Antriebsvorrichtung für Installationsgeräte und entsprechendes Verfahren

Abstract

 Auch bei Spannungsausfall soll der Fernantrieb von Installationsgeräten eine definierte Position gewährleisten. Dazu ist eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Bewegungselements (1) eines Installationsgeräts mit einem Gestänge (2) zur Übertragung einer Bewegung von einer Antriebseinrichtung (3) auf das Bewegungselement (1) vorgesehen. Das Gestänge (2) weist einen Kniehebel auf, der in einen verklinkten Zustand und in einen ausgelösten Zustand versetzbar ist. Eine Auslöseeinrichtung ist hierzu an dem Kniehebel zu dessen Auslösung von dem verklinkten Zustand in den ausgelösten Zustand angeordnet. Damit kann beispielsweise das Bewegungselement (1) bei Stromausfall federunterstützt in die AUS-Position gedreht werden, da das Gestänge im ausgelösten Zustand ein entsprechendes Spiel gewährleistet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Bewegungselements eines Installationsgeräts mit einem Gestänge beziehungsweise einer Koppel zur Übertragung einer Bewegung von einer Antriebseinrichtung auf das Bewegungselement. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Antreiben eines Bewegungselements eines Installationsgeräts wie beispielsweise eines Leitungsschutzschalters.

[0002] Leitungsschutzschalter (LS-Schalter), Fehlerstromschalter (FI-Schalter) und dergleichen können über Fernantriebe elektrisch geschaltet werden. Ein Fernantrieb wird üblicherweise mit einem Elektromotor realisiert. Um möglichst kostengünstige Lösungen anbieten zu können, werden in der Regel Elektromotoren im Einrichtungsbetrieb eingesetzt. Dies bedeutet, dass sowohl die Ein- als auch die Ausschaltbewegung des Fernantriebs durch Drehen des Elektromotors in eine Richtung erzeugt wird.

[0003] Wird nun ein Schalter durch einen Fernantrieb geschaltet, so bewegt der Fernantrieb den Schalter von einer EIN- zu einer AUS-Position oder umgekehrt. Fällt bei dieser Bewegung der Strom aus, bleibt der Schalter in einer undefinierten Position zwischen der EIN- und der AUS-Position stehen. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn durch den Fernantrieb beispielsweise drei Leitungsschutzschalter gleichzeitig geschaltet werden und der Strom in der Nähe des Schaltpunkts ausfällt, so dass unter Umständen einer der Schalter sich bereits in der EIN-Position und die anderen noch in der AUS-Position befinden. Dieser undefinierte Zustand führt nicht zuletzt zu unsymmetrischen Lasten.

[0004] Bislang wurde das Problem dadurch gelöst, dass der Elektromotor mit einem Energiespeicher z.B. einem Kondensator, bestückt ist. Beim Spannungsausfall kann dann der Schaltbefehl noch ausgeführt werden, indem die Energie des Energiespeichers verbraucht wird. Der Motor wird bei dieser bekannten Ausführung im Zweirichtungsbetrieb eingesetzt. Dies bedeutet, dass er in den Endstellungen umgeschaltet wird. Dieser Zweirichtungsbetrieb erfordert jedoch - wie bereits erwähnt-eine aufwändige Ansteuerschaltung für den Motor.

[0005] Daneben sind beispielsweise von der Firma Merlin Gerin Fernantriebe bekannt, die Elektromotoren mit Einrichtungsbetrieb besitzen. Bei Spannungsausfall während des Schaltens unterbricht eine antriebsseitige Fliehkraftkupplung den Kraftfluss. Die Fliehkraftkupplung ist in der Nähe des mit hoher Drehzahl betriebenen Elektromotors angeordnet und wird bei Stillstand in die Leerlaufstellung versetzt. Eine Spiralfeder, die bei jeder Einschaltbewegung aufgezogen wird, dient als Energiespeicher für die notwendige Ausschaltenergie und führt den Griff beziehungsweise Hebel des Schalters in die AUS-Position. Da die Kupplung antriebsseitig, d.h. in der Nähe des Elektromotors angeordnet ist, muss das Getriebe zum Ausschalten mitbewegt werden. Der reguläre AUS-Befehl wird ebenfalls von der oben genannten Spiralfeder ausgeführt.

[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine vereinfachte Antriebsvorrichtung für Installationsgeräte und ein entsprechendes Verfahren zum Antreiben derartiger Installationsgeräte vorzuschlagen, bei denen undefinierte Schaltzustände bei Stromausfall nicht auftreten.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Bewegungselements eines Installationsgeräts mit einem Gestänge zur Übertragung einer Bewegung von einer Abtriebseinrichtung auf das Bewegungselement, wobei das Gestänge einen Kniehebel aufweist, der in einen verklinkten Zustand und in einen ausgelösten Zustand versetzbar ist, und eine Auslöseeinrichtung an dem Kniehebel zu dessen Auslösung von dem verklinkten Zustand in den ausgelösten Zustand angeordnet ist.

[0008] Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Antreiben eines Bewegungselements eines Installationsgeräts durch Bereitstellen eines Gestänges zur Übertragung einer Bewegung von einer Abtriebseinrichtung auf das Bewegungselement, wobei das Gestänge einen Kniehebel aufweist, der in einen verklinkten Zustand und in einen ausgelösten Zustand versetzbar ist, Antreiben des Bewegungselements mit dem Gestänge im verklinkten Zustand und Auslösen des Kniehebels von dem verklinkten Zustand in den ausgelösten Zustand, wodurch der Antrieb durch das Gestänge verändert oder unterbrochen wird.

[0009] In vorteilhafter Weise kann damit bei einem Fernantrieb zwischen dem Motor und dem Fernantriebsgriff eine Kupplung bereitgestellt werden, die während der Schaltbewegung betätigt werden kann. Bei Strom- beziehungsweise Spannungsausfall wird die Kupplung, d.h. der verklinkte Kniehebel, gelöst, und das Installationsgerät kann beispielsweise durch Federkraftunterstützung in die AUS-Position gehen. Diese Kupplung besitzt ein sehr gutes Übersetzungsverhältnis, das durch den Quotienten aus der Kraft im Gestänge durch die Kraft zum Ausklinken des Hebels definiert ist, so dass sie bezogen auf das Getriebe abtriebsseitig, wo hohe Drehmomente auftreten, eingebaut werden kann.

[0010] Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bewegungselement um einen Hebel beziehungsweise Griff eines Schalters, der durch einen Fernantrieb oder manuell bewegt werden kann. Bei dem Installationsgerät handelt es sich daher bevorzugt um einen Fernantrieb für Leitungsschutzschalter und dergleichen.

[0011] Das Gestänge kann drei starre Elemente umfassen, wovon zwei den Kniehebel bilden. Die drei Elemente des Gestänges sollten dann im verklinkten Zustand starr miteinander verbunden sein.

[0012] Die Auslöseeinrichtung kann einen Elektromagneten umfassen, der den verklinkten Zustand aufrecht erhält, wenn er eingeschaltet ist. Vorzugsweise wird der Elektromagnet durch einen Elektromotor der Antriebseinrichtung gebildet. Konkret bedeutet dies, dass das äußere Magnetfeld des Elektromotors zur Aufrechterhaltung der Verklinkung des Kniehebels verwendet werden kann. Im Falle des Spannungsausfalls wird damit nicht nur der Motor gestoppt, sondern auch die Verklinkung gelöst.

[0013] Die Auslöseeinrichtung kann aber auch ein beliebiges anderes elektromechanisches Element umfassen, mit dem auf der Basis eines Stromimpulses das Auslösen durchführbar ist. Damit kann die Kupplung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Bewegungselement beliebig angesteuert werden.

[0014] Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann ein Antriebsrad umfassen, das von der Abtriebseinrichtung, z.B. der Abtriebswelle eines Getriebes, angetrieben wird und das mit dem Gestänge verbunden ist. Damit wird die Drehbewegung des Antriebsrads in eine entsprechende Hin- und Herbewegung des Bewegungselementes umgesetzt.

[0015] Es besteht üblicherweise der Bedarf, dass der Griff beziehungsweise Hebel eines Fernantriebs in den Endstellungen manuell schaltbar bleiben soll. Daher kann das Antriebsrad eine nierenförmige Aussparung bzw. Langloch aufweisen, in der dem das Gestänge unter Gewährleistung eines Freiwegs gelagert ist. Ein entsprechend dimensionierter Freiweg ermöglicht, dass das Bewegungselement unabhängig von der Antriebseinrichtung manuell in zwei vorgegebene Positionen bewegbar ist. Hierzu wird das Antriebsrad im Nachlauf, d.h. nach Erreichen einer Schaltstellung, soweit weitergedreht, bis der gewünschte Freiweg vorhanden ist.

[0016] Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1

eine Prinzipskizze zum Ausschaltzustand mittels Fernantrieb;

FIG 2

eine Prinzipskizze zum Einschaltzustand mittels Fernantrieb;

FIG 3

eine Prinzipskizze zum Ausklinken des Kniehebels;

FIG 4

eine Prinzipskizze der Positionen bei Spannungswiederkehr;

FIG 5

eine Prinzipskizze zum Fern-Reset;

FIG 6

eine Prinzipskizze zum manuellen Einschalten;

FIG 7

eine Prinzipskizze zum Nachlauf nach dem manuellen Einschalten;

FIG 8

eine Prinzipskizze zum manuellen Ausschalten;

FIG 9

eine Prinzipskizze zum Nachlauf nach dem Ausschalten;

FIG 10

eine dreidimensionale Ansicht eines Fernantriebs;

FIG 11

eine dreidimensionale Ansicht eines Antriebsgestänges im verklinkten Zustand; und

FIG 12

eine dreidimensionale Ansicht eines Antriebsgestänges im ausgeklinkten Zustand.

[0017] Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.

[0018] Zunächst seien anhand der FIG 1 und 2 die üblichen Schaltpositionen skizzenhaft dargestellt, die sich beim Fernantrieb ergeben. Ein drehbarer Griff beziehungsweise Hebel 1 wird über ein starres Gestänge 2, hier eine verklinkte Kniehebelkoppel, von einem Kurbelrad 3 angetrieben. Das Kurbelrad 3 ist im Uhrzeigersinn in eine Richtung drehbar und wird seinerseits über ein nicht dargestelltes Getriebe mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Elektromotors im Uhrzeigersinn angetrieben.

[0019] Der Griff 1 in FIG 1 befindet sich in einer AUS-Position. Dreht das Kuppelrad 3 aus der Stellung von FIG 1 im Uhrzeigersinn weiter, so wird gemäß FIG 2 der Hebel 1 in eine EIN-Position gezogen.

[0020] Durch den Pfeil 4 in FIG 1 ist symbolisiert, dass der Hebel 1 von der AUS-Position manuell in die EIN-Position bewegbar ist. In gleicher Weise ist in FIG 2 durch den Pfeil 5 symbolisiert, dass der Hebel 1 aus der EIN-Position in die AUS-Position manuell bewegbar ist. Da das Gestänge beziehungsweise die Koppel 2 starr ist und das Kurbelrad 3 beim manuellen Schalten wegen des hohen Drehmoments nicht bewegt werden soll, ist in dem Kurbelrad 3 ein Freiwinkel beziehungsweise Freiweg 6 vorgesehen.

[0021] FIG 3 zeigt nun den Fall, dass während des motorisierten Schaltens von der AUS-Position in die EIN-Position ein Spannungsausfall eintritt. Das Kurbelrad 3 kommt in der in FIG 3 dargestellten Position zum Stehen. Bei starrer Koppel würde sich der Hebel 1 in einer Stellung zwischen der EIN- und der AUS-Position befinden. Durch den Spannungsausfall wird jedoch die Kniehebelkoppel ausgeklinkt, so dass sich die einzelnen Koppelelemente 21, 22 und 23, die über Lager 24 und 25 verbunden sind, relativ zueinander bewegen können. Im vorliegenden Fall schwenkt das Koppelelement 22 gemäß dem Pfeil 100 von dem Koppelelement 23 weg und das Koppelelement 21 kann sich gemäß Pfeil 101 nach oben bewegen. Dementsprechend besteht für den Hebel 1 genügend Spiel, von der beim Spannungsausfall erreichten Zwischenposition gemäß Pfeil 102 in die AUS-Position beispielsweise mittels Federkraft zurückzufallen.

[0022] Kehrt die Spannung wieder zurück, fährt das Kurbelrad 3 - wie dies in FIG 4 dargestellt ist - gemäß Pfeil 103 in die nächste Normalstellung. Diese Stellung entspricht im vorliegenden Fall jedoch derjenigen, die der EIN-Position des Hebels 1 gemäß FIG 2 entspricht. Dabei bewegt sich das Koppelelement 23 gemäß Pfeil 104 nach unten und das Koppelelement 22 schwenkt gemäß Pfeil 105 weiter auf.

[0023] Um die Kniehebelkoppel 2 wieder einzuklinken ist gemäß FIG 5 ein sogenannter Fern-Reset erforderlich. Dabei dreht sich das Kurbelrad gemäß Pfeil 106 in diejenige Stellung, die der Position des Hebels 1 entspricht. Gleichzeitig bewegen sich die Koppelelemente gemäß der Pfeile 107 und 108 aufeinander zu und werden gegenseitig verklinkt. Daraus resultiert wieder eine starre Kniehebelkoppel 2, die der Einfachheit halber in FIG 5 wie auch in den FIG 1 und 2 lediglich als Gerade dargestellt ist. Im Anschluss daran ist wieder der übliche Betrieb möglich, da die Stellungen der einzelnen Komponenten 1, 2 und 3 der Antriebsvorrichtung der von FIG 1 entsprechen.

[0024] Das Installationsgerät soll auch manuell betrieben werden können, wie dies bereits angedeutet wurde. Die einzelnen Schaltzustände sind in den FIG 6 bis 9 angedeutet.

[0025] In FIG 6 befindet sich das Kurbelrad 3 in der regulären AUS-Position (vergleiche FIG 1). Der Hebel 1 wurde jedoch gemäß Pfeil 109 dank des Freiwegs 6 des Kurbelrads 3 manuell in die EIN-Position bewegt. Dabei bewegt sich die starre Kniehebelkoppel 2 gemäß Pfeil 110 nach unten.

[0026] Diese manuelle Bewegung des Hebels 1 kann automatisch registriert werden, und ein Nachlauf des Kurbelrads 3 gemäß FIG 7 wird eingeleitet. Hierzu dreht das Kurbelrad 3 im Uhrzeigersinn gemäß Pfeil 111 soweit, dass genügend Freiweg 6 zur Verfügung steht um manuell in die AUS-Position zurückschalten zu können. Der Hebel 1 und die Koppel 2 bewegen sich bei dem Nachlauf nicht.

[0027] Wird ausgehend von FIG 7 der Hebel 1 manuell gemäß Pfeil 112 in die AUS-Position bewegt, so bewegt sich die Koppel 2 gemäß Pfeil 113 nach oben. Dies ist möglich, da der entsprechende Freiraum 6 des Kurbelrads 3 zur Verfügung steht, auch wenn sich das Kurbelrad 3 nicht bewegt.

[0028] Dieses manuelle Ausschalten wird nicht automatisch registriert. Es erfolgt automatisch oder durch Fern-Reset ein Nachlauf des Kurbelrads 3 gemäß Pfeil 114 in die reguläre AUS-Position, wie dies in FIG 9 dargestellt ist (vergleiche FIG 1). Auch bei diesem Nachlauf bewegen sich die Koppel 2 und der Hebel 1 nicht.

[0029] In FIG 10 ist eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Fernantriebs dargestellt. Der Hebel 1 befindet sich in der AUS-Position. Die Koppelelemente 21, 22 und 23 sind starr miteinander verbunden. Diese starre Kopplung wird über eine Klinke 7 erreicht.

[0030] Das Koppelelement 21 ist in dem Hebel 1 drehbar gelagert, wobei die Drehachse in dem Hebel 1 fest ist. Demgegenüber ist das Koppelelement 23 in dem Kurbelrad 3 in einer nierenförmigen Aussparung 31 drehbar gelagert, so dass sich für die Lagerachse der beschriebene Freiweg ergibt. Die Drehrichtung des Kurbelrads 3 ist durch den Pfeil 115 angedeutet. Angetrieben wird das Kurbelrad 3 über ein Getriebe mittels eines Elektromotors 8.

[0031] In FIG 11 ist der Hebel 1 einschließlich der Kniehebelkoppel 2 und des Kurbelrads 3 vergrößert dreidimensional dargestellt. Deutlich sind hier die einzelnen Koppelelemente 21, 22 und 23 zu erkennen. Auch die Klinke 7 kann gut erkannt werden. Die einzelnen Koppelelemente 21, 22 und 23 sind mit dieser Klinke 7 verklinkt, so dass sich eine starre Koppel 2 ergibt.

[0032] Der Hebel 1 befindet sich in der EIN-Position. Dementsprechend ist das Kurbelrad gegenüber FIG 10 in der Drehrichtung 115 weitergedreht, so dass sich der in FIG 11 mit einem Pfeil dargestellte Freiweg 6 durch die nierenförmige Aussparung 31 ergibt.

[0033] In FIG 12 ist die Kniehebelkoppel dreidimensional in der Position dargestellt, wie sie in FIG 3 symbolisch angedeutet ist. Das Kurbelrad 3 befindet sich in einer Zwischenposition, die weder der Normalposition für den Ausschaltzustand noch der Normalposition für den Einschaltzustand entspricht. Die Klinke ist beispielsweise durch die mangelnde Anziehungskraft eines Elektromagneten bei Spannungsausfall ausgelöst, so dass sich die Koppelelemente 21, 22 und 23 auseinanderbewegen können. Durch den Kniehebel ist das Kraftverhältnis zwischen der Kraft, die zum Verklinken der Koppelelemente notwendig ist und der Kraft, die über die gesamte Koppel 2 übertragen wird, verhältnismäßig gering. Dadurch bedarf es lediglich einer verhältnismäßig schwach ausgelegten Auslöseeinrichtung.

[0034] Dadurch, dass die Kniehebelkoppel 2 offen, d.h. nicht verklinkt ist, kann der Hebel 1 federgetrieben in die AUS-Position zurückschwenken. Damit ist ein definierter Schaltzustand erreicht, auch wenn sich das Kurbelrad 3 in einer unvorhergesehenen Position befindet. Dieser definierte AUSZustand kann über eine in FIG 10 angedeutete Schiene 9 auf benachbarte Schalter übertragen werden. Die Federkraftunterstützung für die AUS-Position kann relativ klein sein, da das Getriebe durch das Aufklappen des Kniehebels vom Hebel 1 entkoppelt ist. Damit können für den Antrieb leistungsschwächere Motoren eingesetzt werden.

[0035] Zum Verklinken der Koppel werden wiederum die Schritte durchgeführt, die im Zusammenhang mit FIG 4 und 5 dargelegt wurden. Sobald die Kniehebelkoppel wieder verklinkt ist, kann sie wieder als Schub-/Zugelement fungieren.

[0036] Wie aus den Figuren ersichtlich ist, wechseln EIN- und AUS-Position und umgekehrt mit jeder 180°-Drehung des Kurbelrads 3. Bei diesen Wechseln des Schaltzustandes mit je 180° Kurbelraddrehung wechselt ebenfalls der erforderliche Freiweg in die notwendige Richtung, ohne dass ein Umschalten des Motors erforderlich ist. Somit können die günstigen Elektromotoren mit Einrichtungsbetrieb eingesetzt werden. Damit entfällt aber auch eine spezielle Steuerung für die Drehrichtungsumschaltung und den Freiweg. Darüber hinaus ist auch kein elektrischer Energiespeicher, z.B. ein oder mehrere Kondensatoren, notwendig.

Ansprüche

1. Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Bewegungselements (1) eines Installationsgeräts mit

- einem Gestänge (2) zur Übertragung einer Bewegung von einer Abtriebseinrichtung (3) auf das Bewegungselement (1), dadurch gekennzeichnet, dass

- das Gestänge (2) einen Kniehebel aufweist, der in einen verklinkten Zustand und in einen ausgelösten Zustand versetzbar ist, und

- eine Auslöseeinrichtung (7) an dem Kniehebel zu dessen Auslösung von dem verklinkten Zustand in den ausgelösten Zustand angeordnet ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Bewegungselement (1) ein Hebel eines Schalters ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Installationsgerät ein Fernantrieb für einen Leitungsschutzschalter ist.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gestänge drei starre, drehbar gekoppelte Elemente (21, 22, 23) umfasst, wovon zwei den Kniehebel bilden.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die drei Elemente (21, 22, 23) des Gestänges (2) im verklinkten Zustand starr miteinander verbunden sind.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auslöseeinrichtung (7) einen Elektromagneten umfasst, der den verklinkten Zustand aufrecht erhält, wenn er eingeschaltet ist.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Elektromagnet durch einen Elektromotor der Antriebseinrichtung gebildet ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Auslöseeinrichtung (7) ein elektromechanisches Element umfasst, mit dem auf der Basis eines Steuerimpulses das Auslösen durchführbar ist.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Antriebseinrichtung (3) ein Antriebsrad umfasst, das mit dem Gestänge (2) verbunden ist.

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Antriebsrad eine nierenförmige Aussparung (31) aufweist, in der das Gestänge (2) unter Gewährleistung eines Freiwegs (6) gelagert ist.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Freiweg (6) ermöglicht, dass das Bewegungselement (1) unabhängig von der Antriebseinrichtung (3) manuell in zwei vorgegebene Positionen bewegbar ist.

12. Installationsgerät mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Verfahren zum Antreiben eines Bewegungselements (1) eines Installationsgeräts
gekennzeichnet durch

- Bereitstellen eines Gestänges (2) zur Übertragung einer Bewegung von einer Abtriebseinrichtung (3) auf das Bewegungselement, wobei das Gestänge (2) einen Kniehebel aufweist, der in einen verklinkten Zustand und in einen ausgelösten Zustand versetzbar ist,

- Antreiben des Bewegungselements (1) mit dem Gestänge (2) im verklinkten Zustand und

- Auslösen des Kniehebels von dem verklinkten Zustand in den ausgelösten Zustand, wodurch der Antrieb durch das Gestänge (2) verändert oder unterbrochen wird.

Zeichnung