Die Erfindung betrifft eine Stellunesmeldeanordnung für einen Motorantrieb eines Stufenschalters, eines Umstellers oder einer Tauchkernspule gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Eine solche Stellungsmeldeanordnung ist aus der DE-AS 21 08 013 bekannt.
Stufenschalter ermöglichen die unterbrechungslose Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators unter Last.
Umsteller ermöglichen die Umschaltung zwischen Wicklunesanzapfungen eines Stufentransformators im lastlosen Zustand.
Tauchkernspulen ermöglichen die Einstellung bzw. Veränderung einer Induktivität.
Stellungsmeldeanordnungen als Bestandteil des Motorantriebes von Stufenschaltern o.ä. dienen dazu, die jeweilige Stellung des Stufenschalters o.ä. elektrisch zu erfassen und zu übermitteln; dies wiederum ist einerseits Ausgangspunkt für die - dann optische - eigentliche Stellungsanzeige und andererseits als Istwert Grundlage nachfolgender Steuer- bzw. Regelfunktionen.
Bekannte Stellungsmeldeanordnungen für Stufenschalter bestehen aus einer kreisförmigen Anordnung einer Vielzahl von Meldekontakten, wobei mindestens je einem Meldekontakte eine Betriebsstellung des Stufenschalters o. dgl. zugeordnet ist. Dabei werden die Meldekontakte mittels eines drehbaren zentralen Meldekontakthebels, der mit dem Stufenschalter, genauer gesagt mit dem Motorantrieb des Sufenschalters, in Verbindung steht, beschaltet.
Dabei wird der Meldekontakthebel bei jeder Änderung der Betriebsstellung des Stufenschalters, d.h. bei der Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine andere, lediglich um einen Schaltwinkel bewegt, der dem Abstand zweier benachbarter Meldekontakte entspricht. Infolge der kontinuierlichen Bewegung des Meldekontakthebels kommt es jedoch zu einer sehr langsamen Kontakttrennung, die sich, abhängig vom jeweiligen Schaltvorgang, über mehrere Sekunden erstrecken kann. Eine solche Stellungsmeldeanordnung ist also nicht geeignet, wenn über die Meldekontakte mit Gleichstrom betriebene Stromkreise geführt werden oder ganz allgemein höhere Ströme geschaltet werden sollen.
Aus der DE-OS 18 12 609 ist eine weiter entwickelte Stellungsmeldeanordnung bekannt, bei der zur Erhöhung der Schaltleistung jeder einzelne Meldekontakt als separater Sprungschalter ausgebildet ist. Diese Lösung erfordert jedoch einen hohen Aufwand.
Zur Vereinfachung ist es aus der DE 21 08 013 bekannt, eine Stellungsmeldeanordnung vorzusehen, bei der im Stromkreis statt der vielen einzelnen Sprungschalter nur noch ein einziger solcher Sprungschalter bzw. Schnappschalter angeordnet ist, der mittels einer Nockenscheibe, die über ein Getriebe mit dem Meldekontakthebel gekoppelt ist, betätigt wird.
Auch diese Anordnung ist jedoch noch zu aufwendig, denn es müssen zwei unterschiedliche Drehbewegungen erzeugt werden: Zum einen die eigentliche Bewegung des Meldekontakthebels von einem Meldekontakt auf einen benachbarten, also bei n möglichen Stellungen um einen Winkel von 360/n Grad. Zum anderen die Bewegung der Nockenscheibe, die pro Schaltung einen Winkel von 360 Grad durchläuft, also einen kompletten Umlauf vollführt.
Zur weiteren Vereinfachung ist es aus der DE-PS 29 47 343 bekannt, bei einer Stellungsmeldeanordnung den einzigen vorhandenen Schnappschalter auf dem drehbaren Meldekontakthebel selbst anzuordnen. Die Betätigung des Schnappschalters erfolgt dabei durch eine konzentrische Nockenbahn, die um die kreisförmig angeordneten Meldekontakte herum sich erstreckt.
Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß der bewegliche Meldekontakt nicht als einfache Brücke ausgeführt werden kann, da, wie erläutert, er den Schnappschalter mit aufnehmen muß und eine Reihenschaltung Meldekontakt-Schnappschalter-Meldekontakt auf dem Kontaktarm erforderlich ist. Zudem verkomplizieren auch die elektrischen Zu- und Ableitungen zum Schnappschalter diese Anordnung, da der Schnappschalter mit dem Meldekontakthebel eine Drehbewegung vollführt, also kein feststehendes Bauteil mehr ist. Außerdem ist diese bekannte Anordnung nicht geeignet für eine Ausführung in Leiterplattentechnik.
Insgesamt ist demnach auch diese bekannte Stellungsmeldeanordnung noch zu kompliziert - sowohl hinsichtlich der Konstruktion selbst als auch hinsichtlich der Herstellung.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine gattungsgemäße Stellungsmeldeanordnung anzugeben, die nur einen einzigen Sprungschalter aufweist, dabei jedoch einfach und dennoch funktionssicher aufgebaut ist und sich besonders einfach herstellen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stellungsmeldeanordnung mit den Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst.
Die Unteransprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders vorteilhaft an der Erfindung ist dabei, daß sich ein konstruktiv besonders einfacher und sehr leicht zu montierender Aufbau der gesamten Anordnung ergibt.
Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Meldekontakthebel erfindungsgemäß selbst als Nockenscheibe ausgebildet ist.
Dieser neuartige Meldekontakthebel übernimmt damit zwei unterschiedliche Funktionen gleichzeitig, die nach dem Stand der Technik duch getrennte Bauteile realisiert wurden:
Zum einen beschaltet er - wie bekannt - die kreisförmig um ihn herum angeordneten Meldekontakte und verbindet diese jeweils mit einer Ableitung, zum anderen betätigt er gleichzeitig mit seiner stirnseitigen Nockenkontur den einzigen, feststehenden Sprungschalter, der in den Stromkreis geschaltet ist. Mit anderen Worten: Zur Betätigung des Sprungschalters ist kein zusätzlicher Aufwand erforderlich; weder ist eine zusatzliche Kurvenscheibe notwendig, noch muß etwa eine zusätzliche Bewegung erzeugt werden. Es ist klar, daß dies die gesamte Anordnung entscheidend vereinfacht.
Weiterhin ist der erfindungsgemäß als Nockenscheibe ausgebildete Meldekontakthebel als separates Bauteil herstellbar; die Herstellung zusätzlicher Kurvenscheiben, bei deren Montage nach dem Stand der Technik konzentrisch um die Meldekontakte herum zudem noch erhebliche Genauigkeitsanforderungen einzuhalten sind, entfällt völlig.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Nockenscheibe selbst aus flachem Isoliermaterial und ist mit Durchbrüchen versehen, in denen eine oder mehrere leitende Kontaktbrücken befestigt sind, die bei Drehung der Nockenscheibe die einzelnen Meldekontakte beschalten und auch die Verbindung zur Kontaktableitung herstellen. Durch unterschiedliche Anordnung. Lage, Zahl und Größe der jeweiligen Kontaktbrücken sind dabei bei ansonsten unveränderter Anordnung die unterschiedlichsten Beschaltungen bzw. Schaltsequenzen mit geringstem Aufwand realisierbar.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Nockenscheibe eine eigene Lagerung, d.h. ein separates Lager auf. Damit können die drehbare Nockenscheibe und das diese Drehung ermöglichende Lager als eigenständige Baugruppe vorgefertigt und nachträglich auf besonders einfache Weise mit der Platine, die die kreisförmig angeordneten Meldekontakte und den Sprungschalter tragt, komplettiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn diese Platine als Leiterplatte ausgebildet ist.
Es ist auch möglich, mehrere komplette erfindungsgemäße Anordnungen baukastenatig übereinander anzuordnen und durch eine gemeinsame zentrische Welle zu betätigen. Dadurch und durch die bereits beschriebene Variierung der jeweils verwendeten Kontaktbrücken, die auf den jeweiligen Nockenscheiben angeordnet sind, ist insgesamt auf einfachste Weise die Realisierung der unterschiedlichsten Beschaltungen der Meidekontakte mit nur wenigen Bauteilen möglich.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellungsmeldeanordnung weist eine Platine 1 auf. Diese Platine 1 wiederum enthält kreisförmig angeordnete einzelne, voneinander isolierte, Meldekontakte 11. Sie weist weiterhin auf einem konzentrischen Kreis dazu einen durchgehenden Ableitkontaktring 12 auf. Meldekontakte 11 als auch Ableitkontaktring 12 können aus separaten Kontaktstücken bzw. -bahnen bestehen; besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Platine 1 als Leiterplatte auszubilden und Meldekontakte 11 als auch Ableitkontaktring 12 als durchkontaktierte leitende Bahnen auf der Oberseite dieser Leiterplatte auszubilden.
Außerhalb der Kontaktbahnen ist auf der Platine 1 ein Sprungschalter 3 befestigt, der eine Betätigungsrolle 31 aufweist. Für diesen Sprungschalter 3 ist ein Mikroschalter besonders geeignet. Die elektrischen Anschlüsse dieses Sprungschalters 3 sowie die mit diesen sowie den einzelnen Meldekontakten und dem Ableitkontaktring in Verbindung stehenden Kontaktbahnen auf der Rückseite der Platine 1 überhaupt sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Die erfindungsgemäße Stellungsmeideanordnung besteht weiterhin aus einer Nockenscheibe 2, die in einem gewissen Abstand parallel zur Platine 1 drehbar auf dieser gelagert ist. Dazu weist die Nockenscheibe 2 ein Lager 21 auf, das zentrisch im Mittelpunkt der auf der Platine 1 befindlichen konzentrischen Kontaktbahnen von Meldekontakten 11 und Ableitkontakring 12 auf dieser befestigt ist.
Die Stirnseite der Nockenscheibe 2 weist eine Nockenkontur 22 auf, die mit der Betätigungsrolle 31 des Sprungschalters 3 korrespondiert.
Auf der der Platine 1 zugewandten Seite ist auf der Nockenscheibe 2 eine leitende Kontaktbrücke 23 angeordnet, die an einem Ende einen zungenartigen Vorsprung aufweist, der die Meldekontakte 11 beschaltet und die mit einem anderen freien Ende ständig elektrisch mit dem Ableitkontaktring 12 in Verbindung steht, d.h. auf diesem schleift. Die Kontaktbrücke 23 kann besonders einfach dadurch befestigt werden, daß sie mit dafür vorgesehenen Vorsprüngen, freien Enden oder dgl. in auf der Nockenscheibe 2 vorgesehenen Bohrungen 25 eingesteckt wird.
Mit dieser Anordnung sind bei Drehung der Nockenscheibe 2 unterschiedliche einzelne Meldekontakte 11 nacheinander mit dem Ableitkontaktring 12 verbindbar. Gleichzeitig wird durch die stirnseitige Nockenkontur 22 der in den elektrischen Kreis eingeschaltete Sprungschalter 3 betätigt, dessen Betätigungsrolle 31 auf der Nockenkontur 22 abläuft.
Die Nockenscheibe 2 steht über eine zentrische Antriebswelle 4 mit dem Motorantrieb des jeweiligen Stufenschalters in Verbindung
Die Wirkungsweise dieser beschriebene Anordnung ist folgende:
Soll der Stufenschalter von einer Stufe auf eine benachbarte andere Stufe, d.h. von einer Wicklungsanzapfung auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung, umgeschaltet werden, wird der zugehörige Motorantrieb in Bewegung gesetzt. Die Antriebswelle 4 und damit die Nockenscheibe 2 beginnen sich zu drehen. Die leitende Kontaktbrücke 23, die bisher eine elektrische Verbindung zwischen dem festen Meldekontakt, der die bisherige Stufenstellung repräsentierte, und dem Ableitkontaktring hergestellt hat, beginnt diesen Meldekontakt zu verlassen und bewegt sich je nach Drehrichtung in Richtung eines der beiden benachbarten nächsten Meldekontakte. Gleichzeitig läuft die Betätigungsrolle 31 auf einen Nocken der Nockenkontur 22 auf, der Sprungschalter 3 wird betätigt und öffnet den Stromkreis, bevor die Kontaktbrücke 23 den bisherigen Meldekontakt vollständig verläßt. Durch den in den Stromkreis geschalteten Sprungschalter 3 wird somit der elektrische Kreis geöffnet, bevor eine mechanische Kontakttrennung am bisher kontaktierten Meldekontakt erfolgt, so daß kein Lichtbogen o.ä. am Kontakt auftreten kann. Vielmehr erfolgt die eigentliche Kontakttrennung leistungslos. Bei Weiterdrehung erreicht die Kontaktbrücke 23 den jeweils benachbarten Meldekontakt und stellt die elektrische Verbindung zwischen diesem und dem Ableitkontaktring 12 her. Anschließend läuft die Betätigungsrolle 3 in ein Nockental der Nockenkontur 22, der Sprungschalter 3 schließt wieder den Stromkreis.
Um diesen Ablauf sicherzustellen, sind entsprechende Dimensionierungen der Breite der einzelnen Meldekontakte 11 und ihres Abstandes zueinander, der Kontaktbrücke 23 und der Nockenkontur 22 erforderlich. Abhängig von diesen Dimensionierungen sind die verschiedenartigsten Schaltsequenzen realisierbar. So ist es in Abwandlung des gerade erläuterten Schaltablaufes durchaus möglich, vorzusehen, daß der Sprungschalter 3 den Stromkreis bereits schließt, bevor die leitende Kontaktbrücke 23 den neuen Meldekontakt erreicht hat.
Insgesamt vollführen Antriebswelle 4 und damit Nockenscheibe 2 bei jeder Umschaltung des Stufenschalters eine Drehbewegung um einen Winkel von 360 / n Grad, wobei n die Zahl der möglichen Stufenstellungen, d.h. die Zahl der vorhandenen Meldekontakte ist.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist das Lager 21 mittels eines Befestigungselementes 25 fest mit der Nockenscheibe 2 verbunden und weist eine zentrische Lagerbuchse 27 auf, deren Innenkontur der Außenkontur der Antriebswelle 4 entspricht.
In der Platine 1 ist eine Bohrung 13 vorgesehen, deren Durchmesser etwas größer ist als der des Lagers 21, so daß dieses eingesteckt werden und sich frei drehen kann.
Die axiale Fixierung erfolgt einerseits durch einen Ansatz 28 an der Lagerbuchse 27 mit größerem Durchmesser, andererseits durch einen Befestigungsring 26, der nach Montage auf der anderen Seite der Platine 1 in einen Einstich 29 des Lagers 21 eingebracht wird. Damit ist eine zuverlässige Fixierung der aus Lager 21 und Nockenscheibe 2 bestehenden Baugruppe bei uneingeschränkter Drehbarkeit auf der Platine 1 gewährleistet.
Diese Ausführung bietet mehrere Vorteile: Zum einen ist die gesamte Baugruppe Nockenscheibe/Lager vormontierbar, zum anderen braucht diese Baugruppe zur Montage lediglich durch das Loch 13 der Platine 1 gesteckt und auf der anderen Seite mit dem Befestigungsring 26 arretiert zu werden. Ein weiterer Vorteil ist der, daß die eigentliche Welle 4, die die Drehbewegung vom Antrieb übertragt, nachträglich in die Lagerbuchse 27 eingesteckt werden kann. Dabei kann durch entsprechende Konturen eine formschlüssige Verbindung auf bekannte Weise hergestellt werden.
Es ist auch möglich, die beschriebenen Stellungsmeldeanordnungen in mehreren Ebenen übereinander in identischen Ausführungen beispielsweise für mehrphasige Anordungen mehrmals vorzusehen. In Figur 3 ist eine solche Anordnung in zwei Ebenen angedeutet, wobei nicht alle Details zeichnerisch dargestellt sind. Es ist zu erkennen, daß eine zweite Platine 5 und eine zweite Nockenscheibe vorgesehen sind, die eine identische zweite erfindungsgemäße Anordnung bilden. Die Fixierung und Befestigung der einzelnen Anordnungen erfolgt dabei durch Distanzelemente 7, die synchrone Bewegung beider Nockenscheiben 2 und 6 durch die die gesamte Anordnung durchlaufende Antriebswelle 4.