Antriebsvorrichtung für einen Federspeicher eines elektrischen Schalters

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung (19) für einen Federspeicher (17) eines elektrischen Schalters, die einen Motor (21), eine durch den Motor (21) in einer Spann-Richtung (33) drehbare Antriebswelle (22), eine an die Antriebswelle (22) gekoppelte Kurvenscheibe (24), an deren Kontur während einer Spannphase des Federspeichers (17) ein an den Federspeicher gekoppeltes Spannelement (35) antreibbar ist, und zumindest eine an die Antriebswelle (22) gekoppelte Steuerscheibe (26) zur Steuerung des Motors (21) umfasst.
Um die motorische Antriebskraft für mehrere Spannzyklen des Federspeichers - insbesondere durch Vermeiden von Motorschäden - sicher zur Verfügung zu stellen, sind die Kopplungen von Kurvenscheibe (24) und Steuerscheibe (26) mit der Antriebswelle (22) derart gestaltet, dass nach Durchlaufen der Spannphase die Kurvenscheibe (24) in der Spannrichtung (33) der Steuerscheibe (26) wenigstens ein Stück weit voreilen kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für einen Federspeicher eines elektrischen Schalters, die einen Motor, eine durch den Motor in einer Spann-Richtung drehbare Antriebswelle, eine an die Antriebswelle gekoppelte Kurvenscheibe, an deren Kontur während einer Spannphase des Federspeichers ein an den Federspeicher gekoppeltes Spannelement antreibbar ist, und zumindest eine an die Antriebswelle gekoppelte Steuerscheibe zur Steuerung des Motors umfasst.

[0002] Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen elektrischen Schalter, insbesondere einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Federspeicher, bei dem eine derartige Antriebsvorrichtung zum Spannen des Federspeichers dient.

[0003] Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist aus der US-Patentschrift 4,649,244 bekannt, bei der in Abhängigkeit von der Stellung einer fest mit der Antriebswelle gekoppelten Kurvenscheibe das Betätigen eines Mikroschalters zum An- und Ausschalten eines Motors steuerbar ist. Hierzu ist an die Antriebswelle eine Steuerscheibe in Form einer Umlaufzahnscheibe fest angekoppelt, die einen Mitnehmer zum Betätigen des Mikroschalters aufweist. Dabei wirkt der Mitnehmer über einen drehbaren Hebel auf einen Betätiger des Mikroschalters. Mit der Betätigung des Hebels durch den Mitnehmer kann hierbei auch ein Bremssystem für den Motor, oder eine mechanische Entkopplung des Motors von der Antriebswelle aktiviert werden. - Die Antriebswelle, die während einer Spannphase des Federspeichers, bei der der Motor angeschaltet und das Bremssystem deaktiviert ist, unter der Kraft des Motors in eine Spann-Richtung dreht, wird während einer Verklinkungsphase des Federspeichers unter der Kraft des Federspeichers in der Spann-Richtung beschleunigt weitergedreht. Diese beschleunigte Bewegung der Kurvenscheibe kann dazu führen, dass das Bremssystem für den Motor schon aktiviert wird, bevor der Motor wirksam ausgeschaltet ist. Dabei kann die gegen die noch aktive Motorkraft gerichtete Bremskraft zu einer Beschädigung der beweglichen Teile des Motors oder zu Schäden aufgrund eines Überhitzens des Motors führen. Derartige Schäden können dazu führen, dass während einer sich anschließenden Entspannungsphase des Federspeichers - bei der zwar durch ein Weiterdrehen der Steuerscheibe unter der Kraft des sich entspannenden Federspeichers das Bremssystems deaktiviert oder der Motor erneut mechanisch angekoppelt und anschließend der Motor wieder angeschaltet wird - die notwendige motorische Antriebskraft für einen erneuten Spannzyklus des Federspeichers jedoch durch den geschädigten Motor nicht mehr zur Verfügung steht.

[0004] Ausgehend von einer Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 (US 4,649,244) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Antriebsvorrichtung so zu gestalten, dass sie die notwendige motorische Antriebskraft für mehrere Spannzyklen des Federspeichers sicher zur Verfügung stellt.

[0005] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kopplungen von Kurvenscheibe und Steuerscheibe mit der Antriebswelle derart gestaltet sind, dass nach Durchlaufen der Spannphase die Kurvenscheibe in der Spann-Richtung der Steuerscheibe wenigstens ein Stück weit voreilen kann.

[0006] Im Sinne der Erfindung soll unter einem Bremssystem jedes System verstanden werden, das zu einer Stillsetzung der an die Antriebswelle gekoppelten beweglichen Teile des Motors führt. Ein derartiges System kann beispielsweise eine an sich bekannte Schaltungsanordnung zur Kurzschlussbremsung des Motors umfassen.

[0007] Bei einer Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 wird die Steuerscheibe im Gegensatz zur Antriebswelle unter der Kraft des Federspeichers nicht beschleunigt. Auch räumlich eng angeordnete Schalter zur Steuerung des Motors wie beispielsweise ein erster Schalter zum An- und Ausschalten, ein zweiter Schalter zum Aktivieren und Deaktivieren eines Bremssystems oder zum mechanischen Ent- und Ankoppeln des Motors an die Antriebswelle können hierbei zeitlich aufeinanderfolgend so betätigt werden, dass zum Einen beispielsweise das Aktivieren des Bremssystems oder das mechanische Entkoppeln des Motors von der Antriebswelle vor dem wirksamen Ausschalten des Motors und zum Anderen das Einschalten des Motors bei noch aktiviertem Bremssystem oder noch nicht abgeschlossener mechanischer Ankopplung des Motors an die Antriebswelle sicher verhindert ist.

[0008] Eine mechanisch einfache Ausgestaltungsform der neuen Antriebsvorrichtung sieht vor, dass die Steuerscheibe fest und die Kurvenscheibe mit begrenztem Winkel-Spiel mit der Antriebswelle verbunden sind. - Der Wert des Winkelspieles sollte bevorzugt mehr als 5° betragen.

[0009] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform sieht vor, dass an die Antriebswelle zusätzlich eine Transportscheibe gekoppelt ist, die während einer Entspannungsphase des Federspeichers unter der Krafteinwirkung des Federspeichers auf die Kontur der Transportscheibe die Antriebswelle soweit dreht, dass der Wert des Winkel-Spieles in Spann-Richtung der Antriebswelle Null ist. - Durch eine derartige Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass alle Elemente der Antriebsvorrichtung am Ende der Entspannungsphase des Federspeichers eine definierte Ausgangsstellung für einen erneuten Spannzyklus des Federspeichers einnehmen.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schalters in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit der neuen Antriebsvorrichtung ist in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigen

Figur 1 einen schematisch dargestellten Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Antriebsmechanismus, der einen Federspeicher, ein Schaltschloss zum Verklinken des Federspeichers und eine Antriebsvorrichtung zum Spannen des Federspeichers aufweist und

Figuren 2 bis 5 die Antriebsvorrichtung in fünf verschiedenen Phasen ihres Bewegungsablaufes.

[0011] Der Niederspannungs-Leistungsschalter gemäß der Figur 1 weist ein Gehäuse 1 auf, das zur Aufnahme einer - aus einem beweglichen Kontakt 2 und einem feststehenden Kontakt 3 bestehenden - Kontaktanordnung, einer Lichtbogenlöschkammer 4 und eines an einem Tragwerk 5 abgestützten Antriebsmechanismus 6 dient. Der Antriebsmechanismus 6 dient hierbei zur Betätigung des beweglichen Kontaktes 2, der mehrere in einem schwenkbaren Kontaktträger 7 abgestützte und parallel zueinander angeordnete Kontakthebel 8 (in der Figur ist nur ein Kontakthebel sichtbar) aufweist. Die Kontakthebel 8 sind in bekannter Weise mittels eines Gelenkbolzens 9 in dem Kontaktträger 7 schwenkbar angebracht und durch je zwei Kontaktkraftfedern 10 vorgespannt. Biegsame Leiter 11 dienen zur Verbindung der Kontakthebel 8 mit einer unteren Anschluss-Schiene 12. Der dem beweglichen Kontakt 2 der Kontaktanordnung zugeordnete feststehende Kontakt 3 ist mit einer oberen Anschluss-Schiene 13 verbunden. Der Antriebsmechanismus weist einen aus einem ersten Koppelgestänge 14 und einem zweiten Koppelgestänge 15 sowie einer Schaltwelle 16 bestehenden Antriebsstrang für den beweglichen Kontakt 2 auf. Weiterhin gehören zu dem Antriebsmechanismus ein Federspeicher 17 mittels dessen die Energie zum Ein- und Ausschalten des Schalters, d. h. zum Schließen und Öffnen der Kontakte 2, 3 speicherbar ist, ein Schaltschloss 18 zum Verklinken des Federspeichers 17 in seinem gespannten Zustand bzw. zum Verklinken des Antriebsstranges bei beschlossenen Kontakten 2, 3 sowie eine Antriebsvorrichtung 19 zum Spannen des Federspeichers 17 auf. Dabei ist die Antriebsvorrichtung in der aus der Druckschrift DE 100 29 123 A1 bekannten Weise während einer Spannphase des Federspeichers über ein Hebelsystem 20 mit dem Federspeicher gekoppelt und während einer Verklinkungsphase des Federspeichers von dem Hebelsystem entkoppelt. Das Verklinken des Federspeichers 17 in seinem gespannten Zustand erfolgt dabei im Gegensatz zu dem aus der US-Patentschrift 4,649,244 bekannten Antriebsmechanismus nicht mittels einer Kurvenscheibe, die zum Spannen des Federspeichers dient, sondern nach Entkopplung des Hebelsystems von der Kurvenscheibe separat durch das Schaltschloss 18.

[0012] Gemäß der Figuren 2 bis 5 umfasst die Antriebsvorrichtung 19 einen Motor 21, eine durch den Motor 21 angetriebene Antriebswelle 22, einen in ihrem Drehpunkt an die Antriebswelle 22 gekoppelte Kurvenscheibe 24, eine in ihrem Drehpunkt fest an die Antriebswelle 22 gekoppelte Steuerscheibe 26 sowie zwei Mikroschalter 27, 28 zur Steuerung des Motors. Hierbei weist die Steuerscheibe 26 zwei jeweils mit einem Nocken 29, 30 versehene, in axialer Richtung der Antriebswelle 22 versetzt angeordnete Abschnitte 31, 32 auf, wobei jedem Abschnitt 31, 32 einer der Mikroschalter 27, 28 zugeordnet ist.

[0013] Bei geschlossenem ersten Mikroschalter 27 (Netzschalter) liegt am Motor 21 eine Betriebsspannung an, wodurch der Motor eingeschaltet ist. Bei geöffnetem ersten Mikroschalter 27 ist der Motor 21 von seiner Betriebsspannung getrennt und damit ausgeschaltet. Bei geschlossenem zweiten Mikroschalter 28 (Kurzschluss-Schalter) ist der Motor 21 kurzgeschlossen, wodurch die mechanische Restenergie seiner beweglichen Teile durch die Kurzschluss-Leistung verbraucht wird und die beweglichen Teile des Motors schnell zum Stillstand kommen. Bei geöffnetem zweiten Mikroschalter 28 ist der Motor 21 nicht kurzgeschlossen.

[0014] Die Figur 2 zeigt die Antriebsvorrichtung in ihrer AusgangsStellung, bei der der erste Mikroschalter 27 geschlossen und der zweite Mikroschalter 28 geöffnet ist und somit der Motor 21 angeschaltet, jedoch nicht kurzgeschlossen ist. Die Antriebswelle 22 dreht sich daher während der Spannphase des Federspeichers 17 unter der Kraft des Motors 21 in einer Spannrichtung 33 um einen ersten Winkel i bis in die Figur 3 dargestellte Stellung. Durch die Steigung eines ersten Abschnittes 34 der Kontur der Kurvenscheibe wird während dieser Spannphase des Federspeichers das Hebelsystem 20, das über seine Rolle 35 an der Kontur der Kurvenscheibe anliegt, derart gestreckt, dass der eine Hebel 36 des Hebelsystems in Richtung des Pfeiles 37 schwenkt und den Federspeicher 17 spannt. An den ersten Abschnitt 34 der Kontur der Kurvenscheibe schließt sich ein als rückspringende Kante ausgebildeter zweiter Abschnitt 38 an. Der Übergang der Rolle 35 auf diesen zweiten Abschnitt 38 bewirkt, dass die Kurvenscheibe 24 unter der Kraft des Federspeichers 17 in ihre Spannrichtung 33 beschleunigt weitergedreht wird. Während die Steuerscheibe 26 fest auf der Antriebswelle 22 angeordnet ist, ist die Kurvenscheibe 24 über eine keilförmige Nut-Feder-Verbindung mit einem Winkelspiel δ von etwa 15° bis 20° an die Antriebswelle 22 angekoppelt. Während der Spannphase des Federspeichers liegt eine erste Fläche 39 der Feder 40 der Kurvenscheibe an einer ersten Fläche 41 der Nut 42 der Antriebswelle an. Hierdurch verläuft das Winkelspiel δ der Kurvenscheibe gegenüber der Antriebswelle in Spannrichtung 33 der Antriebswelle, so dass zwar die Kurvenscheibe 24 beim Übergang in die Verklinkungsphase beschleunigt wird, nicht jedoch die Antriebswelle 22. Die Antriebswelle 22 und die fest auf ihr angeordnete Steuerscheibe 26 drehen sich lediglich unter der Kraft des Motors 21 um einen zweiten Winkel j weiter. Kurz nach Beginn der Verklinkungsphase gelangt dabei zuerst der Nocken 29 des ersten Abschnittes 31 in Anlage mit einem Betätiger 43 des ersten Mikroschalters 27, wodurch der Mikroschalter geöffnet, d. h. der Motor ausgeschaltet wird. Danach gelangt der Nocken 30 des zweiten Abschnittes 32 in Anlage mit dem Betätiger 44 des zweiten Mikroschalters 28, wodurch der zweite Mikroschalter geschlossen, d. h. der Motor kurzgeschlossen wird. Das gleichförmige Weiterdrehen der Steuerscheibe 26 garantiert dabei, dass der Zeitabstand zwischen den beiden Schaltvorgängen der Mikroschalter so groß ist, dass der Motor 21 von seiner Betriebsspannung sicher getrennt ist, bevor er kurzgeschlossen wird. Der Kurvenscheibe 24 ist eine Fangvorrichtung 45 in Form einer Bremsfeder zugeordnet, die die mechanische Restenergie der Kurvenscheibe nach ihrer Entkopplung von dem Hebelsystem so weit aufnimmt, dass sichergestellt ist, dass am Ende der vorlaufenden Drehung der Kurvenscheibe gegenüber der Antriebswelle und damit gegenüber der Steuerscheibe selbst bei einem Anlegen der zweiten Fläche 45 der Feder 40 an der zweiten Fläche 46 der Nut 42 (vgl. Figur 4) nicht zu einer Beschleunigung der Antriebswelle bzw. der Steuerscheibe führt.

[0015] Aus der DE 100 29 123 A1 ist bekannt, einen dritten Abschnitt 48 der Kontur der Kurvenscheibe 24 derart zu gestalten, dass er am Ende der Entspannungsphase des Federspeichers in Anlage mit der Rolle 35 gelangt und die Kurvenscheibe unter der Kraft des Federspeichers 17 um einen Differenzwinkel γ (vgl. Figur 5) in ihre Ausgangsstellung dreht. Eine derartige Gestaltung der Kurvenscheibe zur Rückstellung in ihre Ausgangsstellung kann auch bei der neuen Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, wenn der verbleibende Differenzwinkel γ bis zum Erreichen der Ausgangsstellung der Kurvenscheibe noch so groß ist, dass nacheinander beide Mikroschalter durch die sich dabei mit der Kurvenscheibe und der Antriebswelle mitdrehenden Steuerscheibe betätigt werden. Je größer der Wert des Winkel-Spieles δ jedoch ist, desto geringer wird der verbleibende Differenzwinkel γ der Kurvenscheibe sein. Bei der in den Figuren gezeigten Antriebsvorrichtung ist eine derartige Steuerung der Rückstellung der Kurvenscheibe in ihre Ausgangsstellung etwa bis zu einem Wert des Winkel-Spieles δ von 20° sicher realisierbar. Bei einem Wert des Winkel-Spieles über 20° ist es vorteilhaft, das Rückstellen der Kurvenscheibe mittels einer Transportscheibe 47 zu realisieren. Hierzu ist die Transportscheibe 47 in ihrem Drehpunkt fest auf der Antriebswelle 22 angeordnet und weist einen ersten Konturabschnitt 49 auf, der ähnlich dem aus der DE 100 29 123 A1 bekannten dritten Abschnitt 48 der Kontur der Kurvenscheibe gestaltet ist.

[0016] Gemäß der Figur 5 wird dabei am Ende der auf die Freigabe des Federspeichers folgenden Entspannungsphase des Federspeichers zunächst die Antriebswelle 22 erneut mit dem Hebelsystem 20 gekoppelt. Dieses Ankoppeln erfolgt mittels der Transportscheibe 47, auf deren Kontur ein Bolzen 50 des Hebelsystems unter der Krafteinwirkung der sich entspannenden Federspeichers 17 wirkt. Die Transportscheibe 47 wird dabei zunächst um einen dritten Winkel k in Spannrichtung 33 der Antriebswelle 22 soweit gedreht, bis die erste Fläche 39 der Feder 40 der Kurvenscheibe wieder in Anlage mit der ersten Fläche 41 der Nut 42 der Antriebswelle gelangt und somit der Wert des Winkel-Spieles δ in Spannrichtung 33 der Antriebswelle 0 ist. Beim Weiterdrehen der Transportscheibe um einen vierten Winkel 1, dessen Wert dem Wert des Differenzwinkels γ der Kurvenscheibe entspricht, in ihrer Ausgangsstellung werden dann auch die Antriebswelle und die Steuerscheibe bis in ihre Ausgangsstellung gemäß Figur 2 zurückgestellt. Da diese Rückstellung am Ende der Entspannungsphase des Federspeichers erfolgt, d. h. lediglich die Restenergie des Federspeichers genutzt wird, ist die Beschleunigung der Transportscheibe und damit der Steuerscheibe so gering, dass zunächst der zweite Nocken 30 den zweiten Betätiger 44 freigibt, d. h. der zweite Mikroschalter geöffnet und damit der Kurzschluss wirksam aufgehoben wird, bevor der in Spannrichtung länger als der zweite Nocken ausgebildete erste Nocken 29 den ersten Betätiger 43 freigibt, d. h. der erste Mikroschalter 27 geschlossen und damit der Motor 21 wieder an seine Betriebsspannung angeschlossen und der Motor wirksam eingeschaltet wird.

[0017] Die neue Antriebsvorrichtung weist damit den Vorteil auf, dass sich die Beschleunigung der Kurvenscheibe 24, die insbesondere von der Kraft des Federspeichers 17 abhängt, nicht direkt auf die Steuerzeiten des Motors 21 auswirkt. Dadurch ist ein Kurzschließen des Motors mit der Betriebsspannung (Netzspannung) des Motors sicher verhindert. Der Zeitabstand zwischen den beiden Schaltvorgängen der Mikroschalter kann bei der neuen Antriebsvorrichtung gegenüber der aus der DE 100 29 123 A1 bekannten Antriebsvorrichtung um das drei- bis zehnfache erhöht werden. Dies ermöglicht es insbesondere bei begrenztem zur Unterbringung der Mikroschalter zur Verfügung stehenden Bauraum, die Mikroschalter bezüglich der Zeitspanne ihrer Betätigung noch enger aneinander anzuordnen.

Ansprüche

1. Antriebsvorrichtung (19) für einen Federspeicher (17) eines elektrischen Schalters
mit einem Motor (21), einer durch den Motor (21) in einer Spann-Richtung (33) drehbaren Antriebswelle (22), einer an die Antriebswelle (22) gekoppelten Kurvenscheibe (24), an deren Kontur während einer Spannphase des Federspeichers (17) ein an den Federspeicher gekoppeltes Spannelement antreibbar ist, und mit zumindest einer an die Antriebswelle (22) gekoppelten Steuerscheibe (26) zur Steuerung des Motors (21),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kopplungen von Kurvenscheibe (24) und Steuerscheibe (26) mit der Antriebswelle (22) derart gestaltet sind, dass nach Durchlaufen der Spannphase die Kurvenscheibe (24) in der Spann-Richtung (33) der Steuerscheibe (26) wenigstens ein Stück weit voreilen kann.

2. Antriebsvorrichtung nach Ansprüche 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerscheibe (26) fest und die Kurvenscheibe (24) mit begrenztem Winkel-Spiel (δ) mit der Antriebswelle (22) verbunden sind.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
an die Antriebswelle (22) zusätzlich eine Transportscheibe (47) gekoppelt ist, die während einer Entspannungsphase des Federspeichers (17) unter der Krafteinwirkung des Federspeichers auf die Kontur der Transportscheibe (47) die Antriebswelle (22) soweit dreht, dass der Wert des Winkel-Spieles (δ) in Spann-Richtung (33) der Antriebswelle Null ist.

4. Elektrischer Schalter, insbesondere Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Federspeicher (17) und mit einer Antriebsvorrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Spannen des Federspeichers.

Zeichnung