gegenseitigen Eingriff gebracht werden, oder bei Verwendung z. B. einer Überholkupplung angeordnet in der Spannwelle 9, kann beim Schalten das Spannrad 3 und das Ritzel 2 mit ihren jeweiligen Zähnen in einem Zustand mit gegenseitigem Eingriff sein. Durch eine Überholkupplung, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, kann beim Schalten das Mitdrehen von Getriebeelementen 12 bei Drehung der Spannwelle 9 verhindert werden.
In der zuvor beschriebenen fünften Phase des Überschwingens nach dem unteren Totpunkt werden Getriebeelementen 12 rückwärts mitgenommen und eine Rücklaufsperre, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, kann ein Rückschwingen der Spannwelle 9 verhindern. Die Rücklaufsperre kann zwischen Getriebeelementen 12 angeordnet sein und verhindert das Rückswingen der Spannwelle 9 in einem Zustand mit gegenseitigem Eingriff der jeweiligen Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2.
Durch die zuvor beschriebene Anordnung ist ein Schalten des Leistungsschalters und ein Spannen der Feder 6 ohne Beschädigung von Elementen 2 bis 5, 7, 9, 11 und 12 möglich. Voraussetzung ist, dass beim Einschalten die Verzahnungen des Ritzels 2 und des Spannrads 3 in einem Zustand mit gegenseitigem Eingriff sind.
In 3 ist schematisch in Schrägansicht ein Spanngetriebe wie in 2 dargestellt, jedoch mit einer erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung 1. Das Ritzel 2, als das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements, ist translatorisch bewegbar. Durch die Translationsbewegung des Ritzels 2, bzw. z. B. eines Zahnrads als das wenigstens eine Element, können der Spannantrieb 5 und Getriebeelemente 12 von der Feder 6 und von Teilen der kinematischen Kette 7 entkoppelt werden. Eine gleichzeitige Entkopplung von Getriebeelementen 12 untereinander kann verhindert werden, z.B. durch längliche Ausbildung von Zahnrädern als Getriebeelemente 12 mit einer Länge größer der Länge der Translationsbewegung. Dadurch können, selbst bei einer Verschiebung der Getriebeelemente 12 über eine Verschiebung der Welle 4 mit dem Ritzel 2, die Getriebeelemente 12 untereinander in Wirkverbindung bzw. Zahnräder in gegenseitigem Eingriff bleiben.
Bei Ausführung des Spannrads 3 als Zahnrad, mit vollständig um den Umfang herum angeordneten Zähnen, d. h. ohne Zahnlücken, und bei Ausführung des Ritzels 2 ebenfalls als Zahnrad mit vollständig um den Umfang herum angeordneten Zähnen, erfolgt eine Trennung der mechanischen Verbindung von Spannantrieb 5 und Feder 6 durch Verschiebung des Spannrads 3 und des Ritzels 2 gegeneinander. Das Spannrad 3, insbesondere starr befestigt an der Spannwelle 9, ist mit seiner Rotationsachse, welche der Längsachse der Spannwelle 9 entspricht, parallel zur Rotationsachse des Ritzels 3, welches insbesondere starr befestigt an der Welle 4 ist und eine Rotationsachse aufweist, welche der Längsachse der Welle 4 entspricht, angeordnet. Eine Verschiebung des Spannrads 3 und des Ritzels 2 gegeneinander erfolgt in eine Richtung parallel der Rotationsachse des Spannrads 3 und des Ritzels 2.
Sind die Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2 gegenseitig ineinandergreifend angeordnet, d. h. steht das Spannrad 3 und das Ritzels 2 in Wirkverbindung miteinander, kann eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, bzw. eine Kraft über die Wirkverbindung, d. h. die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 in Wirkverbindung, übertragen werden. Wird das Spannrad 3 und/oder das Ritzel 2 entlang der Rotationsachse translatorisch bewegt bzw. gegeneinander verschoben, dann greifen ab einer Verschiebelänge größer der Dicke des Spannrads 3 und/oder des Ritzels 2 die Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2 nicht mehr ineinander. Die Wirkverbindung ist nicht vorhanden und die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 ist entkoppelt. Eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, bzw. eine Kraft über die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2, kann nicht übertragen werden. Die mechanische Verbindung von Spannantrieb 5 und Feder 6 ist unterbrochen, beide können unabhängig voneinander Bewegungen erzeugen und übertragen, ohne Rückwirkung auf das jeweils andere Element bzw. Teil.
Eine translatorische Verschiebung in die Entgegengesetzte Richtung entlang der Rotationsachse um die gleiche Länge wie die Verschiebung zum Entkoppeln, führt zu einem Koppeln des Spannrads 3 mit dem Ritzel 2. Die Zähne des Spannrads 3 und des Ritzels 2 greifen wieder ineinander. Die Wirkverbindung ist wiederhergestellt und die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 ist im gekoppelten Zustand. Eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, bzw. eine Kraft über die Wirkverbindung, d. h. die Koppeleinrichtung 1 mit Spannrad 3 und Ritzels 2 in Wirkverbindung, kann übertragen werden. Die mechanische Verbindung von Spannantrieb 5 und Feder 6 ist gegeben und die Feder 6 kann, wie zuvor beschrieben, durch eine vom Spannantrieb 5 erzeugte Rotationsbewegung, welche z. B. durch eine Kurbel 11 und Teile einer kinematische Kette 7 in eine Translationsbewegung umgewandelt wird, gespannt werden.
Durch translatorische Verschiebung von Spannrad 3 und Ritzel 2 gegeneinander, geregelt oder gesteuert zu bestimmten Zeitpunkten während oder zwischen den zuvor beschriebenen Phasen, d. h. der Schritte vom Spannvorgang der Feder bis zum Schalten des Schalters, kann mit wenig Aufwand eine mechanische Kopplung und Entkopplung des Spannantriebs 5 und der Getriebeelemente 12 von der Feder 6 und Teilen der kinematischen Kette 7 erfolgen. Über die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung 1 ist ein Koppeln und Entkoppeln von Feder 6 und Spannantrieb 5 gezielt, nach Bedarf möglich, ohne großen technischen Aufwand, kostengünstig, mit wenig Energieaufwand und wenig Platzbedarf durch die translatorische Bewegung von Spannrad 3 und Ritzel 2 gegeneinander. Dabei kann statt Spannrad 3 und Ritzel 2 als erstes und zweites Element 2, 3 ein Zahnradpaar verwendet werden, oder statt Spannrad 3 mit Zähnen entlang des gesamten Spannradumfangs ein Spannrad 3 mit Zähnen in nur einem Bereich des Spannradumfangs, wie in 3 dargestellt ist.
Die translatorische Bewegung des ersten und zweiten Elements 2, 3 gegeneinander kann durch einen Aktuator insbesondere geregelt oder gesteuert erfolgen. Der Einfachheit halber ist in 3 kein Aktuator dargestellt. Als Aktuator kann z.B. ein Linearmotor, insbesondere an Welle 4 und/oder an Spannwelle 9 befestigt, verwendet werden. Die translatorische Bewegung des ersten und zweiten Elements 2, 3 gegeneinander kann alternativ oder zusätzlich durch einen Hebel oder durch Trägheit eines auf einer schraubenförmigen Verzahnung angeordneten Ritzels 2 bei z. B. Motorlauf des Spannantriebs 5 erfolgen. Es können für die translatorische Bewegung des ersten und zweiten Elements 2, 3 gegeneinander auch Elemente wie z. B. Rückstellfedern verwendet werden oder eine zwangsweise Führung des Ritzels 2. Die Steuerung oder Regeleung des Kraftschluss zwischen Spannantrieb 5 und Feder 6 kann über die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung mit einfachen Mitteln realisiert werden, wobei ein Nachlauf z. B. eines Motors des Spannantriebs 5 bei getrenntem Kraftschluss unkritisch ist, und an die Drehmoment-Drehzahlcharakteristik des Motors nur geringe Ansprüche gestellt werden müssen. Dies erlaubt die Verwendung kostengünstiger Motoren für den Spannantrieb 5.
Die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung 1 kann Teil der Getriebeelemente 12 sein. So kann ein Zahnradpaar der Getriebeelemente 12 relativ zueinander translatorich verschiebbar angeordnet sein. Dazu kann ein Zahnrad oder beide Zahnräder insbesondere geregelt oder gesteuert gegeneinander entlang ihrer Rotationsachse verschoben werden, zum Koppeln in eine räumliche Position mit ineinandergreifenden Zähnen der zwei Zahnräder, und zum Entkoppeln in eine Position mit nicht ineinandergreifenden Zähnen der zwei Zahnräder.
Die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung 1 kann im Kraft- bzw. Bewegungsfluß zwischen den Getriebeelementen 12 und der Verklinkungsvorrichtung 10 oder der Spannwelle 9 angeordnet sein. Bei Verwendung eines Spannrads 3 und eines Ritzels 2 mit vollständig um den jeweiligen Umfang angeordneten Zähnen, wobei im gekoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 eingreifen und kraftschlüssig aufeinander wirken, und im entkoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 räumlich entfernt und ohne Kraftschluss mit den Zähnen des Spannrads 3 angeordnet sind, kann z. B. das Ritzel 2 translatorisch verschiebar entlang seiner Rotationsachse angeordnet sein. Vor dem Spannvorgang wird das Ritzel 2 axial verschoben und mit dem Spannrad 3 in Eingriff gebracht. Während des Spannvorgangs, d. h. in Phase 1, wird so eine Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite gewährleistet. In oder am Ende der Phase 2 wird das Ritzel z. B. durch einen Aktuator zurückbewegt, in eine Position ohne Eingriff der Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3. Die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist unterbrochen. Dadurch ist in den Phasen 3 bis 5 die Kraftübertragung bzw. Wechselwirkung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite unterbrochen.
Alternativ können in Phase 2 die Zähne des Ritzels 2 mit den Zähnen des Spannrads 3 im Eingriff bleiben, wodurch Getriebeelemente 12 und Spannantrieb 5 durch ihre Trägheit die Beschleunigung der Spannwelle 9 durch die Feder 6 verringern. Der elektrische Motor des Spannantriebs 5 kann kurzgeschlossen werden, um eine weitere Bremswirkung zu erzeugen. Im verklinkten Zustand, d. h. in oder am Ende der Phase 3 wird das Ritzel 2 translatorisch entlang seiner Rotationsachse in die Position ohne Eingriff der Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 bewegt. Die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist unterbrochen. Dadurch ist in den Phasen 4 und 5, insbesondere beim Schalten des Leistungsschalters, die Kraftübertragung bzw. Wechselwirkung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite unterbrochen.
Bei Verwendung eines Ritzels 2 mit vollständig um den jeweiligen Umfang angeordneten Zähnen und eines Spannrads 3 mit Zähnen in nur einem Bereich des Umfangs, wobei im gekoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 eingreifen und kraftschlüssig aufeinander wirken, und im entkoppelten Zustand die Zähne des Ritzels 2 räumlich entfernt und ohne Kraftschluss mit den Zähnen des Spannrads 3 angeordnet sind, kann zusätzlich z. B. das Ritzel 2 translatorisch verschiebar entlang seiner Rotationsachse angeordnet sein. Vor dem Spannvorgang wird das Ritzel 2 axial verschoben und mit den Zähnen des Spannrads 3 in Eingriff gebracht. Während des Spannvorgangs, d. h. in Phase 1, bewegen sich die Zähne des Ritzels 2 im Bereich mit Zähnen des Spannrads 3 und eine Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite bleibt gewährleistet. In Phase 2 kommt das Ritzel 2 durch eine Ausnehmung in der Verzahnung des Spannrads 3 entlang seines Umfangs außer Eingriff, d. h. die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist unterbrochen. In Phase 3 können der Motor des Spannantriebs 5 und Getriebeelemente 12 ohne Wirkung auf die Spannwelle 9 und die Feder 6 auslaufen, ohne dass das Ritzel 2 translatorisch entlang seiner Rotationsachse bewegt wurde, d. h. ohne dass das Ritzel 2 vom Spannrad 3 entfernt zurückgezogen ist. Das Ritzel 2 wird in Phase 3 oder während des Einschaltens in Phase 4 translatorisch entlang seiner Rotationsachse in die Position ohne Eingriff der Zähne des Ritzels 2 in die Zähne des Spannrads 3 bewegt, d. h. vom Spannrad 3 wegbewegt. Die Kraftübertragung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite ist unterbrochen, selbst wenn bei der Schaltbewegung des Leistungsschalters die Spannwelle 9 in eine Position bewegt wird, bei welcher die Zähne des Ritzels 2 in die Zähne der Spannwelle 9 eingreifen könnten. Der Abstand des Ritzels vom Spannrad 3 macht ein Eingreifen unmöglich. Dadurch ist beim Schalten des Leistungsschalters die Kraftübertragung bzw. Wechselwirkung zwischen Spannantrieb 5 und Getriebeelementen 12 auf der einen Seite und Spannwelle 9 sowie der Feder 6 auf der anderen Seite zu jeder Zeit des Schaltens unterbrochen.
Das Ritzel 2 kann über ein federndes Element verschoben werden, bei gleichzeitig anlaufendem Motor des Spannantriebs 5. Bei einem Aufeinandertreffen der Zähne des Ritzels 2 und des Spannrads 3 beim Einspurvorgang verharrt das Ritzel 2 in der Position, bis durch die erfolgte Weiterdrehung des Ritzels 2 Zahn auf Lücke trifft, und ein Einspruren möglich ist. Dabei kann der Motoranlauf, z. B. durch Verwendung einer Schaltung mit Vorwiderstand, langsam erfolgen, um ein schonendes Einspuren durch langsamen Motorlauf zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ritzel 2 auf einer schraubenförmigen Verzahnung angeordnet sein und über ein federndes Element verschoben werden. Dieses kann beim Verschieben gedreht werden und im Falle des Aufeinandertreffens der Zähne von Ritzel 2 und Spannrad 3 beim Einspurvorgang, verharrt das Ritzel in seiner Stellung bis durch die erfolgte Weiterdrehung des Ritzels 2 Zahn auf Lücke trifft und ein Einspuren möglich ist. Erst nach dem vollständigen Einspuren läuft der Motor mit Verzögerung an.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. verschiedene Arten von Spannantrieben 5 verwendet werden. Es können elektrische Motoren oder vorgespannte Federn mit hoher Federkraft verwendet werden. Eine lineare Führung von Teilen der kinematischen Kette 7, wie z. B. einer Antriebsstange, kann in Form einer Schiene oder eines Hohlrohres an oder um die Antriebsstange angeordnet sein. Die Führung führt die Antriebsstange linear auch bei Kippkräften, welche durch die Kurbel bei deren Drehung erzeugt werden. Die Feder 6 kann eine Ein- und/oder Ausschaltfeder des Leistungsschalters sein.
Bezugszeichenliste

1: Koppeleinrichtung
2: erstes Element, insbesondere Ritzel
3: zweites Element, insbesondere Spannrad
4: Welle des ersten Elements
5: Spannantrieb, insbesondere Motor
6: Feder, z. B. Spannfeder zum Antreiben wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters
7: Teil einer kinematische Kette zum Schalten wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters
8: Bewegungsachse mit Bewegungsrichtungen der Translationsbewegung
9: Spannwelle
10: Verklinkungsvorrichtung
11: Kurbel
12: Getriebeelemente

Claims

Koppeleinrichtung (1) für ein Spanngetriebe eines Leistungsschalters, mit einem ersten rotierbaren Element (2), welches an einer Welle (4) befestigt ist und in Wirkverbindung mit einem Spannantrieb (5) steht, und mit einem zweiten bewegbaren Element (3) zum Spannen einer Feder (6), welches ausgebildet ist über eine kinematische Kette (7) wenigstens einen Kontakt eines Leistungsschalters zu schalten, wobei das erste Element (2) und das zweite Element (3) in einer ersten Position in mechanischem Kontakt miteinander stehen für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3), und wobei wenigstens ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in eine zweite Position bewegbar ist, in welcher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet voneinander angeordnet sind und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position durch eine Translationsbewegung bewegbar ist.
Koppeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ein Zahnrad ist oder umfasst, insbesondere dass das erste und zweite Element (2, 3) ein Zahnrad ist oder umfasst, insbesondere umfasst von einem Spanngetriebe.
Koppeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ein Spannradritzel ist oder umfasst und/oder ein Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) ein Spannrad ist oder umfasst.
Koppeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannrad entlang eines Umfangs eine Verzahnung aufweist, welche insbesondere nicht vollständig um den Umfang des Spannrads ausgebildet ist.
Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position durch eine Translationsbewegung entlang einer Achse, insbesondere entlang einer Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements bewegbar ist.
Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder zweite Position durch einen Aktuator bewegbar ist, insbesondere durch eine Feder, einen Hebel und/oder einen Motor, und/oder durch Trägheit insbesondere eines Ritzels angeordnet an einer schraubenförmigen Verzahnung wenigstens eines Spannrads.
Koppeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) federnd gelagert ist zum Bewegen in die zweite Position und zum Einspuren des ersten und zweiten Elements (2, 3) kraftschlüssig ineinander.
Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannantrieb (5) einen elektrischen Motor umfasst oder ein elektrischer Motor ist.
Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (6) in Wirkverbindung mit dem zweiten bewegbaren Element (3) ist und eine Schraubenfeder, eine Drehfeder oder eine Blattfeder umfasst oder ist, insbesondere mit einer Federkonstante zum Schalten eines Kontakts eines Hochspannungs-Leistungsschalters über eine kinematische Kette.
Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine, zwischen der ersten und zweiten Position bewegbare Element steuerbar oder regelbar ist, insbesondere zwischen der ersten und zweiten Position gesteuert oder geregelt bewegbar ist zum phasenweisen Steuern oder Regeln der Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3).
Verfahren zum kraftschlüssigen Koppeln und Entkoppeln von Elementen (2, 3) einer Koppeleinrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eines Spanngetriebes für einen Leistungsschalter, bei welchem wenigstens ein Element eines ersten rotierbaren Elements (2) und eines zweiten bewegbaren Elements (3) von einer zweiten Position, in welcher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet voneinander angeordnet werden, mit unterbrochener Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3), in eine erste Position bewegt wird, mit mechanischem, kraftschlüssigem Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3), und/oder bei welchem das wenigstens eine Element des ersten und zweiten Elements (2, 3) von der ersten in die zweite Position bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element des ersten und des zweiten Elements (2, 3) in die erste und/oder in die zweite Position durch eine Translationsbewegung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Translationsbewegung des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3) entlang einer Achse, insbesondere entlang der Mittelachse und/oder Rotationsachse des wenigstens einen Elements erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich aufeinanderfolgend die Schritte erfolgen: – eine entspannte oder teilweise gespannte Feder (6) zum Bewegen wenigstens eines Kontakts eines Leistungsschalters über eine kinematische Kette (7) beim Schalten, wird kraftschlüssig über eine Spannwelle (9), dem mit der Spannwelle (9) mechanisch insbesondere fest verbundenen zweiten Element (3) durch Translationsbewegung des ersten und/oder zweiten Elements (2, 3) mit dem ersten Element (2) und dem Spannantrieb (5) verbunden, – Spannen der Feder (6) durch den Spannantrieb (5) durch Kraftübertragung über insbesondere eine Welle (4), verbunden mit dem ersten Element (2), über das erste und zweite Element (2, 3) sowie über die Spannwelle (9) auf die Feder (6), – Verklinken insbesondere der Spannwelle (9) über eine Verklinkungsvorrichtung (10) und Entkoppeln des ersten und zweiten Elements (2, 3) durch Translationsbewegung wenigstens eines Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt Entkoppeln bei einem Schaltvorgang des Leistungsschalters die Feder (6) entspannt wird, insbesondere in einer zweiten Position des wenigstens einen Elements des ersten und zweiten Elements (2, 3), in welcher das erste und zweite Element (2, 3) beabstandet voneinander angeordnet werden und eine Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Element (2, 3) unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannen der Feder (6) über eine Kurbel (11) erfolgt, durch Übertragung einer Kraft von der Spannwelle (9) über die Kurbel (11) auf die Feder (6), insbesondere mit einem oberen Totpunkt der Kurbel (11), welcher bei kraftschlüssiger Verbindung des ersten und zweiten Elements (2, 3) überwunden wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalten des Leistungsschalters durch Entspannen der Feder (6) und Kraftübertragung von der Feder (6) auf die Schaltwelle (9), insbesondere über die Kurbel (11), und über weitere Elemente der kinematischen Kette (7) auf einen Kontakt des Leistungsschalters erfolgt, bei mechanisch entkoppeltem, beabstandetem ersten und zweiten Element (2, 3), insbesondere mit einem unteren Totpunkt der Kurbel (11), bis zu dem das Schalten erfolgt und/oder welcher durch Trägheit oder beim Spannen der Feder (6) überwunden wird.