[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven
Gestaltung eines in Energie-übertragungsnetzen eingesetzten Leistungsschalters anzuwenden,
der mit einem Federkraftantrieb zum Betätigen von Kontakten ausgerüstet ist.
[0002] Bei einem bekannten Leistungsschalter mit Federkraftantrieb ist der zugehörige Federspeicher
über eine Spannvorrichtung spannbar und über ein separates Schaltschloss verklinkbar.
Ein solches separates Schaltschloss sichert eine schnelle und störungsfreie Freigabe
der Speicherkräfte des Federspeichers. Die für den Federspeicher verwendete Spannvorrichtung
weist eine Kurvenscheibe, ein Hebelsystem und eine Fangvorrichtung auf, wobei das
Hebelsystem durch einen eine Abtastrolle tragenden Rollenhebel und einen am Federspeicher
angelenkten Spannhebel gebildet ist, die mittels eines Koppelgliedes verbunden sind.
Hierbei weist die Fangvorrichtung einen an der Kurvenscheibe angeordneten Stift und
einen am Rollenhebel ausgebildeten Anschlag auf.
Das Spannen des Federspeichers erfolgt, indem während einer Spannphase die Kurvenscheibe
und das Hebelsystem mittels der mit der umlaufenden Kante der Kurvenscheibe zusammenwirkenden
Abtastrolle gekoppelt sind und die Kurvenscheibe mittels einer elektromotorischen
Antriebsvorrichtung aus einer Ausgangslage um einen ersten Winkel drehbar ist. Hierbei
ist die Antriebsvorrichtung mit einer im Drehpunkt der Kurvenscheibe fest angeordneten
Spannwelle koppelbar. Während einer sich an die Spannphase anschließenden Verklinkungsphase
des Federspeichers sind die Kurvenscheibe und das Hebelsystem entkoppelt. Die sich
während der Verklinkungsphase um einen zweiten Winkel weiterdrehende Kurvenscheibe
wird dadurch in ihrer Ausgangslage stillgesetzt, dass der Stift gegen den Anschlag
läuft. Durch Öffnung des separaten Schaltschlosses ist der Federspeicher freigebbar.
Während einer dadurch ausgelösten Entspannungsphase des Federspeichers werden die
Kurvenscheibe und die Fangvorrichtung entkoppelt. (EP 0 089 463 B1).
[0003] An sich ist weiterhin ein Leistungsschalter bekannt, bei dem die elektromotorische
Antriebsvorrichtung - die mit der im Drehpunkt der Kurvenscheibe fest angeordneten
Spannwelle gekoppelt ist - in Abhängigkeit von der Stellung der Kurvenscheibe während
verschiedener Phasen des Bewegungsablaufes der Spannvorrichtung steuerbar ist. Insbesondere
wird die Antriebsvorrichtung am Ende der Spannphase des Federspeichers - aufgrund
einer Drehung der Kurvenscheibe aus ihrer Ausgangslage um einen ersten Winkel - ausgeschaltet
und während der Entspannungsphase des Federspeichers - während der die Kurvenscheibe
ihre Ausgangslage einnimmt - wieder eingeschaltet. Bei diesem bekannten Leistungsschalter
sind das Hebelsystem und die Kurvenscheibe während der Verklinkungsphase mittels der
an der umlaufenden Kante der Kurvenscheibe anliegenden Abtastrolle derart gekoppelt,
dass ein auf der Kurvenscheibe angeordneter Stift unter der Krafteinwirkung des Federspeichers
in Anlage mit einer Klinke gelangt und die Kurvenscheibe stillsetzt. Der Federspeicher
weist daher kein separates Schaltschloss auf, sondern ist mittels der stillgesetzten
Kurvenscheibe verklinkt (US 4,649,244).
[0004] Ausgehend von einer Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 (EP 0 089 463 B1) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Spannvorrichtung
so auszugestalten, dass die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit von
der Stellung der Kurvenscheibe auf einfache Weise möglich ist.
[0005] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Summe des ersten
Winkels und des zweiten Winkels um einen Differentwinkel von mindestens 5° kleiner
als 360° ist und dass das Hebelsystem derart mit der Kurvenscheibe koppelbar ist,
dass die Kurvenscheibe nach der Entkopplung von Kurvenscheibe und Fangvorrichtung
unter der Krafteinwirkung des freigeschalteten Federspeichers um den Differenzwinkel
in ihre Ausgangslage drehbar ist.
[0006] Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung ist sichergestellt, dass die Kurvenscheibe
während der Verklinkungsphase - obwohl die Antriebsvorrichtung am Ende der Spannphase
ausgeschaltet wird - aufgrund nachwirkender Drehmomente nicht bis in ihre Ausgangslage
drehbar und somit die Antriebsvorrichtung vorzeitig wieder einschaltbar ist. Für die
Sicherstellung einer reproduzierbaren Spannkraft des Federspeichers und für einen
störungsfreien Spannvorgang des Federspeichers sowie einen störungsfreien Einschaltvorgang
des Leistungsschalters ist es von Vorteil, wenn die Kurvenscheibe vor Rückkehr in
ihre Ausgangslage eine definierte Stellung einnimmt, um sie während der Entspannungsphase
des Federspeichers in definierter Weise in ihre Ausgangslage bringen zu können. Der
hierzu benötigte Differenzwinkel sollte aus Toleranzgründen mehr als 5° betragen und
liegt optimal zwischen 10° und 30°.
Besonders geeignet ist die neue Spannvorrichtung für Niederspannungs-Leistungsschalter,
bei denen die Kurvenscheibe mittels einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung drehbar
ist.
[0007] Eine zweckmäßige Ausgestaltung der neuen Spannvorrichtung sieht vor, dass das Hebelsystem
einen die Abtastrolle tragenden Rollenhebel und einen am Federspeicher angelenkten
zweiarmigen Spannhebel aufweist, die mittels eines Koppelgliedes verbunden sind, und
dass die Fangvorrichtung einen der Kurvenscheibe zugeordneten Vorsprung aufweist,
der von einem am Koppelglied ausgebildeten hakenartigen Fortsatz hintergreifbar ist.
Der Vorsprung kann hierbei als ein an der Kurvenscheibe ausgebildeter Anschlagstift
oder Anschlagnocken ausgebildet sein. Der Vorsprung kann auch an der Spannwelle ausgebildet
sein.
[0008] Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Auslauf der Kurvenscheibe auf einen vorgegebenen
zweiten Winkel begrenzt und somit ein ausreichend großer Differenzwinkel zur Ausgangslage
sichergestellt werden. Während der Entspannungsphase dreht sich die Kurvenscheibe
unter Einwirkung der Kraft des Federspeichers erst weiter, nachdem die Kurvenscheibe
und die Fangvorrichtung entkoppelt sind. Eine Zerstörung oder ein unerwünschter Verschleiß
der Fangvorrichtung sind damit sicher verhindert.
[0009] Bei Verwendung eines gleichartig ausgebildeten Hebelsystems sieht eine andere Ausgestaltung
der neuen Spannvorrichtung eine Fangvorrichtung vor, die eine Bremsfeder aufweist.
Die Bremsfeder ist an einem Teilabschnitt der umlaufenden Kante der Kurvenscheibe
entlang gleitbar und mit dem Hebelsystem derart koppelbar, dass die Bremskraft der
Bremsfeder in Abhängigkeit von der Lage des Hebelsystems änderbar ist. Hierbei kann
die Bremsfeder als einarmige Biegefeder ausgebildet sein, deren freies Ende der Kurvenscheibe
zugeordnet ist und einen abgewinkelten Endschenkel aufweist. Der abgewinkelte Endschenkel
ist dabei an einem Bolzen abstützbar, der den Spannhebel und das Koppelglied verbindet.
[0010] Eine eine Bremsfeder aufweisende Fangvorrichtung zur Stillsetzung der Kurvenscheibe
während der Verklinkungsphase hat den Vorteil, dass sie ein Weiterdrehen der Kurvenscheibe
unter der Krafteinwirkung einer am Ende der Spannphase fehlerhaft nicht ausgeschalteten
Antriebsvorrichtung gestattet, ohne dass dabei Teile der Spannvorrichtung oder der
Antriebsvorrichtung zerstört werden.
[0011] Zwei Ausführungsbeispiele der neuen Spannvorrichtung in jeweils vier verschiedenen
Phasen ihres Bewegungsablaufes sind in den Figuren 1 bis 8 dargestellt.
Dabei zeigen
[0012] Figuren 1 bis 4 eine erste Spannvorrichtung, bei der die Fangvorrichtung einen an
der Kurvenscheibe ausgebildeten Anschlagnocken aufweist, der von einem am Koppelglied
ausgebildeten hakenartigen Fortsatz hintergreifbar ist, und Figuren 5 bis 8 eine zweite
Spannvorrichtung, bei der die Fangvorrichtung eine einarmige Biegefeder aufweist,
die auf einem Teilabschnitt der umlaufenden Kante der Kurvenscheibe entlang gleitbar
ist.
[0013] Die Ausführungsform der Spannvorrichtung gemäß der Figuren 1 bis 4 weist eine Kurvenscheibe
1, ein Hebelsystem 2 und eine Fangvorrichtung 3 auf, wobei das Hebelsystem 2 durch
einen eine Abtastrolle 4 tragenden Rollenhebel 5 und einen am Federspeicher 6 angelenkten
Spannhebel 7 gebildet ist, die mittels eines Koppelgliedes 8 verbunden sind. Der Rollenhebel
5 ist auf einem ersten Lagerbolzen 9 und der Spannhebel 7 auf einem zweiten Lagerbolzen
10 drehbar angeordnet. Hierbei sind der Rollenhebel 5 und das Koppelglied 8 mittels
eines ersten Bolzens 11 und der Spannhebel 7 und das Koppelglied 8 mittels eines zweiten
Bolzens 12 verbunden. Die Stellung des Koppelgliedes 8 ist somit einerseits von der
Stellung des Rollenhebels 5 und andererseits von der Stellung des Spannhebels 7 abhängig.
Hierbei ist der Spannhebel 7 als zweiarmiger Hebel ausgebildet, wobei der eine Arm
13 am Koppelglied 8 und der andere Arm 14 am Federspeicher 6 angelenkt ist. - Der
Federspeicher 6, der die Aufgabe hat die für einen Schaltvorgang benötigte Energie
zur Betätigung der Schaltkontakte bereitzustellen, ist als Schraubendruckfeder ausgebildet.
Die Kurvenscheibe 1 ist auf einer Spannwelle 15 fest angeordnet, die mittels einer
in der Zeichnung nicht weiter dargestellten elektromotorischen Antriebsvorrichtung
im Uhrzeigersinn drehbar ist. Die Kurvenscheibe 1 und das Hebelsystem 2 sind zur Übertragung
der Antriebskraft der Antriebsvorrichtung bzw. der ihr entgegenwirkenden Federkraft
des Federspeichers 6 gekoppelt, sobald die vom Rollenhebel 5 getragene Abtastrolle
4 an der umlaufenden Kante 16 der Kurvenscheibe 1 anliegt. Weiterhin ist auf der Spannwelle
15 eine Nockenscheibe 17 angeordnet, mittels der ein Positionsschalter 18 betätigbar
ist. Durch Betätigung des Positionsschalters 18 durch die Nockenscheibe 17 in Abhängigkeit
von der Stellung der Spannwelle 15 bzw. der mit ihr fest verbundenen Kurvenscheibe
1 kann die Antriebsvorrichtung einschaltbereit bzw. nicht einschaltbereit geschaltet
werden. Die Fangvorrichtung 3 weist einen als Anschlagnocken an der Kurvenscheibe
1 ausgebildeten Vorsprung 19 und einen am Koppelglied 8 ausgebildeten hakenartigen
Fortsatz 20 auf.
[0014] Figur 1 zeigt die Spannvorrichtung zu Beginn der Spannphase. Zu diesem Zeitpunkt
befindet sich die Kurvenscheibe 1 in ihrer Ausgangslage und die vom Rollenhebel 5
getragene Abtastrolle 4 liegt an der umlaufenden Kante 16 der Kurvenscheibe 1 an.
Das Hebelsystem 2 befindet sich in einer ersten Stellung 21, bei der der Federspeicher
6 vollständig entspannt ist. Der Positionsschalter 18 ist geöffnet, wodurch die Antriebsvorrichtung
einschaltbereit geschaltet ist. Die Kurvenscheibe 1 und die aus Vorsprung 19 und hakenartigem
Fortsatz 20 gebildete Fangvorrichtung 3 sind entkoppelt, da der Vorsprung 19 nicht
von dem hakenartigen Fortsatz 20 des Koppelgliedes 8 hintergriffen ist. - Wird die
Antriebsvorrichtung eingeschaltet, so beginnt sich die mit der Antriebsvorrichtung
gekoppelte Spannwelle 15 und damit die Kurvenscheibe 1 im Uhrzeigersinn zu drehen.
Aufgrund des dabei zunehmenden Abstandes der umlaufenden Kante 16 der Kurvenscheibe
1 vom Drehpunkt der Kurvenscheibe wird der Rollenhebel 5 um den ersten Lagerbolzen
9 nach rechts geschwenkt. Die Bewegung des Rollenhebels 5 wird mittels des Koppelgliedes
8 auf den Spannhebel 7 übertragen, so dass der am Federspeicher 6 angelenkte Arm 14
des Spannhebels 7 um den zweiten Lagerbolzen 10 nach links geschwenkt und damit der
Federspeicher 6 gespannt wird. Hierbei wird gleichzeitig das Koppelglied 8 des Hebelsystems
2 so mitbewegt, dass der hakenartige Fortsatz 20 in die Bewegungsbahn des Vorsprungs
19 einschwenkt.
[0015] Gemäß Figur 2, die die Spannvorrichtung am Ende der Spannphase zeigt, ist die Kurvenscheibe
1 in Bezug auf ihre Ausgangslage um einen ersten Winkel α gedreht. Die Abtastrolle
4 liegt kurz vor einem rückspringenden Bereich 22 der umlaufenden Kante der Kurvenscheibe
an der Kurvenscheibe 1 an. Das Hebelsystem 2 befindet sich in einer zweiten Stellung
23, bei der der Federspeicher 6 vollständig gespannt ist. Die Nockenscheibe 17 läuft
gegen den beweglichen Kontakt 24 des Positionsschalters 18, wodurch der Positionsschalter
18 geschlossen wird. Bei geschlossenem Positionsschalter ist die Antriebsvorrichtung
ausgeschaltet und nicht einschaltbereit. - Während der sich anschließenden Verklinkungsphase
dreht sich die Kurvenscheibe 1 unter der Einwirkung der kinetischen Restenergie der
ausgeschalteten Antriebsvorrichtung im Uhrzeigersinn weiter, wobei die Abtastrolle
4 aufgrund des rückspringenden Bereiches 22 der umlaufenden Kante nicht mehr an der
Kurvenscheibe 1 anliegt. Der Federspeicher 6 wird mittels eines nicht weiter dargestellten
separaten Schaltschlosses verklinkt.
[0016] Gemäß Figur 3 ist die Kurvenscheibe nach einer Drehung um einen zweiten Winkel β,
der kleiner als die Differenz zwischen 360° und dem ersten Winkel α ist, dadurch stillgesetzt,
dass der Vorsprung 19 gegen den ihn hintergreifenden hakenartigen Fortsatz 20 läuft.
Hierbei bleibt der Positionsschalter 18 mittels der anliegenden Nockenscheibe 17 geschlossen,
so dass ein vorzeitiges erneutes Einschalten der Antriebsvorrichtung verhindert ist.
[0017] Gemäß Figur 4 wird durch Freigabe des nicht weiter dargestellten separaten Schaltschlosses
während der dadurch ausgelösten Entspannungsphase des Federspeichers 6 das Hebelsystem
2 unter der Krafteinwirkung des Federspeichers 6 aus der zweiten Stellung 23 in die
erste Stellung 21 zurückgeschwenkt. Hierbei wird der Vorsprung 19 von dem hakenartigen
Fortsatz 20 freigegeben, bevor die Abtastrolle 4 auf der umlaufenden Kante 16 der
Kurvenscheibe aufsetzt, wodurch das Hebelsystem 2 und die Kurvenscheibe 1 erneut gekoppelt
werden. Aufgrund dieser Kopplung wird die Kurvenscheibe 1 unter der Krafteinwirkung
des Federspeichers 6 um einen dritten Winkel γ, der der Differenz zwischen 360° und
der Summe der beiden anderen Winkel α+β entspricht, bis in ihre Ausgangslage gedreht
(vgl. Figur 1). Gleichzeitig wird der bewegliche Kontakt 24 des Positionsschalters
18 von der Nockenscheibe 17 freigegeben und die Antriebsvorrichtung wieder einschaltbereit
geschaltet.
[0018] Die neue Spannvorrichtung sichert somit eine reproduzierbare Ausgangsstellung der
Kurvenscheibe, unabhängig von einem schwankenden restlichen Drehmoment der am Ende
der Spannphase ausgeschalteten elektromotorischen Antriebsvorrichtung.
[0019] Die zweite Ausführungsform der Spannvorrichtung gemäß der Figuren 5 bis 8 ist bezüglich
der Kurvenscheibe 25 und des Hebelsystems 26 sowie bezüglich der Ankopplung der Antriebsvorrichtung
an die Spannwelle 15 und der Ankopplung des Hebelsystems 26 an den Federspeicher 6
gleichartig ausgebildet wie die Spannvorrichtung gemäß der Figuren 1 bis 4. Als Fangvorrichtung
27 dient jedoch eine Bremsfeder 28, die phasenweise in Wirkverbindung mit dem zweiten
Bolzen 12 steht. Die Bremsfeder 28 ist hierzu als einarmige Biegefeder ausgebildet,
die an ihrem freien Ende 29 einen abgewinkelten Endschenkel 30 aufweist. Dabei ragt
einerseits die Bremsfeder 28 mit dem freien Ende 29 in die Umlaufbahn 31 der Kurvenscheibe
25 und andererseits kann der zweite Bolzen 12 in einer, der zweiten Stellung 23 des
Hebelsystems 26 entsprechenden Endposition den Federweg der Bremsfeder 28 blockieren.
[0020] Figur 5 zeigt die Spannvorrichtung zu Beginn der Spannphase. Zu diesem Zeitpunkt
sind die Kurvenscheibe 25 und die Fangvorrichtung 27 entkoppelt, da die Bremsfeder
28 nicht an der umlaufenden Kante 16 der Kurvenscheibe 25 anliegt. - Am Ende der Spannphase
(siehe Figur 6) gelangt die umlaufende Kante 16 der Kurvenscheibe 25 in Anlage mit
dem freien Ende 29 der Bremsfeder 28. Hierdurch wird die Kurvenscheibe zunächst leicht
abgebremst. - Während der sich anschließenden Verklinkungsphase wird der abgewinkelte
Endschenkel 30 der Bremsfeder 28 in Richtung auf den zweiten Bolzen 12, der den Spannhebel
7 mit dem Koppelglied 32 verbindet, zubewegt.
[0021] Gemäß Figur 7 ist der abgewinkelte Endschenkel 30 der Bremsfeder 28 am Ende der Verklinkungsphase
an dem zweiten Bolzen 12 brückenartig abgestützt. Dadurch ist die Bremskraft der Bremsfeder
28 derart gesteigert, dass die Bremsfeder 28 wie ein Anschlag wirkt und die Kurvenscheibe
25 stillsetzt. - Gemäß Figur 8 wird während der Entspannungsphase der zweite Bolzen
12 - aufgrund der Bewegung des Hebelsystems 26 unter der Krafteinwirkung des Federspeichers
6 - aus dem Wirkbereich des abgewinkelten Endschenkels 30 der Bremsfeder 28 heraus
geschwenkt, bevor die Kurvenscheibe 25 durch erneute Kopplung mit dem Hebelsystem
26 um den dritten Winkel γ ( Differenzwinkel) bis in ihre Ausgangslage gedreht wird.
[0022] In der Position gemäß der Figur 7 kann für den Fall, dass die Kurvenscheibe mittels
der Antriebsvorrichtung fehlerhaft weiter angetrieben wird, die Bremskraft der brückenartig
abgestützten Bremsfeder 28 durch Streckung des winkligen Bereiches des freien Endes
29 der Bremsfeder überwunden werden, ohne dass dabei die Bremsfeder oder Teile der
Antriebsvorrichtung beschädigt oder zerstört werden.
1. Spannvorrichtung für einen Federspeicher (6) eines Leistungsschalters, mit einer Kurvenscheibe
(1, 25), einem Hebelsystem (2, 26) und einer Fangvorrichtung (3, 27),
- bei der während einer Spannphase des Federspeichers (6) die Kurvenscheibe (1, 25)
und das Hebelsystems (2, 26) mittels einer mit der umlaufenden Kante (16) der Kurvenscheibe
(1, 25) zusammenwirkenden Abtastrolle (4) gekoppelt sind und die Kurvenscheibe (1,
25) mittels einer Antriebsvorrichtung aus einer Ausgangslage um einen ersten Winkel(α)
drehbar ist,
- bei der während einer Verklinkungsphase des Federspeichers (6) die Kurvenscheibe
(1, 25) und das Hebelsystem (2, 26) entkoppelt sind und die sich um einen zweiten
Winkel (β) weiterdrehende Kurvenscheibe (1, 25) mittels der Fangvorrichtung (3, 27)
stillsetzbar ist und
- bei der während einer Entspannungsphase des Federspeichers (6) die Kurvenscheibe
(1, 25) und die Fangvorrichtung (3, 27) entkoppelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Summe des ersten Winkels (α) und des zweiten Winkels (β) um einen Differenzwinkel
(γ) kleiner als 360° ist und
- dass das Hebelsystem (2, 26) derart mit der Kurvenscheibe (1, 25) koppelbar ist, dass
die Kurvenscheibe nach der Entkopplung von Kurvenscheibe (1, 25) und Fangvorrichtung
(3, 27) unter der Krafteinwirkung des freigeschalteten Federspeichers (6) um den Differenzwinkel
(γ) in ihre Ausgangslage drehbar ist.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass das Hebelsystem (2) einen die Abtastrolle (4) tragenden Rollenhebel (5) und einen
am Federspeicher (6) angelenkten zweiarmigen Spannhebel (7) aufweist, die mittels
eines Koppelgliedes (8) verbunden sind, und
- dass die Fangvorrichtung (3) einen der Kurvenscheibe (1) zugeordneten Vorsprung (19) aufweist,
der von einem am Koppelglied (8) ausgebildeten hakenartigen Fortsatz (20) hintergreifbar
ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
- dass das Hebelsystem (26) einen die Abtastrolle (4) tragenden Rollenhebel (5) und einen
am Federspeicher (6) angelenkten zweiarmigen Spannhebel (7) aufweist, die mittels
eines Koppelgliedes (32) verbunden sind, und
- dass die Fangvorrichtung (27) eine Bremsfeder (28) aufweist, die an einem Teilabschnitt
der umlaufenden Kante (16) der Kurvenscheibe (25) entlang gleitbar ist und die mit
dem Hebelsystem (26) derart koppelbar ist, dass die Bremskraft der Bremsfeder (28)
in Abhängigkeit von der Lage des Hebelsystems (26) änderbar ist.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Bremsfeder (28) als einarmige Biegefeder ausgebildet ist, deren freies Ende (29)
der Kurvenscheibe (25) zugeordnet ist und einen abgewinkelten Endschenkel (30) aufweist,
- wobei der abgewinkelte Endschenkel (30) an einem Bolzen (12) abstützbar ist, der
den Spannhebel (7) und das Koppelglied (32) verbindet.