DE19913814C1

DE19913814C1 - Kraftspeicher für einen Stufenschalter

Info

Publication number: DE19913814C1
Application number: DE1999113814
Authority: DE
Inventors: Reinhold Baertl
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Stufenschalter, der, wie üblich, einen längsbeweglichen Aufzugsschlitten, ein ebenfalls längsbewegliches Abtriebsteil und dazwischen angeordnete Kraftspeicherfedern aufweist. Um zu erreichen, daß eine vom sprungartig ausgelösten Abtriebsteil betätigte Abtriebswelle, die ihrerseits den Stufenschalter betätigt, immer nur in eine Richtung gedreht wird, ist das Abtriebsteil an seinen Längsseiten mit Längsverzahnungen versehen, in die ein Zahnrad bewegungsabhängig einrückbar ist. Die richtungsabhängige Einrückung des Zahnrades kann auf besonders vorteilhafte Weise entweder durch entsprechende Auslenkung eines Exzenters oder durch vertikalen Versatz erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Stufenschalter gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches. Ein solcher Kraftspeicher ist aus den DE-PS 19 56 369 und 28 06 282 bereits be kannt.

Derartige Kraftspeicher dienen zur sprungartigen Betätigung der Lastumschalter von Stufenschaltern; sie werden zu Beginn jeder Betätigung des Stufenschalters von dessen Antriebswelle aufgezogen, d. h. gespannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem Abtriebsteil, das oftmals auch als Sprungschlitten bezeichnet wird, zwischen denen Kraftspeicherfedern als Energie speicher angeordnet sind.

Der Aufzugsschlitten wird dabei durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Exzenter relativ zum Abtriebsteil hin bewegt, dadurch werden die dazwischen befindlichen Kraftspeicherfedern gespannt. Hat der Aufzugsschlitten seine neue Endposition erreicht, wird die Arretierung des Abtriebsteiles auf gehoben und das Abtriebsteil damit gelöst. Dieses folgt nun sprungartig, da unter der Kraft der ge spannten Kraftspeicherfedern stehend, der vorangegangenen Bewegung des Aufzugsschlittens nach. Diese sprungartige Bewegung des Abtriebsteils wird über eine Kurbel in eine Drehbewegung einer Abtriebswelle umgewandelt; diese sprungartig sich drehende Abtriebswelle wiederum dient zur Betäti gung des Lastumschalters des Stufenschalters, d. h. zur Umschaltung zwischen der bisherigen und der neu vorgewählten Wicklungsanzapfung unter Last.

Bei jeder Schaltung bewegen sich also zunächst Aufzugsschlitten und später Abtriebsteil immer ab wechselnd einmal in eine linke und einmal in eine rechte Endposition. In der Folge dreht sich die den Lastumschalter betätigende Abtriebswelle jeweils abwechselnd mit unterschiedlichem Drehsinn.

Bei den meisten Lastumschaltern bzw. den zugrundeliegenden elektrischen Schaltungen dieser Ge räte, besonders solchen mit mechanischen Schaltkontakten, ist dies durchaus erwünscht und in Ord nung: Diejenigen Kontakte, die als letzte geschlossen worden sind, etwa die Dauerhauptkontakte, öffnen bei der nachfolgenden Schaltung wieder als erste usw.

Es gibt jedoch auch eine Reihe von Anwendungsfällen, insbesondere bei Stufenschaltern mit Vaku umschaltzellen oder auch Thyristoren als Schaltelementen, bei denen sogenannte unsymmetrische Schaltungen realisiert werden müssen, d. h. bei jeder Umschaltung müssen verschiedene Kontakte immer in der gleichen, vorbestimmten Reihenfolge als feststehende, unveränderliche Schaltsequenz betätigt werden.

Bei solchen unsymmetrischen Schaltungen sind die beschriebenen herkömmlichen gattungsgemäßen Kraftspeicher mit ihrer alternierenden Auslöserichtung generell ungeeignet.

Vielmehr sind Kraftspeicher erforderlich, die stets in der selben Richtung auslösen, unabhängig von Art und Richtung ihres Aufzuges.

Dieses Problem ist nicht neu; in der WO 89/08924 ist bereits ein solcher Kraftspeicher beschrieben. Dabei sind die Kraftspeicherfeder und ein angetriebenes Element mit einem Koppelelement verbun den, das unabhängig von der Drehrichtung der antreibenden Welle nur in einer Richtung drehbar ist. Dieser vorgeschlagene Kraftspeicher ist jedoch insgesamt zu kompliziert; er benötigt eine Vielzahl konzentrisch auf der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle anzuordnender drehbarer Bauteile, Rastele mente, Mitnehmer, Kurbel- und Koppelelemente. Durch die notwendige konzentrische Anordnung auf den beiden zueinander fluchtenden Wellen, der Antriebswelle und der Abtriebswelle, ergibt sich not wendigerweise ein großer Platzbedarf für diesen Kraftspeicher, insbesondere eine große Bauhöhe. Zudem werden ganz erhebliche Genauigkeitsanforderungen an die einzelnen Bauteile gestellt. Aus diesen Gründen hat sich diese Lösung kommerziell nicht durchsetzen können. Im Gegenteil: Der Trend geht bisher eher dahin, unsymmetrische Schaltungen durch solche symmetrische Schaltungen zu ersetzen, die sich mit herkömmlichen, alternierend auslösenden Kraftspeichern realisieren lassen. Dies, obwohl die beschriebenen unsymmetrischen Schaltungen in vielen Fällen technisch durchaus vorteilhafter wären, weniger Bauteile benötigen oder höhere elektrische Schaltleistungen realisieren könnten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftspeicher der eingangs genannten Gattung anzugeben, der für unsymmetrische Schaltungen geeignet ist, also stets in der gleichen Bewegungsrichtung auslöst, dennoch aber das einfache und seit Jahrzehnten bewährte Prinzip von ineinander verschachtelten Aufzugsschlitten und Abtriebsteil mit dazwischen angeordneten und durch eine Relativbewegung der genannten Bauteile zueinander spannbaren Kraftspeicherfedern beibehält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kraftspeicher mit den Merkmalen des ersten Pa tentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen jeweils besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftspeichers liegt in der Beibehaltung des bisheri gen, weiter oben ausführlich erläuterten Funktionsprinzips mit Aufzugsschlitten, Abtriebsteil und da zwischenliegenden Kraftspeicherfedern. Durch die ineinander gebauten, verschachtelten Bauteile ist der gesamte Kraftspeicher besonders platzsparend, vor allem sehr flach realisierbar. Es ist nicht not wendig, wie bei der bekannten Lösung aus der WO 89/08924 Antriebs- und Abtriebswelle räumlich zu trennen und aufzuteilen.

Auch die bewährte Längsbewegung sowohl des aufziehenden als auch des auslösenden Teiles, die hinsichtlich der auftretenden Kräfte und auch der einzuhaltenden Genauigkeitsanforderungen Vorteile bietet, kann beibehalten werden.

Die allgemeine erfinderische Idee, die den beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Kraftspeichers, die nachfolgend noch näher erläutert werden, zugrundeliegt, besteht darin, daß das an sich bekannte Abtriebsteil an seinen beiden Längsseiten mit jeweils einer Innenverzahnung versehen ist, die in der Art einer Zahnstange ausgebildet ist, wobei ein mit der Abtriebswelle in Verbindung ste hendes Zahnrad je nach Auslöserichtung des Abtriebsteiles in jeweils eine dieser beiden Längsverzahnungen - und nur in eine - eingreift und um einen bestimmten Drehwinkel immer in der gleichen Richtung gedreht wird. Mit anderen Worten: Dieses Zahnrad wird entweder an einer Seite von einer Längsverzahnung, die sich von oben nach unten bewegt, angetrieben oder auf der anderen Seite von der anderen Längsverzahnung, die sich von unten nach oben bewegt. Im Ergebnis ergibt sich eine Drehung des Zahnrades und damit der Abtriebswelle immer in der selben Richtung.

Es können Drehwinkel von etwa 10 Grad bis ca. 720 Grad realisiert werden. Dadurch ist es möglich, verlängerte. Umschaltzeiten zu erzielen, was beispielsweise bei Stufenschaltern, bei denen Vakuum schaltzellen angesteuert werden müssen, von Vorteil sein kann. Im Normalfall wird man wegen der in aller Regel dreiphasigen Anordnung einen Winkel von 120 Grad wählen.

Ein zusätzlicher Vorteil beim erfindungsgemäßen Kraftspeicher besteht darin, daß ohne weiteres ein alternierender Bewegungsablauf für Dauerhauptkontakte direkt vom Sprungschlitten abgegriffen wer den kann.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Schnittdarstellung

Fig. 2 eine schematische Draufsicht dieser ersten Ausführungsform

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltsequenz dieser Ausführungsform

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung in seitlicher Schnittdarstellung

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Schaltsequenz dieser zweiten Ausführungsform von oben

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftspeichers. Von oben führt eine Antriebswelle 1 in den eigentlichen Kraftspeicher. Die Antriebswelle 1 weist einen Exzenter 2 auf, durch den auf bekannte Weise ein Aufzugsschlitten 3 bewegbar ist. Zwischen dem Aufzugsschlitten 3 und einem Abtriebsteil 6 sind Kraftspeicherfedern 4, 5 angeordnet, die durch die Bewegung des Auf zugsschlittens 3 relativ hin zum Abtriebsteil 6 spannbar sind. Das Abtriebsteil 6 ist durch beidseitige Klinken 7, 8 arretiert. Diese Klinken weisen jeweils ein Betätigungsteil 9, 10 auf, das vom Aufzugs schlitten 3 ausgelenkt wird, wenn dieser seine neue Endstellung erreicht hat. Durch diese Auslenkung wird das bisher durch die Klinken 7, 8 arretierte Abtriebsteil 6 freigegeben und folgt sprungartig der Bewegung des Aufzugsschlittens 3 nach. Bis hierhin entspricht die Wirkungsweise dem aus dem Stand der Technik Bekannten. Erfindungsgemäß weist das Abtriebsteil 6 zwei sich in Längsrichtung erstreckende, parallel zueinander verlaufende, nach innen gerichtete Längsverzahnungen 11, 12 auf. Ferner ist auf der Antriebswelle 1 ein weiterer Exzenter 13 angeordnet, auf dem ein Zahnrad 14 dreh bar gelagert ist. Die Verzahnung des Zahnrades 14 ist derart dimensioniert, daß sie wahlweise mit einer der beiden Längsverzahnungen 11, 12 korrespondieren kann. Der Exzenter 13 und das Zahnrad 14 sind insgesamt so dimensioniert, daß bei voller, in Bewegungsrichtung seitlicher, Auslenkung des Exzenters 13 das Zahnrad 14 jeweils vollständig in eine der beiden Längsverzahnungen 11 oder 12 eingreift. Das Zahnrad 14 seinerseits ist durch Kopplungselemente 15, 16 mit einem Abtriebswellen flansch 17 eine Abtriebswelle 18 verbunden. Als Kopplungselemente 15, 16 eignen sich beispielswei se sogenannte "Oldham"-Kupplungen, die eine exzentrische Kraftübertragung auf ein zentrisches Glied ermöglichen. Die Abtriebswelle 18 ist als Hohlwelle ausgebildet und zentrisch um die Antriebs welle 1 herum aus dem Kraftspeicher herausgeführt. Zur Führung der Antriebswelle 1 als auch der Abtriebswelle 18 dienen nur angedeutete Lager 19, 20.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung nur das Abtriebsteil 6 mit einer sog. "Triebstockverzahnung" und die damit in Verbindung stehenden Bauteile allein noch einmal von oben. Es ist zunächst einmal zu erkennen, daß das Abtriebsteil 6 eine mittige Aussparung 21 aufweist, so daß die übrigen Bauteile dieses Abtriebsteil 6 durchdringen können. Zu erkennen sind in dieser Figur weiterhin die beiden pa rallelen Längsverzahnungen 11, 12, ferner der bereits erläuterte Exzenter 13, der fest auf der An triebswelle 1 angeordnet ist und seinerseits das Zahnrad 14 frei drehbar aufnimmt. In der gezeigten Darstellung ist der Exzenter 13 in Bewegungsrichtung des Abtriebsteils 6 gesehen quer vollständig nach links ausgelenkt; das Zahnrad 14 greift in die linke Längsverzahnung 12 ein, während zur rech ten Querverzahnung 11 kein Kontakt besteht.

Die Funktionsweise dieser ersten erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich anhand der Fig. 3 ver deutlichen, die noch weiter schematisiert ist und eine vollständige Umschaltsequenz darstellt. Dabei sind die nacheinander ablaufenden Schritte während einer Umschaltung von links nach rechts darge stellt. Zunächst einmal wird der nicht dargestellte Aufziehschlitten 3 in Pfeilrichtung bewegt, d. h. durch die Antriebswelle 1 gegen die Kraft der Kraftspeicherfedern 4, 5 gespannt. Gleichzeitig wird bei die sem Aufziehvorgang, bei dem sich die Antriebswelle 1 um 180 Grad gedreht, der Exzenter 13 in seine linke Endposition gebracht und verschiebt damit das Zahnrad 14 in den Bereich der linken Längsver zahnung 12. Wenn der Aufzugsschlitten 3 seine neue Endstellung erreicht hat, wird die Klinke 8 gelöst - die Klinke auf der anderen Seite ist hier weggelassen - und das Abtriebsteil 6 bewegt sich sprun gartig in Pfeilrichtung, d. h. nach oben. Dabei nimmt die Längsverzahnung 12 das Zahnrad 14 mit und dreht es um einen Winkel von etwa 120 Grad. Diese Drehbewegung wird über die weiter oben erläu terten Kopplungselemente 15, 16 auf den Abtriebswellenflansch 17 und damit die Abtriebswelle 18, die den Lastumschalter des - nicht dargestellten - Stufenschalters betätigt, übertragen. Bei der näch sten Umschaltung dreht sich die Antriebswelle 1 wiederum um 180 Grad und bringt damit den Exzen ter 13 in die entgegengesetzte Endposition und damit wiederum das Zahnrad 14 in Eingriff mit der anderen Längsverzahnung 11. Gleichzeitig wird der Aufzugsschlitten in die entgegengesetzte Endpo sition bewegt. Nachdem er diese erreicht hat, wird wiederum das Abtriebsteil 6 ausgelöst und folgt in Pfeilrichtung, in Fig. 3 nach unten, dieser Bewegung nach. Dabei wird jetzt das Zahnrad 14 von der rechten Längsverzahnung 11 wiederum um etwa 120 Grad Drehwinkel mitgenommen, bis die in Fig. 3 ganz rechts dargestellte Endposition erreicht ist. Es ist also zu erkennen, daß trotz alternierender Hin- und Herbewegung des Abtriebsteiles 6, in Fig. 3 abwechselnd als Bewegung nach Auslösung nach oben bzw. nach unten dargestellt, das Zahnrad 14 stets in einer Richtung, hier im Uhrzeigersinn, gedreht wird. In diesem ersten erläuterten Ausführungsbeispiel wird der wechselseitige Eingriff des Zahnrades 14 in jeweils eine der beiden Längsverzahnungen 11, 12 also durch den Exzenter 13 auf der Antriebswelle 1 realisiert, der das Zahnrad 14 entsprechend jeweils quer zur Bewegungsrichtung des Abtriebsteiles 6 verschiebt.

In Fig. 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der der allgemeine erfinderische Gedanke des wechselseitigen Ineingriffbringens eines Zahnrades mit einer der beiden Längsverzahnungen auf andere Weise gelöst ist. Zu der in Fig. 4 im Querschnitt dargestellten zwei ten Ausführungsform sollen nachfolgend nur die von weiter oben geschilderten abweichenden Bau teile näher beschrieben werden. Das Abtriebsteil 6 weist wiederum eine erste Längsverzahnung 11 auf sowie eine zweite, dazu parallele, Längsverzahnung 22, die jedoch in einer anderen horizontalen Ebene sich erstreckt. Ein Zahnrad 23 ist zentrisch an einem Schiebestück 25, das in gewissen Gren zen auf der Antriebswelle 1 axial verschiebbar gelagert ist, befestigt. Auf der Antriebswelle 1 ist dazu ein Führungsbolzen 26 vorgesehen, der in einer Führungsnut 27 des Schiebestückes 25 läuft. Die Führungsnut 27 weist in ihrer Kontur einen Kurvenverlauf auf, derart, daß bei Drehung der Antriebs welle 1 durch den Führungsbolzen 26 das gesamte Schiebestück 25 und damit das Zahnrad 23 um einen gewissen Betrag a nach oben oder unten verschiebbar ist. Dieser Betrag a entspricht dem Hö henversatz zwischen den beiden Längsverzahnungen 11, 22. Damit wird der wechselseitige Eingriff des Zahnrades 23 durch dessen alternierendes Höher- bzw. Tieferschieben realisiert - ein Exzenter wie im ersten Ausführungsbeispiel sowie spezielle Kopplungselemente dazu entfallen hierbei. Das Zahnrad 23 ist durch Lager 24 auf dem Schiebestück 25 frei beweglich angeordnet; die weiteren Übertragungsmittel zur Abtriebswelle sind hier nicht mit dargestellt.

In Fig. 5 ist noch einmal ein Bewegungsablauf bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch von oben gezeigt, wobei wiederum nur das Abtriebsteil 6 und die damit in Verbindung stehenden weiteren Bauteile gezeigt sind. In der linken Darstellung sind wiederum die Kraftspeicherfedern 4, 5 durch die Bewegung des Aufzugsschlittens 3 gespannt worden, gleichzeitig ist durch die dazu erfor derliche Drehung der Antriebswelle 1 das Zahnrad 23 in die obere Position in Eingriff mit der linken Längsverzahnung 11 gebracht worden. Nach Auslösung der Klinke 8 folgt wiederum das Abtriebsteil 6 sprungartig der vorangegangenen Bewegung des hier nicht dargestellten Aufzugsschlittens, und das Zahnrad 23 wird mitgenommen und dreht sich wiederum um ca. 120 Grad. Bei der nächsten Schal tung dreht sich die Antriebswelle 1 wiederum um 180 Grad und verschiebt mittels des Führungsbol zens 26 in der Führungsnut 27 des Schiebestücks 25 das Zahnrad 23 in die untere andere Längsver zahnung 22. Bei der nächsten Auslösung des Abtriebsteils 6 wird dann wiederum das Zahnrad 23 mitgenommen. Auch bei dieser Ausführungsform wird also durch das wechselseitige Ineingriffbringens des Zahnrades 23 dessen immer in gleicher Richtung hier wiederum im Uhrzeigersinn, erfolgende Drehbewegung realisiert.

Bezugzeichenaufstellung

1

Antriebswelle

2

Exzenter auf der Antriebswelle

3

Aufzugsschlitten

4

,

5

Kraftspeicherfedern

6

Abtriebsteil

7

,

8

Klinke

9

,

10

Betätigungsteil der Klinke

11

erste Längsverzahnung

12

zweite Längsverzahnung

13

weitere Exzenter auf der Antriebswelle

14

Zahnrad, auf Exzenter

13

drehbar gelagert

15

,

16

Kopplungselemente

17

Abtriebswellenflansch

18

Abtriebswelle

19

erstes Lager

20

zweites Lager

21

Aussparung des Abtriebsteiles

22

zweite Längsverzahnung in anderer Ebene

23

zentrisch gelagertes Zahnrad

24

Lager

25

Schiebestück

26

Führungsbolzen auf Antriebswelle

1

27

Führungsnut auf Schiebestück

25

Claims

1. Kraftspeicher für einen Stufenschalter,
wobei ein längsbeweglicher, mit einer Antriebswelle in Verbindung stehender Aufzugsschlitten, ein ebenfalls längsbewegliches, mit einer Abtriebswelle in Verbindung stehendes Abtriebsteil und dazwi schen angeordnete Kraftspeicherfedern vorgesehen sind,
wobei der Aufzugsschlitten bei jeder Schaltung des Stufenschalters durch die sich drehende An triebswelle alternierend in jeweils eine von zwei entgegengesetzten Richtungen bewegbar ist, derart, daß die Kraftspeicherfedern spannbar sind,
und wobei nach Erreichen der neuen Endstellung des Aufzugsschlittens das bis dahin arretierte Ab triebsteil auslösbar ist und sprungartig der Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens nachfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abtriebsteil (6) an jeder seiner beiden Längsseiten jeweils eine nach innen gerichtete, paral lele Längsverzahnung (11; 12, 22) aufweist,
daß ein mit der Antriebswelle (1) in Verbindung stehendes Zahnrad (14; 23) je nach Auslöserichtung des Abtriebsteiles (6) in jeweils eine der beiden Längsverzahnungen (11 oder 12, 22) einrückbar und um einen bestimmten Drehwinkel in immer gleicher Richtung drehbar ist, und daß das Zahnrad (14; 23) mit der Abtriebswelle (18) in Verbindung steht.

2. Kraftspeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (1) ein Exzenter (13) vorgesehen ist, auf dem das Zahnrad (14) frei drehbar gelagert ist, derart, daß es durch die Auslenkung des Exzenters (13) in jeweils eine der beiden Längs verzahnungen (11 oder 12) einrückbar ist.

3. Kraftspeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Längsverzahnungen (11, 22) in unterschiedlicher Höhe mit einem vertikalen Versatz (a) vorgesehen sind,
daß auf der Antriebswelle (1) das Zahnrad (23) frei drehbar auf einem höhenverschiebbaren Schiebe stück (25) angeordnet ist,
und daß das Schiebestück (25) von der Antriebswelle (1) um den vertikalen Versatz (a) axial ver schiebbar ist, derart, daß durch diese Höhenverschiebung das Zahnrad (23) in jeweils eine der beiden Längsverzahnungen (11 oder 22) einrückbar ist.