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Einstellvorrichtung für die Vorspannkraft einer Feder Die Erfindung
betrifft eine Einstellvorrichtung für die Vorspannkraft einer Feder mit einem einstellbaren
Widerlag-er. Solche Einstellvorrichtungen finden sich in zahlreichen mechanischen
und elektrotechnischen Geräten, bei denen es darauf ankommt, mit einer Feder von
gegebenen Eigenschaften eine bestimmte geforderte Vorspannkraft zu erreichen. Beispielsweise
können auf diese Weise fertiungsbedingte Toleranzen der Federn selbst oder der Anordnungen
ausgeglichen werden, in denen sie benutzt werden. Ferner kann es erwünscht sein,
den selben Federtyp für unterschiedliche Zwecke zu verwenden. In allen diesen Fällen
besteht die Aufgabe, das einstellbare Widerlager so auszugestalten, daß ein gewünschter
Wert der Vorspannkraft reproduzierbar mit Hilfe eines einfach durchzuführenden Arbeitsganges
eingestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daB das Widerlager
ein Einstellstück mit kreisförmig angeordneten, sich in der Wirkungsrichtung der
Feder erstreckenden Vorsprüngen und ein gegenüber dem Einstellstück zentriertes,
die Vorsprünge vorn.ehmendes Raststück umfaßt. Eine solche Einstellvorrichtung ist
mit vorteilhaft kleiner Baugröße herstellbar und kann mehrere, genau wiederholbare
Stellungen für die Vorspannung der Feder erhalten.
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Führt man das J'instellstück mit zwei Paaren symmetrisch zu seiner
Drehachse angeordneten Vorsprüngen unterschiedlicher axialer Erstreckung aus und
erhält das Raststück an seiner Stirnseite eine Folge unterschiedlich tiefer Ausnehmungen
bzw. Einschnitte für die Vorsprünge des Einstellstückes, so ist hierdurch die Voraussetzung
für eine zuverlässige Kraftübertragung in mehreren festgelegten Werten der Federvorspannung
geschaffen. Darüber hinaus lassen sich die Vorsprünge des Raststückes und diese
Einschnitte des Einstellstückes in solcher Verteilung und Bemessung anordnen, daß
in allen relativen Stellungen eine symmetrsiche und zentrische Übertragung der Federkraft
gewährleistet ist.
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Zur einfachen Gestaltung und Montage der Einstellvorrichtung kann
dadurch beigetragen werden, daß das Raststück eine zentrale Bohrung zum Durchtritt
eines Zapfens des Einstellstückes besitzt und daß ein die Bohrung umgebender Ansatz
in einer Öffnung eines die Federkraft aufnehmenden Teiles gelagert ist. Auf diese
Weise werden beide Teile der Einstellvorrichtung gegeneinander zentriert und an
dem die Feder enthaltenden Gerät festgelegt.
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Es empfiehlt sich, die Vorsprünge des Raststückes schwach keilförmig
auszubilden und die Einschnitte des Einstellstückes entsprechend geschrägt auszuführen.
Hierdurch wird bei präziser Einhaltung vorgegebener Raststellungen der-Einstellvorgang
erleichtert.
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Der Zapfen des Einstellstückes kann als Gegenstück eines Werkzeuges
zur Einstellung der Federkraft ausgebildet sein. Zur Benutzung üblicher Werkzeuge
kann daher der Zapfen mit einem geraden Schlitz, einem Kreuzschlitz oder einem Innensechskant
versehen sein. Auch ein äußeres Sechskantprofil.eignet sich als Gegenstück eines
Einstellwerkzeuges.
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Wie bereits erwähnt, sind Einstellvorrichtungen der vorliegenden Art
in Geräten der verschiedensten Art einsetzbar, bei denen es auf eine definierte
Einstellung einer Federkraft ankommt. Als besonders vorteilhaft erweist sich die
Anwendung der Erfindung bei einem Vakuumschaltgerät, bei dem die Kraft einer Ausschaltfeder
eingestellt werden soll, um die Aufstellungshöhe des Vakuumschaltgerätes über oder
unter Normall-Null und damit den unterschiedlichen Einfluß des Luftdruckes auf die
Öffnungskraft der Vakuumschaltröhren berücksichtigen zu können.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt ein Vakuumschütz als Beispiel für die Anwendung einer
Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Einstellstück in zwei rechtwinklig zueinander
stehenden Ansichten.
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Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein zum Zusammenwirken mit dem Einstellstück
gemäß den Fig. 2 und 3 vorgesehenes Raststück in drei verschiedenen Ansichten. Hierbei
ist die Fig. 4 eine Draufsicht auf die mit Einschnitten versehene Seite, während
die Fig. 5 und 6 jeweils rechtwinklig zu der Fig. 4 stehende Seitenansichten darstellen.
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Die Fig. 7 ist eine der Fig. 5 entsprechende Seitenansicht des Raststückes,
wobei die Einschnitte abweichend ausgeführt sind.
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Die Fig. 8a, 8b und 8c sind schematische Darstellungen, die das Zusammenwirken
des Einstellstückes und des Raststückes
in drei verschiedenen Stellungen
zeigen. Hierbei ist der Umfang der Teile abgewickelt, d.h. gestreckt dargestellt.
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Das Vakuumschütz 1 gemäß der Fig. 1, das ein- oder etwa der DE-AS
22 11 413 entsprechend mehrpolig ausgebildet sein kann, ist im Schnitt dargestellt.
In einem Antriebsgehäuse 2, das zur Befestigung des Vakuumschützes 1 an einer geeigneten
Montagefläche mit Abwinklungen 3 versehen -ist, befindet sich eine elektromagnetische
Antriebsvorrichtung 4, zu der ein ortsfester Elektromagnet 5 und eine bewegliche
Armatur 6 gehören. Der in üblicher Weise aus einem Kern und einer Spule bestehende
Elektromagnet 5 kann in dem Gehäuse 2 beispielsweise in der Weise befestigt sein,
wie dies der DE-AS 1 813 453 zu entnehmen ist.
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Die bewegliche Armatur 6 der Antriebsvorrichtung 4 weist einen Träger
7 auf, der zusammen mit einem Isolierstück 10 einen etwa rechtwinkligen Hebel bildet,
der um eine etwa in seinem ideellen Eckpunkt liegende Drehachse 11 schwenkbar ist.
An dem Träger 7 ist der eigentliche Anker 12 befestigt, der mit den Polflächen 13
des Elektromagneten 5 zusammenwirkt. In der Fig. 1 ist der Elektromagnet 5 im unerregten
Zustand dargestellt, in dem sich der Anker 12 und die Polflächen 13 mit einem Abstand
gegenüberstehen. Diese Stellung entspricht der Ausschaltstellung einer Vakuumschaltröhre
14, die in einem mit dem Gehäuse 2 verbundenen lsolierstoffträger 15 angeordnet
ist. Diese Vakuumschaltröhre kann einer beliebigen geeigneten Bauform entsprechen,
so daß im vorliegenden Zusammenhang auf Einzelheiten nicht näher eingegangen wird.
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Es sei nur erwähnt, daß die Vakuumschaltröhre 14 mit einem unteren
feststehenden Anschlußbolzen 16 in einer mit dem Isolierstoffträger 15 fest verbundenen
Anschlußvorrichtung 17 eingespannt ist. Der obere Anschlußbolzen 20
der
Vakuumschaltröhre 14 ist in der Längsrichtung verschiebbar angeordnet und dient
sowohl zur Betätigung der Vakuumschaltröhre als auch zur Stromführung. Eine obere
Anschlußvorrichtung 21 stellt eine leitende Verbindung-zu dem Anschlußbolzen 20
her. Zur Übertragung der Schwenkbewegung der Armatur 6 dient ein mit dem Isolierstück
10 verbundener Bolzen 22, der sich durch die Öffnung einer mit dem oberen Anschlußbolzen
20 verbundene Ösenschraube 23 erstreckt.
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In der.Fig. 1 ist das Vakuumschütz 1 im Ausschaltzustand gezeigt.
Bei unerregtem Elektromagnet 5 gelangt das Vakuumschütz in diese Schaltstellung
unter dem Einfluß einer als Ausschaltfeder dienenden Schraubendruckfeder 24, die
zwischen dem Träger 7 der beweglichen Armatur 6 und einem einstellbaren Widerlager
25 angeordnet ist, das an einer mit dem Gehäuse 2 verbundenen Grundplatte 26 angebracht
ist. Die Schraubendruckfeder 24 ist so bemessen, daß sie die Vakuumschaltröhre 14
entgegen der durch den umgebenden Luftdruck hervorgerufenen Kraft in der Ausschaltstellung
hält. Diese Kraft ist unterschiedlich je nach der Größe des umgebenden Luftdruckes
Die Einstellvorrichtung 25 ermöglicht es, die in dem dargestellten Ausschaltzustand
des Vakuumschützes 1 wirksame Kraft der Schraubendruckfeder 24 an den unterschiedlich
großen Luftdruck anzupassen. Der Aufbau der Einstellvorrichtung 25 wird nun anhand
der Fig. 2 bis 6 erläutert.
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Die Einstellvorrichtung 25 besteht im wesentlichen aus einem Einstellstück
30 (Fig. 2 und 3) sowie einem Raststück 40 (Fig. 4, 5 und 6), die miteinander in
Eingriff stehen und gegeneinander um bestimmte Winkelstellungen verdreht werden
können. Das Einstellstück 30 gemäß der Fig. 2 stellt sich in der Draufsicht als
ein etwa zylindrischer Körper dar, der zwei Paare von Vorsprünge 31
und
32 aufweisen, die am äußeren Umfang des Einstellstückes liegen und sich in axialer
Richtung erstrecken. Hierbei besitzen die einander diametral gegenüberliegenden
Vorsprünge 31 eine größere axiale Länge als die diesen gegenüber um 450 versetzt
angeordneten Vorsprünge 32, wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist. Nach derselben
Seite wie die Vorsprünge 31 und 32 erstreckt sich ein zentraler Zapfen 33, der mit
einem Schlitz 34 zum Einstecken eines geeigneten Werkzeuges, beispielsweise eines
Schraubendrehers, versehen ist. Auf der den Vorsprüngen und dem zentralen Zapfen
abgewandten Seite des Einstellstückes 30 befindet sich ein zylindrischer Ansatz
35, über den die Schraubendruckfeder 24 greift, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist.
Die den zylindrischen Ansatz 35 umgebende Ringfläche 36 ist somit die Auflagefläche
der letzten Windung der Schraubendruckfeder 24.
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Das Raststück 40 gemäß den Fig. 4, 5 und 6 weist gleichfalls eine
zylindrische Grundform auf. An seinem Umfang befindet sich eine Folge von insgesamt
acht Einschnitten unterschiedlicher Tiefe, die jeweils durch eine Nase voneinander
getrennt sind. Zum besseren Verständnis sind am Umfang des Raststückes 40 in Fig.
3 die Winkel 0 bzw. 0 0 0 O bzw, 360 , 90 , 180 und 270 eingetragen. Dieselben Bezeichnungen
der Winkel finden sich in den Fig. 8a, 8b und 8c, in denen der Umfang des Raststückes
40 als Abwicklung, d.h. gestreckt, dargestellt ist. Wie man erkennt, befinden sich
zwei Einschnitte 41 mit der geringsten Tiefe bei 1350 und 3150 des Umfanges. Zwei
weitere Einschnitte 42 mit einer zweiten Tiefenstufe befinden sich bei 180 und 3600,
während Einschnitte 43 mit einer dritten Tiefenstufe bei 45 und 2250 angeordnet
sind. Diesen gegenüber wiederum um 450 versetzt folgen Einschnitte 44, die sich
demgemäß bei 90 und 2700 des
Umfanges befinden. Zwischen den genannten
Einschnitten befinden sich Nasen, die ungeachtet ihrer unterschiedlichen Tiefenlage
einheitlich mit 45 bezeichnet sind.
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kus den Fig. 5 und 6 ist in Verbindung mit der Fig, 4 die zylinderscheibenförmige
Grundform des Raststückes 40 ersichtlich, An seiner den Einschnitten 41 bis 44 und
den Nasen 45 abgewandten Seite besitzt das Raststück 40 einen zylindrischen Ansatz
46, der zum Eingreifen in eine passende Öffnung der Grundplatte 26 (Fig. 1) bestimmt
ist. Durch eine Ausnehmung 47 (Fig. 5) des zylindrischen Ansatzes 46 und einen dieser
Ausnehmung angepaßten Steg der erwähnten Öffnung der Grundplatte 26 ist für eine
Sicherung gegen Verdrehung des Raststückes 40 gesorgt.
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In dieser Stellung ist das Raststück 40 an der Grundplatte 26 durch
eine Schraube 49 befestigt (Fig. 1) , die in eine Gewindebohrung 50 (Fig. 4) eingedreht
ist.Im markierten Zustand erstreckt sich der Zapfen 33 des Einstellstückes durch
eine zentrische Borhung 48 des Raststückes 40.
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Die Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Raststückes 51
in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellung.
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Abweichend von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt
das Raststück 51 Einschnitte 52, 53 und 54, deren Flanken geneigt zur Achse des
Raststückes verlaufen. In Verbindung mit entsprechend keilförmig ausgebildeten Vorsprüngen
des Einstellstückes erleichtert diese Form der Einschnitte das Auffinden der Raststufen
beim Einstellen, weil die Einschnitte und Vorsprünge schon jeweils vor dem Erreichen
der Bündigstellung miteinander in Eingriff gelangen können und sich dann unter dem
Einfluß der Federkraft selbsttätig aufeinander ausrichten.
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An dieser Stelle sei erwähnt, daß sowohl die Vorsprünge
31
und 32, als auch die Einschnitte 41 bis 44 (Fig. 2 und 3 bzw. Fig. 3, 5 und 6) mit
parallelen Flanken ausgebildet sind, um die zur Verfügu-ng stehende Ges-amtfläche
gut auszunutzen und dadurch eine relativ niedrige Flächenpressung zu erreichen.
Sofern jedoch dieser Gesichtspunkt eine nebengeordnete Rolle spielt, können auch
andere Formen von Ausnehmungen bzw. Einschnitten und Vorsprüngen gewählt werden,
z.B. zylindrische oder kegelförmige Vertiefungen und Zapfen.
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Anhand der Fig. 8a, 8b und 8c wird nun das Zusammenwirken des Einstellstückes
30 gemäß den Fig. 2 und 3 mit dem Raststück 40 gemäß den Fig. 4, 5 und 6 erläutert.
In den Fig. 8a, 8b und 8c sind zur Vereinfachung nur die Einschnitte und Vorsprünge
dargestellt, und zwar in einer Abwicklung, d.h. in aufgeschnittener und gestreckter
Form. Unterhalb der Fig. 8a bis 8c sind die Winkelgrade des Umfanges von 0° bis
3600 angegeben. Durch die Anbringung entsprechender Winkelbezeichnungen in der Fig.
4 ist ohne weiteres die Zuordnung der dargestellten Einzelheiten erkennbar.
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In der Fig. 8a greifen die beiden Paare von Vorsprüngen 31 und 32
des Einstellstückes 30 in die Einschnitte 42 und 43 des Raststückes 40 ein. Dadurch
erhalten die beiden Teile der Einstellvorrichtung den in Fig. 8a eingetragenen Abstand
a. In der Fig. 8b ist eine Stellung der Teile gezeigt, in der die Vorsprünge 31
und 32 in die Einschnitte 43 und 44 eingreifen, was gegenüber der Fig. 8a einer
relativen Drehung von 450 entspricht.
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Da hierbei jeder der Vorsprünge 31 und 32 in einen tieferen Einschnitt
gelangt, ist der Abstand des Einstellstückes 30 gegenüber dem Raststück 40 auf den
Wert b verringert.
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Werden dagegen die Teile der Einstellvorrichtung gegenüber der in
Fig. 8a gezeigten Stellung um 450 in dem entgegengesetzten Sinn verdreht, so gelangen
die Vorsprünge in die Einschnitte 41 und 42, wie dies die Fig. 8c zeigt.
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Hierdurch ergibt sich ein ggenüber der Fig. 8a vergrößerter Abstand
c zwischen dem Einstellstück 30 und dem Raststück 40.
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Die anhand der Fig. 8a, 8b und 8c beschriebenen unterschiedlichen
Stellungen der Einstellvorrichtung können auf einfache Weise gefunden werden, indem
ein Schraubendreher in den Schlitz 34 des Einstellstückes 30 (Fig. 3) eingeführt
und ein axialer Druck ausgeübt wird, der ausreicht, die Vorspannkraft der Schraubendruckfeder
24 zu- überwinden. Die Vorsprünge 31 und 32 gelangen dann außer Eingriff mit den
Einschnitten des Raststückes 40.
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Durch eine anschließende Drehung des Einstellstückes mittels des Schraubendrehers
und Wegnahme des axialen Druckes wird dann die neue Stellung gefunden, in der die
Federkraft je nach Richtungssinn und Betrag der vorgenommenen Drehung gegenüber
der Ausgangsstellung vergrößert-oder verkleinert ist. Werden an der Grundplatte
26 (Fig. 1) mit dem Schlitz 34 des Einstellstückes korrespondierende Markierungen
angebracht, so sind die unterschiedlichen Einstellungen leicht zu finden.
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Diese können im Fall des Vakuumschützes 1 nach der Fig. 1 den in der
Praxis vorkommenden Bedingungen am Aufstellungsort.folgendermaßen angepaßt werden:
1. Grundstellung für normale Federkraft, wie sie für eine Höhe von 0 bis 1250 m
über dem Meeresspiegel (Normalnull) benötigt wird. Dies entspricht der Fig. 8a.
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2. Stellung für höher gelegene Aufstellungsorte, etwa 1250 m bis 3000
m, wo infolge des niedrigeren Luftdruckes eine geringere Federkraft erwünscht ist.
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Dies entspricht der Fig. 8b.
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3. Stellung für tiefer gelegene Aufstellungsorte, etwa O m bis 1250
m, wo infolge des größeren Luftdruckes eine höhere Federkraft benötigt wird. Dies
entspricht der Fig. 8c.
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Bei der Betrachtung der Fig. 8a, 8b und 8c ist zu erkennen, daß der
Unterschied der axialen Längenerstreckung der Vorsprünge 31 und 32 des Einstellstückes
30 dem Unterschied der Tiefe aufeinanderfolgender Einschnitte des Raststückes 40
entspricht. Die beiden Teile stützen sich somit über insgesamt vier Teilflächen
gegeneinander ab, was zu einer verkantungsfreien, d. h. symmetrischen und zentrischen
Kraftübertragung führt.
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Das Einstellstück 30 und das Raststück 40 können vorzugsweise als
Metallkörper im Guß- oder Schmiedeverfahren hergestellt werden. Aufgrund der beschriebenen
Gestaltung der Teile können diese aber auch ohne wesentliche Vergrößerung ihrer
Abmessungen gegenüber einer Metallausführung aus einem geeigneten Kunststoff im
Spritzgußverfahren hergestellt werden. Dieser Vorteil beruht darauf, daß sich durch
die gegenseitige Abstützung des Einstellstückes und des Raststückes über zwei Paare
von Vorsprüngen und entsprechende Einschnitte bzw. Ausnehmungen in Verbindung mit
deren Form relativ niedrige Werte der Flächenpressung erzielen lassen.
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Durch die Anordnung der Einstellvorrichtung 25 an der Grundplatte
26 (Fig. 1) ist dafür gesorgt, daß die vor der Inbetriebnahme des Vakuumschützes
1 erforderliche Einstellung der Federkraft der Schraubendruckfeder 24 ohne Zerlegung
des Schaltgerätes, Auswechseln von Teilen oder ähnliche umständliche Vorgänge durchführbar
ist.
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Dieser Vorteil ist in gleicher Weise bei anderen elektrotechnischen
oder mechanischen geräten ausnutzbar, bei denen eine stufenweise Einstellung der
Federkraft erwünscht oder erforderlich ist. Bei geeigneter Ausbildung des Einstellstückes
und des Raststückes sind dabei auch mehr als drei stabile Raststellungen erzielbar.
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8 Figuren 7 Patentansprüche
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