EP0428842A2

EP0428842A2 - Kraftspeicherantrieb für Lastumschalter von Stufenschaltern in Stufentransformatoren

Info

Publication number: EP0428842A2
Application number: EP90117345A
Authority: EP
Inventors: Rolf Ing. Grad. Lauterwald
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 1989-11-17
Filing date: 1990-09-08
Publication date: 1991-05-29
Also published as: BG51466A3; HUT59254A; JPH03171709A; US5101675A; HU906246D0; RO107493B1; EP0428842A3; DE3938207A1

Abstract

Kraftspeicherantrieb für Lastumschalter, wobei die sprunghafte Bewegung der zu betätigenden Kontakte durch die Auslösung eines verklinkbaren Federkraftspeichers erfolgt, der über gleichachsig gelagerte Federhebel verfügt, zwischen denen Federn eingespannt sind. Die Federn sind zwischen den Anlenkpunkten der Hebel mit jeweils einem weiteren Anlenkpunkt verbunden. Diese Anlenkpunkte bewegen sich beim Spannen des Kraftspeichers auf einer konzentrischen Kreisbahn und lenken die Längsachsen der Federn um, wodurch eine hohe Anfangsgeschwindigkeit des Kraftspeichers nach Auslösung erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicherantrieb für Lastumschalter von Stufenschaltern in Stufentransformatoren gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.
Derartige Kraftspeicherantriebe sind bekannt. Die DE-PS 22 50 260 beschreibt einen Kraftspeicherantrieb mit zwei gleichachsig gelagerten jeweils zweiarmigen Hebeln, zwischen deren Enden einerseits zwei sich gegenüberliegende Federn eingespannt sind und andererseits eine Aufzieh- und eine Sprungkurbel eingreifen, wobei die Sprungkurbel wiederum auf die zu betätigende Welle wirkt. Bei diesem Kraftspeicherantrieb werden die Federn durch Verdrehen der zweiarmigen Hebel um die gemeinsame Drehachse annähernd parallel zueinander gespannt.
Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der DE-OS 23 37 658 bekannt. Auch bei diesem Kraftspeicherantrieb sind zwei Federn an jeweils zweiarmigen Hebeln, die allerdings unterschiedliche Drehpunkte aufweisen, befestigt. Beim Spannen wälzt sich ein Zahnrad an einem Innenzahnkranz des Gehäuses ab, dadurch wird über eine mit dem Zahnrad verbundene Schubstange eine Feder gespannt, wobei kurz vor Beendigung der 180°-Drehbewegung des Zahnkranzes die Auslösung erfolgt.
Bei diesen Kraftspeicherantrieben werden die Federn innerhalb ihrer Elastizitätsgrenzen möglichst weit ausgelenkt, um bei ihrer Auslösung einerseits ein hohes Drehmoment zu erzielen, damit auch bei mechanischen Reibungswiderständen im Übertragungs- und Schaltsystem eine sichere Umschaltung gegeben ist und um andererseits einen ausreichend großen Schaltwinkel bzw. langen Schaltweg zu gewährleisten, um alle am Umschaltvorgang beteiligten Dauer-, Hilfs- und Hauptkontakte in der vorgesehen Reihenfolge betätigen zu können.
Bei diesen Kraftspeicherantrieben treten jedoch regelmäßig Kraft- oder Drehmomentverläufe auf, bei denen die beweglichen Lastumschalterteile erst nach der Zurücklegung eines bereits erheblichen Weges auf ihre höchste Bewegungsgeschwindigkeit kommen. Dies ist insofern nachteilig, als daß die Stromunterbrechung an den Hauptkontakten des Lastumschalters als besonders bei hohen Stromstärken kritischster Teil des gesamten Umschaltvorganges im ersten Teil der insgesamt zu vollführenden Schaltbewegung erfolgen muß, und gerade dabei eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit Voraussetzung für eine sichere Lichtbogenlöschung ist.
Dieses Problem ist bereits seit langem bekannt; schon die DE-PS 857 519 schlägt zur Verbesserung des Drehmomentverlaufes vor, daß der federbetätigte Kraftspeicher auf ein Antriebsorgan wirkt, das wiederum an einen sich stetig verändernden Hebelarm angreift. Durch diese Veränderung der wirksamen Hebellänge und damit des Wirkwinkels kann eine veränderliche Drehmomentübersetzung gewählt werden, die Vorrichtung ist jedoch mechanisch aufwendig und besitzt einen hohen Reibwiderstand, da das gesamte Bewegungsmoment durch die Paarung Rolle-Langloch des Auslösehebels übertragen wird, was selbst bei präziser Fertigung durch den unvermeidlichen Verschleiß sowohl der Rolle als auch des Langlochs problematisch ist und einer hohen Schaltsicherheit über einen langen Zeitraum entgegensteht.
Eine ähnliche Lösung ist in der DE-AS 1 184 580 offenbart; auch hierbei wirkt eine Rolle mit einem Langloch eines Hebels zur Veränderung der wirksamen Hebellänge zusammen, dabei treten die gleichen, bereits beschriebenen Nachteile auf.
Ein anderer Weg zur Überwindung des nachteiligen geringen Anfangsdrehmoments nach der Auslösung von Federkraftspeichern ist aus der DE-PS 27 19 396 bekannt. Bei dieser Lösung soll durch eine Zusatzfeder im Kraftspeicher Abhilfe geschaffen werden, die nur im letzten Teil des Spannvorganges zusätzlich zu den Hauptfedern des Kraftspeichers gespannt wird und somit auch nur am Anfang des Entspannungsvorganges wirksam ist, wodurch eine hohe Anfangsbeschleunigung erreicht wird. Diese Zusatzfeder führt jedoch zu einer weiteren Verkomplizierung des mechanischen Aufbaus des Kraftspeicherantriebes und erfordert außerdem unerwünscht hohe Betätigungskräfte durch die Antriebswelle zum Spannen des Kraftspeichers.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen einfach aufgebauten und sicher funktionsfähigen Kraftspeicherantrieb anzugeben, bei dem nach Auslösung sofort eine hohe Anfangsgeschwindigkeit und ein hohes Anfangsdrehmoment zur Lastumschalterbetätigung zur Verfügung stehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des 1. Patentanspruches angegebenen Mittel gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Führung der sich spannenden Federn auf einer konzentrisch um die Achse ver laufenden Kreisbahn, wobei die Führung annähernd in der Mitte der Federn angreift, wird der Nachteil der bekannten Lösungen, daß si h die Federn im voll gespannten Zustand annähernd im Bewegungstotpunkt befinden, auf konstruktiv einfache und zuverlässige Art beseitigt.
Die Richtung der Kraftvektoren der gespannten Federn wird durch die Führung der Federn auf einem konzentrischen Kreisbogen umgelenkt; der Winkel, unter dem die Rückstellkräfte an den Hebe in angreifen, wird wesentlich erhöht.
Daraus resultieren eine höhere Rückstellgeschwindigkeit insgesamt, vor allem aber eine höhere Anfangsgeschwindigkeit und ein gleichmäßigerer Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf. Diese für eine optimale Lastumschaltung außerordentlich günstige Kinematik wird ohne wesentliche Erhöhung der Reibung des Kraftspeicherantriebs erreicht; besonders bei der Verwendung eines einzigen zweiarmigen Hebels, der an seinen beiden Enden jeweils die Federn des Kraftspeichers führt, ist die Lagerreibung dieses Hebels dadurch, daß ein gleichzeitiger Kräfteangriff auf das Lager in annähernd entgegengesetzter Richtung erfolgt, wodurch sich die Lagerkräfte weitestgehend gegenseitig aufheben, sehr gering.
Weiterhin erfordert der erfindungsgemäße Kraftspeicherantrieb keine technisch nur kompliziert mit der erforderlichen Genauigkeit und Verschieißfestigkeit herstellbaren Rolle- Langloch- oder Zapfen-Langloch-Übertragungssysteme mit ihren bekannten Nachteilen.
Neben der bereits erläuterten Führung der Federn durch einen zweiarmigen Hebel ist es auch möglich, statt dessen zwei jeweils einarmige Hebel, die jeweils einzeln beweglich auf der gleichen Achse im Mittelpunkt des Kraftspeichers gelagert sind, vorzusehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befinden sich an den Enden des Hebels bzw. der Hebel, an denen die Federn geführt werden, Rollen, die auf einer konzentrisch um die Achse des Kraftspeichers angeordneten Kreisbahn ablaufen.
Es ist auch möglich, daß dabei die Hebel entfallen und die Führung ausschließlich durch die sich auf den Umfang einer konzentrischen Kreisbahn abwälzenden Rollen erfolgt. Bei dieser Ausführungsforrn besteht ferner die Möglichkeit, die Rollen auf einer Kulisse ablaufen zu lassen, deren Form von der Kreiskontur abweicht, womit eine besondere Geschwindigkeits-Zeit-Charakteristik erreichbar ist.
Schließlich ist es bei alien Ausführungsforrnen der Erfindung natürlich ohne weiteres möglich, statt jeweils einer Feder, die von dem Punkt, an dem sie geführt ist, in etwa geteilt wird, auch jeweils zwei Federn hintereinanderzuschalten, wobei die erste dieser Federn an der Führung endet und die zweite an dieser Führung beginnt, ohne daß die Funktion beeinträchtigt wird.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Kraftspeicherantrieb in vertikaler Schnittdarsteiiung
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht in schematischer Darstellung, und zwar
- Fig. 2 a im entspannten Zustand
- Fig. 2 b im gespannten Zustand nach Drehung der Antriebswelle im Uhrzeigersinn.

Auf der vertikalen Achse 9 sind eine Antriebsscheibe 3 mit Antriebssegment 4, das über parallele Anlaufflächen 5 sowie über entgegengesetzt zueinander angeordnete Auslösekurven 6 verfügt, drehbar gelagert.
Darüber sind gleichachsig die Kraftspeicherhebel 7, 8 sowie der zweiarmige Federhebel 14 gelagert.
An den Kraftspeicherhebeln 7, 8 sind zwischen den Anlenkpunkten 10 bzw. 11 Federn 12, 13 angeordnet, die etwa in der Mitte jeweils mit einem Anlenkpunkt 15 bzw. 16 des zweiarmigen Federhebels 14, der ebenfalls drehbar in der Achse 9 gelagert ist, verbunden sind und von ihm geführt werden.
Auf den Kraftspeicherhebeln 7, 8 befinden sich beidseitig vom Drehpunkt jeweils Betätigungszapfen 25, 26, die mit den Anlaufflächen 5 des Antriebssegmentes 4 zusammenwirken. Schließlich ist oberhalb der Kraftspeicherhebel 7, 8 und des Federhebels 14 ebenfalls drehbar um die Achse 9 noch die Abtriebsscheibe 17 mit dem Abtriebssegment 18 gelagert.
Darüber befinden sich zwei Sperrkurven 19, 20, die jeweils mit Sperrklinken 21, 22, die außerhalb der Achse 9 in Drehpunkten 23, 24 gelagert sind, zusammenwirken.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kraftspeicherantriebes ist nun folgende:
Die Drehung des Antriebes 1 wird beispielsweise durch einen Zahnriemen 2 auf die außenverzahnte Antriebsscheibe 3 gegeben, dabei soll eine beispielhafte Drehung im Uhrzeigersinn zur Erläuterung der Wirkungsweise vorgenommen werden.
Das Antriebssegment 4 der Antriebsscheibe 3 greift mit seiner Anlauffläche 5 an den Betätigungszapfen 25, 26 auf dem Kraftspeicherhebel 7 beidseitig an und verdreht ihn damit ebenfalls in Uhrzeigerrichtung, bis er eine Stellung annähernd parallel zum Kraftspeicherhebel 8 einnimmt.
Durch die Drehung des Kraftspeicherhebels 7 werden die Federn 12, 13, die jeweils zwischen Anlenkpunkten 10, 11 der beiden Kraftspeicherhebel 7, 8 befestigt sind, gespannt. Dabei werden sie vom Federhebel 14 geführt, der mit seinen Anlenkpunkten 15, 16 jeweils in der Mitte der federn 12, 13 angreift, wobei sich bei der Drehung des Kraftspeicherhebels 7 um ca. 90° der Federhebel in der gleichen Richtung um ca. 45° dreht.
Dadurch ergibt sich im gespannten Zustand das aus den ausgelenkten Federn 12, 13 gebildete Parallelogramm, das in Fig. 2b dargestellt ist. Im gespannten Zustand wird durch die Auslösekurve 6 auf dem Antriebssegment 4 die Sperrklinke 21 außer Eingriff mit der Sperrkurve 19 gebracht.
Dadurch wird die kinetische Energie schlagartig freigesetzt, und es erfolgt eine schnelle, sprungartige Drehung der mit dem Abtriebssegment 18 versehenen Abtriebsscheibe 17 ebenfalls in Uhrzeigerrichtung. Durch die parallelogrammartige Anordnung der Federn 12, 13 im gespannten Zustand erfolgt die sprunghafte Drehung der Abtriebsscheibe 17 mit hoher Anfangsgeschwindigkeit und hohem Anfangsdrehmoment. Dieser vorteilhafte Ablauf wird durch die erfindungsgemäße Führung der Federn 12, 13 durch den Federhebel 14 erreicht.
Nach Beendigung der sprunghaften Drehbewegung befindet sich der Kraftspeicherantrieb in der in Fig. 2a dargestellten analogen Ausgangsstellung. Bei einer erneuten Drehung des Antriebes im Uhrzeigersinn wiederholt sich der Ablauf; bei einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn ergibt sich ein entsprechender Ablauf in anderer Richtung. Dabei wird dann der Hebel 8 entsprechend bewegt, bis er deckungsgleich mit Hebel 7 ist, der in seiner Position verharrt.
Die Auslösung erfolgt dann durch die Betätigung der Sperrklinke 22, die in analoger Weise auf die Sperrkurve 20 wirkt.
Auch hierbei bilden die gespannten Federn 12, 13 das beschriebene Parallelogramm; der Federhebel 14 verdreht sich dabei um 45° entgegen dem Uhrzeigersinn. Nach Beendigung der sprunghaften Drehbewegung der Abtriebsscheibe 18 wird ebenfalls wieder die entsprechende in Fig. 2a gezeigte Ausgangslage erreicht, wobei sich der Federhebel 14 um 45° zurückbewegt.
Neben dieser ausführlich erläuterten Bauweise mit einem zweiarmigen Federhebel 14 ist es natürlich auch möglich, statt dessen zwei einarmige Hebel vorzusehen, die übereinander drehbar in de r gemeinsamen Achse 9 gelagert sind und jeweils eine der beiden Federn 12, 13 führen. Auch kann die Führung der Federn 12, 13 durch Rollen erfolgen, die sich auf einem zur Achse 9 konzentrischen Kreis abwälzen.
Für Sonderfälle kann es ferner vorteilhaft sein, eine Abwälzung der Rollen auf einer von der Kreisform abweichenden geometrischen Linie, einer Ellipse etwa, vorzusehen und damit eine besonderen Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf bei der Auslösung zu erzielen.

Claims

1. Kraftspeicherantrieb für Lastumschalter von Stufenschaltern in Stufentransformatoren, durch den bewegliche Schaltstücke mittels einer drehbaren Welle sprunghaft von einem feststehenden zu einem anderen feststehenden Schaltstück bewegt werden, wobei die Sprungbewegung durch die Auslösung eines verklinkbaren Federkraftspeichers erfolgt, der in beiden Drehrichtungen durch einen Antrieb spannbar ist und bei dem zwei gleichachsig gelagerte zweiarmige Kraftspeicherhebel, die unabhängig voneinander bewegbar sind, angeordnet sind, die an ihren freien Enden Anlenkpunkte aufweisen, zwischen denen Federn eingespannt sind, wobei durch Drehbewegung eines Kraftspeicherhebels relativ zu dem in seiner Lage verharrenden anderen Kraftspeicherhebel eine Spannung beider Federn erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federn (12, 13) zwischen den Anlenkpunkten (10, 11) der Kraftspeicherhebel (7, 8), vorzugsweise in der Mitte, mit jeweils einem weiteren festen Anlenkpunkt (15, 16) verbunden sind und daß diese beiden Anlenkpunkte (15, 16) auf einer konzentrischen Bahn horizontal um die Achse (9) der beiden Kraftspeicherhebel (7, 8) beweglich geführt sind, wodurch die Längsachse der Federn (12, 13) an den Anlenkpunkten (15, 16) beim Spannen umlenkbar ist.

2. Kraftspeicherantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Anlenkpunkte (15, 16) an jeweils einem freien Ende eines zweiarmigen Federhebels (14) befinden, der gleichachsig mit den Kraftspeicherhebeln (7, 8) gelagert ist.

3. Kraftspeicherantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Anlenkpunkte (15, 16) jeweils an den freien Enden zweier einarmiger Hebel befinden, die beide gleichachsig mit den Kraftspeicherhebeln (7, 8) gelagert sind.

4. Kraftspeicherantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anlenkpunkte (15, 16) den Mittelpunkt von Rollen bilden, die sich auf einer konzentrisch zur Achse (9) der Kraftspeicherhebel (7, 8) angeordneten Bahn abwälzen.

5. Kraftspeicherantrieb nach Anspruch 1 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bahn kreisförmig ist.

6. Kraftspeicherantrieb nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zwischen den Anlenkpunkten (10, 11) der Kraftspeicherhebel (7, 8) eingespannten Federn (12, 13) aus jeweils zwei hintereinandergeschalteten Einzelfedern bestehen, wobei das Ende der jeweils ersten Einzelfeder und der Anfang der jeweils zweiten Einzelfeder mit einem der beiden Anlenkpunkte (15, 16) fest verbunden sind und der Anfang der jeweils ersten Einzelfeder und das Ende der jeweils zweiten Einzelfeder an den Anlenkpunkten (10, 11) der Kraftspeicherhebel (7, 8) befestigt sind.