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Antriebsvorrichtunq für einen Drei-Stufen-Schalter in
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elektrischen Mittelspannunqsanlagen Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung
für einen Drei-Stufen-Schalter zum Einschalten, Unterbrechen und Erden von elektrischen
Leitungen in Mittelspannungsanlagen.
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Zur Durchführung von Schaltvorgängen der obengenannten Art benötigte
man bisher zwei getrennte Schaltersysteme. Dies erfordert einen verhältnismäßig
großen Raum- und Installationsaufwand. Darüber hinaus ist es schwierig, die beiden
Schaltersysteme in gegenseitiger Abhängigkeit sinnfällig zu verriegeln, was aus
Sicherheitsgründen notwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung o-r vorerwähnten
Nachteile die beiden Schaltvorgänge des Einschaltens und Unterbrechens sowie des
Freischaltens und Erdens in einem einzigen, möglichst raumsparend gestalteten Drei-Stufen-Schalter
zu vereinen, der außerdem eine sinnfällige Verriegelung der einzelnen Schaltpositionen
ermöglichen soll.
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Diese Aufgabe wird bei einer Antriebsvorrichtung für einen Schalter
der eingangs erwähnten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 ist erreicht,
daS der Schalter unabhängig vom Vorhandensein elektrischer Energie betätigt werden
kann, was aus Sicherheitsgründen erwünscht ist, Die Ausführungsform gemäß Patentanspruch
6 gestattet es,
die einzelnen Schaltvorgänge sehr kurzzeitig, nämlich
im Bereich unterhalb von 2a ms, auszuführen, so daß auch unter Leistung geschaltet
werden kann und darüber hinaus in den Endstellungen der einzelnen Schaltpositionen
ein breiter Toleranzbereich der Drehbewegung existiert, der sich zur Unterbringung
von Hilfs- und Steuerfunktionen eignet.
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Darüber hinausgehende Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
sind in den weiteren Patentansprüchen gekennzeichnet.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels mit den Figuren 1 bis 5 wird die
Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung;
Fig. 2 den Längsschnitt durch eine praktische Ausführungsform der Erfindung; Fig.
3 einen Querschnitt in der Ebene III-III nach Fig. 2; Fig. 4 einen Querschnitt in
der Ebene IV-IV nach Fig. 2 und Fig. 5 einen Querschnitt in der Ebene V-V nach Fig.
2.
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In Fig. 1 ist die erfindungagemäße Antriebsvorrichtung schematisch
dargestellt. Auf einer Antriebswelle 1 ist ein Energiespeicher angeordnet, bestehend
aus einer Spannfeder 2 und einer Spannvorrichtung 3. Die Spannfeder 2 ist mit ihrem
einen Ende auf der Antriebswelle 1 und mit ihrem anderen Ende an der Spannvorrichtung
3 befestigt.
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Die Spannvorrichtung 3 ist auf der Antriebswelle 1 konzentrisch gelagert
und von einem Spannhebel 4 entgegen der Kraft der Spann feder 2 um etwa 1200 drehbar.
Bestand-
teil der Spannvorrichtung 3 ist eine später beschriebene
Freilaufvorrichtung, die ein Entspannen der Feder durch die Spannvorrichtung 3 verhindert,
aber gleichzeltig ein Zurückführen des Spannhebels 4 in seine Ausgangsposition erlaubt.
Auf der Antriebswelle 1 ist ferner eine Exzenterscheibe 5 befestigt, die mit einer
Schwinggabel 6 tusammenwirkt. Darüber hinaus ist auf der Antriebswelle 1 eine Sperrklinken-Steuervorrichtung
7 angeordnet, die aus einer mit der Antriebswelle 1 fest verbundenen Steuerscheibe
8 besteht, die im Winkel von 1800 mit je einem Sperrnocken 9 versehen ist. Eine
Klinke 10 wird durch den Federdruck gegen die Oberfläche der Steuerscheibe 8 gedrückt,
so daß sie im Ruhezustand in die Sperrnocken 9 eingreift.
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Der Steg der U-förmigen Schwinggabel 6, deren Schenkel die Exzenterscheibe
5 umgreifen, ist in seiner Symmetrieachse mit einer Steuerwelle 11 verbunden, die
als Hohlwelle ausgebildet ist und an deren einem Ende zwei Schwinghebel 12, 13 angeordnet
sind, von denen jeder, um 1800 versetzt, mit dem einen Ende je eines Schubhebels
14, 15 gelenkig verbunden ist, deren andere Enden gemeinsam an einer Schaltschwinge
16 angelenkt sind, die in ihrem Drehpunkt mit der Schaltwelle 17 eines Drei-Stufen-Schalters
18 verbunden ist. Diese Schaltwelle 17 trägt einen Kontaktfinger 19, der, ausgehend
von der dargestellten Position "Unterbrechen" entweder in die Position des Kontaktnockens
20 "Erden" oder in die Position des Kontaktnockens 21 "Einschalten" schwenkbar ist.
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Um dies zu erreichen, sind die beiden Schwinghebel 12, 13 in ihrem
Drehpunkt über je eine Kugelkupplung mit der Steuerwelle 11 kuppelbar. Zur Betätigung
dieser Kugelkupplungen in der Weise, daß wahlweise der Schwinghebel 12 oder der
Schwinghebel 13 mit der Steuerwelle 11 verbunden ist, befindet sich im Innern der
Steuerwelle 11 zur Betätigung der Kugelkupplung eine Schaltwelle 22, die auf
noch
zu beschreibende Weise zur Umschaltung in die Position 21 die Schwinge 12 mit der
Steuerwelle 11 kuppelt und, nach entsprechender Drehung der Schaltwelle 22 etwa
um 900 zur Erreichung der Position 20, den Schwinghebel 13 mit der Steuerwelle 11
kuppelt und den Schwinghebel 12 von der Steuerwelle 11 entkuppelt. Zu diesem Zweck
besitzt die Schaltwelle 22 einen Pusitåsnsschalter in Form des mit der Schaltwelle
22 fest verbundenen Hebels 23, Die Klinke 10 ist über einen Hebel 24, der die Klinke
mittels einer Feder 25 an die Oberfläche der Steuerscheibe 8 andrückt, über eine
einstellbare Kupplung 26 entweder mit dem Auslösehebel 27 oder, über die Welle 28,
mit dem Stößel 29 verbindbar. Dieser wird über den Hebel 30 mit Hilfe der Feder
31 gegen die Oberfläche der Scheibe 32 der Kupplungsvorrichtung 3 gedrückt, die
einen Nocken 33 besitzt, der so angeordnet ist, daß er in der Endstellung des Spannhebels
4, d.h. bei gespannter Feder 2 den Stößel 29 betätigt und, bei entsprechender Einstellung
der Kupplung 26, die Klinke 10 aus der Sperrstellung ausrückt. Um wahlweise die
Klinke 10 vom Auslösehebel 27 oder vom Stößel 29 betätigen zu lassen, ist die Kupplung
26 mit einem Wahlschalter 34 ausgerüstet, der zwei Positionen besitzt und in der
einen Position die Klinke 10 mit dem Auslösehebel 27 und in der anderen Position
die Klinke 10 mit dem Stößel 29 kuppelt.
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Anhand der Fig. 1 soll nunmehr das Funktionsprinzip der Antriebsvorrichtung
näher erläutert werden. Zunächst wird durch Drehen des Spannhebels 4 und damit der
Spannvorrichtung 3 um die Antriebswelle 1 die Spannfeder 2 in einen gespannten Zustand
versetzt und durch die Freilaufvorrichtung in diesem Zustand gehalten. Dabei wird
gleichzeitig der Spannhebel 4 wieder freigegeben und gelangt in seine Ausgangsposition
zurück. Durch das Einrasten der Klinke 10 in einen der auf der Steuer scheibe 8
angeordneten Sperrnocken 9 wird eine Drehung der Antriebs-
welle
1 zunächst verhindert. In dieser gesperrten Position der Antriebswelle 1 befindet
sich die Exzenterscheibe 5 in der dargestellten, die Schwinggabel 6 in einer der
beiden Endstellungen.
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Es sei nun angenommen, daß sich der Positionaschalter 23 in der dargestellten
Lage befindet und daß in dieser Lage der Schwinghebel 12 mit der Steuerwelle 11
gekuppelt und der Schwinghebel 13 auf der Steuerwelle 11 frei beweglich ist. Wenn
nun zum Auslösen eines Schaltvorganges die Klinke 10 bei entsprechender Stellung
des Wahlschalters 34 durch Betätigen des Auslösehebels 27 aus der dargestellten
Arretierungsposition herausgehoben wird, dreht sich die Antriebswelle bis zum erneuten
Einrasten der Klinke 10 in die nächste Arretierungsposition um 1800.
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Damit dreht sich auch die Exzenterscheibe 5 um den gleichen Winkel
und führt die Schwinggabel 6 in ihre andere Endstellung. Diese treibt die Steuerwelle
11 an, so daß sich der Schwinghebel 12 ebenfalls um den entsprechenden Betrag dreht.
über den Schubhebel 14 wird dabei die Schalt-9C hwinge 16 und damit auch die Schaltwelle
17 sowie der Kontaktfinger 19 des Schalters 18 in eine entsprechende Drehbewegung
versetzt. Die Verhältnisse sind dabei so gewählt, daß der Kontaktfinger 19 aus seiner
dargestellten Position Unterbrechen mit dem Kontaktnocken 21 in Eingriff kommt und
damit die Position "Einschalten" erreicht hat.
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Wird nun mit Hilfe des Auslösehebels 27 die Klinke erneut aus der
Arretierungaposition herausgehoben, dreht sich die Antriebswelle 1 wiederum um 1800
bis die Klinke 10 abermals einrastet und mittels der Exzenterscheibe 5 die Schwinggabel
6 in ihre Ausgangsposition zurückbewegt. Damit gelangt auch der Kontaktfinger 19
in der bereits beschriebenen Weise in seine Mittellage "Unterbrechen" zurück.
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Um die Position "Erden" zu erreichen, wird der Wahlschalter 23 in
die gestrichelt dargestellte Lage gebracht, was zur Folge hat, daß über die Steuerwelle
22 der Schwinghebel 12 von der Steuerwelle 11 entkuppelt und der Schwinghebel 13
mit dieser gekuppelt wird. Nach erneutem Aufziehen der Spann feder 2 durch Betätigen
des Spannhebels 4 und dem Abheben der Klinke 10 aus der Arretierungsposition etwa
mit Hilfe des Auslösehebels 27 dreht sich die Steuerwelle 11 abermals in der bereits
beschriebenen Weise und der Schwinghebel 13 treibt nunmehr über den Schubhebel 15
die Schaltschwinge 16 in der Weise an, daß sie die Schaltwelle 17 in umgekehrter
Richtung dreht und der Kontaktfinger 19 den Kontaktnocken 20 erreicht. Gleichzeitig
bewegt sich der von der Steuerwelle 11 entkuppelte Schwinghebel 12 in entgegengesetzter
Richtung zum Schwinghebel 13. Um den Schaltfinger 19 in die Ausgangsposition "Unterbrechen"
zurückzuführen, wird der Auslösevorgang in gleicher Weise, wie bereits beschrieben,
wiederholt.
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Um ein separates Auslösen von Hand zu vermeiden, kann die Klinke 10
durch Betätigen des Wahlschalters 34 mit Hilfe der Kupplung 26 über den Hebel 24
die Welle 28 mit dem Stößel 29 gekuppelt werden. Dies hat zur Folge, daß der Stößel
29 in der den aufgezogenen Zustand der Spannfeder 2 repräsentierenden Position des
Spannhebels 4 mit Hilfe des Nockens 33 aus der gegen den Druck der Feder 31 eingenommenen
Position ausgerückt und diese Drehbewegung über die Welle 28 auf die Klinke 10 übertragen
wird und diese aus der gesperrten Position heraushebt, so daß in der beschriebenen
Weise ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Um die jeweilige Stellung des Kontaktfingers
19 anzuzeigen, ist mit dem Schwinghebel 13 ein Anzeigestab 35 verbunden, dessen
äußeres Ende auf einer Skala 36 die jeweils eingenommene Position des Schalters
18 anzeigt.
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Im folgenden 8011 nun eine praktische Ausführungsform einer
Antriebsvorrichtung
der erfindungsgemäßen Art mit weiteren Details beschrieben werden. Dabei sind die
in Figz 1 dargestellten Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Antriebswelle
1 ist in Gestalt eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers auf der am Gehäuse 37
befestigten Achse 38 drehbar gelagert. Sie bildet usammen mit der Steuer scheibe
8 eine Konstruktionseínheit. In diese Steuer scheibe 8 ist zur rührung und Arretierung
der Klinke 10 eine Nut 40 eingefräst, deren Form in Fig. 3 dargestellt ist. Auf
die Antriebswelle 1 ist die Exzenterscheibe 5 mit festem Sitz aufgeschoben und derart
von der Schwinggabel 6 umgeben, daß die Oberfläche der Exzenterscheibe 5 an den
Innenseiten der beiden Schenkel der Schwinggabel gleitet. Der Steg der Schwinggabel
6 ist mit einer in ihrer Symmetrieachse angeordneten Bohrung versehen, in die die
Steuerwelle 11 mit festem Sitz eingeführt ist. Diese Steuerwelle 11 ist am Gehäuse
37 der Antriebsvorrichtung drehbar gelagert. Auf dem der Schwinggabel 6 gegenüberliegenden
und aus der Gehäusehalterung herausragenden Ende der Steuerwelle 11 sind die beiden
Sxhwinghebel 12 und 13 drehbar gelagert. Außerdem ist die Steuerwelle 11 mit einer
Bohrung zur Aufnahme der darin gleitend gelagerten Schaltwelle 22 versehen, die
mit dem Positionsschalthebel 23 fest verbunden ist. Die Schaltwelle 22 betätigt
ausrückbare Verbindungselemente 41, die wahlweise und in Abhängigkeit von der Einstellung
des Positionsschalters 23 entweder den Schwinghebel 12 oder den Schwinghebel 13
mit der Steuerwelle 11 verbinden. Der jeweils andere Schwinghebel ist dann auf der
Steuerwelle 11 frei beweglich. In fig. 5 ist die Funktion dieser ausrückbaren Verbindungselemente
genauer dargestellt und später beschrieben.
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Die Spann feder des Enerqiespeichers 3 ist in Form einer Spiralfeder
42 in einem Gehäuse 43 untergebracht und mit ihrem einen Ende mit der Antriebswelle
1 und mit ihrem anderen Ende mit dem Gehäuse 43 fest verbunden. Dieses
besitzt
einen als Lagerbuchse 44 ausgebildeten Ansatz, der über eine Schlingfederkupplung
45 auf der Achse 38 drehbar gelagert ist. Diese Schlingfederkupplung 45 ist so angeordnet,
daß sie eine Drehbewegung der Lagerbuchse 44 des Gehäuses 43 nur in Aufzugsrichtung
der Spiralfeder 42 gestattet. Auf die Lagerbuchse 44 ist außen eine weitere Schlingfederkupplung
46 und auf dieser eine Buchse 47 festsitzend aufgeschoben, die mit dem Spannhebel
4 verbunden ist. Diese Schlingfederkupplung 46 ist so angeordnet, daß sie bei einer
Drehbewegung des Spannhebels 4 in Aufzugsrichtung der Feder 42 die Drehung der Buchse
47 auf das Gehäuse 44 überträgt, während sie in der entgegengesetzten Drehrichtung
eine freie Bewegung der Buchse 47 und damit ein Zurückführen des Spannhebels 4 in
seine Ausgangsposition gestattet.
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Um nun, wie in Fig. 1 beschrieben, die Antriebsvorrichtung wahlweise
von Hand nach erfolgtem Aufzug der Spiralfeder 42 oder durch das Gehäuse 43 der
Spiralfeder 42 direkt vornehmen zu können, ist der Wahlschalter 34 gemäß Fig. 2
mit einer Kupplungshohlwelle 48 fest verbunden, die am Gehäuse 37 der Antriebsvorrichtung
drehbar gelagert ist.
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Diese Kupplungshohlwelle 48 ist in gleicher konstruktiver Weise wie
die Steuerwelle 11 mit ausrückbaren Verbindungselementen 49 versehen. Zur Betätigung
der Verbindungselemente 49 ist in der Kupplungshohlwelle 48 eine Steuerwelle 50
drehbar gelagert, die im Bereich der Verbindungselemente 49 entsprechende Ausnehmungen
51, 52 zum radialen Verschieben der Verbindungselemente 49 in entsprechenden Bohrungen
der Kupplungshohlwelle 48 besitzt. Die Steuerwelle 50 ist mit dem Wahischalter 34
fest verbunden. In der einen Stellung des Wahischaltere 34 wird der von Hand zu
bedienende Auslösehebel 37 über die Verbindungselemente 49 mit der Kupplungswelle
48 und in der anderen Position des Wahlschalters 34 wird der Stößel 53 mit der Kupplungshohlwelle
48 verbunden. Dazu besitzen der Auslösehebel 37 und der Stößel 53 entsprechende
Ausnehmungen, in welche
die Verbindungselemente 49 eingeführt werden.
Die Kupplungshohlwelle 48 erhält mittels der Schraubenfeder 54 ein Drehmoment, das
den mit ihr fest verbundenen Klinkenhebel 24 und damit die Klinke 10 gegen die äußere
Wandung der Nut 40 drückt, so daß die Klinke 10 in die jeweilige Raststellung der
Steuerscheibe 8 einrastet In Fig. 3 ist in einer Seitenansicht der Schnittebene
B-B der Fig. 2 die Sperrklinken-Steuervorrichtung mit der Steuerscheibe 8, der Klinke
10 mit dem Klinkenhebel 24, dem Wahlschalter 34 und den beiden wahlweise mit der
Klinke 10 kuppelbaren Elementen, nämlich dem Auslösehebel 27 für die Handauslösung
und dem Stößel 53 für die automatische Auslösung bei Erreichen der Endstellung des
Spannhebels 4 näher dargestellt.
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Die in die Steuerscheibe 8 eingefräste Führungsnut 40 ist erkennbar
so ausgebildet, daß in einem Drehwinkel der Steuerscheibe von je 1800 eine Raststellung
zum stabilen Einrasten der Klinke 10 vorhanden ist. Der Auslösehebel 2; ist mit
einem Verbindungselement 55 gelenkig und dieses mit dem Hebel 24 der Klinke 10 fest
verbunden.
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Am Gehäuse 43 der Spiralfeder 42 ist der Nocken 33 nach außen überstehend
so angebracht, daß er in der aufgezogenen Stellung der Spiralfeder 42 den Stößel
53 betätigt, der, je nach Stellung des Wahlschalters 34, die Klinke 10 aus ihrer
arretierten Position nach innen bewegt, so daß sich die Steuerscheibe 8 um 1800
dreht und damit einen Schaltvorgang bewirkte In Fig. 4 ist die Seitenansicht der
Schnittebene A-A der Fig. 2 mit der Exzenterscheibe 5 und der diese umgebenden Schwinggabel
6 dargestellt. Die Exzenterscheibe 5 besitzt die Form eines gleichschenkeligen Bogendreiecks,
Dies hat den besonderen Vorteil, daß in der Umgebung der Rastposition der Sperrklinken-Steuervorrichtung
8, 10 inner-
halb eines erheblichen Toleranzbereiches die Stellung
der Schwinggabel 6 kaum verändert wird, Bei Überschreiten dieses Toleranzbereichs
hingegen erreicht die Schwinggabel 6 sehr rasch ihre andere Extremposition, was
zur Folge hat, daß der Umschaltvorgang selbst schnell, d, h. unterhalb von 20 ms,
abläuft, so daß der Schalter auch unter Leistung betätigt werden kann. Darüber hinaus
hat diese Ausbildung der Exzenterscheibe den Vorteil, daß innerhalb eines breiten
Toleranzbereiches der Drehbewegung etwa erforderliche Hilfs- und Steuerfunktionen
ohne Beeinträchtigung des eigentlichen Schaltvorganges vom Schalter selbst ausgeführt
werden können.
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In Fig. 5 sind die in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Schwinghebelanordnung
12 bis 15 sowie die Anzeigevorrichtung 35, 36 näher dargestellt.
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Im Bereich der auf der Steuerwelle 11 drehbar gelagerten Schwinghebel
12 bzw. 13 besitzt die Steuerwelle 11 um 1800 gegeneinander versetzt angeordnete
Bohrungen 56, in denen sich Rollen 41 befinden. Innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten
Steuerwelle 11 ist die Schaltwelle 22 drehbar angeordnet. Die Steuerwelle 11 besitzt
darüber hinaus im Bereich der Schwinghebel 12, 13 je zwei, um 1800 versetzt angeordnete
Abphasungen 57, wobei diejenigen im Bereich des Schwinghebels 13 gegenüber denjenigen
im Bereich der Schwinghebel 12 um 900 versetzt sind. Beide Schwinghebel 12 und 13
sind in derjenigen Position, in der sie mit der Steuerwelle 11 gekuppelt werden
sollen, im Bereich der Rollen mit zylinderförmigen Ausnehmungen versehen, in die
die Rollen in derjenigen Position der Schaltwelle 22, in der sie sich in den nichtangefasten
Bereichen der Schaltwelle 22 befinden, von dieser in die zylinderförmigen Ausnehmungen
des jeweiligen Schwinghebels 12 bzw.
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13 hingedrückt werden und somit die Steuerwelle 11 mit dem betreffenden
Schwinghebel mechanisch verbinden. In der um 900 dagegen versetzt angeordneten Stellung
der Schaltwelle
22 hingegen, bei denen die Rollen in die angefasten
Bereiche der Schaltwelle 22 hinein ausweichen können, ist der betreffende Schwinghebel
frei auf der Steuerwelle 11 drehbar.
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Die Anzeigevorrichtung ist so gestaltet, daß der Anzeigestabe 35 in
einem am Schwinghebel 13 befestigten Rohr axial gleitend gelagert und gegen den
Druck der Schraubenfeder 59 teleskopartig aus dem Rohr 58 ausziehbar ist.
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Der Anzeigestab 35 ragt mit seinem Anzeigemittel 60 durch den Schlitz
der Skala 36 nach außen. Die Anzeigevorrichtung ist in der Stellung "Unterbrechen"
dargestellt und bewegt sich bei einer Drehung des Schwinghebels 13 in die eine oder
andere Endstellung.
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10 Patentansprüche 5 Figuren