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Stufenschalteinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Stufenschalteinrichtung für Regeltransformatoren, Drosselspulen u. dgl. mit Sprunglastschaltern und stromlos schaltenden Stufenwählern, wobei den Sprunglastschaltern und Stufenwählern ein Getriebe vorgeschaltet ist, auf das der Antrieb einwirkt.
Bei Stufenschalteinrichtungen werden die beweglichen Schaltstücke der Stufenwähler mit feststehenden Gegenschaltstücken, welche in zwei Bahnen angeordnet sind und mit den Wicklungsanzapfungen in Verbindung stehen, über Aussetzgetriebe angetrieben, die als Maltesergetriebe oder Rollenausweichgetriebe ausgebildet sind. Für letztere wurde vorgeschlagen, ein zwangsläufiges Gesperre für die Endlagen und ein ausrückbares Gesperre für die einzelnen Schritte zu verwenden. Arbeiten solche Wähler mit einem sprunghaft betätigten Lastumschalter zusammen, so wird die Antriebsseite des Sprungwerkes des Lastschalters mit der Antriebsseite des Aussetzgetriebes unmittelbar oder über einfache Stirn-bzw. Kegelradgetriebe gekuppelt.
Bei diesen bekannten Stufenschalteinrichtungen besteht die Schwierigkeit, dass der gemeinsame äussere Antrieb nach jedem Umschaltvorgang sehr genau in die jeweilige Ruhestellung gebracht werden muss, damit die Sprungschaltung des Lastschalters und die Eingriffslage der Stufenwähler-Schaltstücke richtig aufeinander abgestimmt sind. Ausserdem neigen die bekannten Aussetzgetriebe zu mechanischen Störungen, wie z. B. Verklemmen, wobei diese bei wirtschaftlicher Fertigungsgenauigkeit nie ganz zu vermeiden sind.
Hier lassen sich durch die neue Anordnung erhebliche Verbesserungen erreichen. Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass das Getriebe ein sich zwischen einem feststehenden innenverzahnten Zahnkranz und einem innerhalb desselben angeordneten aussenverzahnten Zahnrad, welchem die Antriebskraft zugeführt wird, abwälzendes Planetenrad aufweist, das einen exzentrischen Kurbelzapfen trägt, wobei letzterer über mechanische Übertragungsmittel mit der Antriebsseite des Sprunglastschalters verbunden ist.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Anordnung. Fig. 2 zeigt das zugehörige Schaltschema, auf das in der Erläuterung zur Fig. 1 Bezug genommen wird. Fig. 3 zeigt ein weiteres Schaltschema für eine abgeänderte Arbeitsweise der Anordnung gemäss Fig. 1.
In Fig. 1 sind die feststehenden Schaltstücke des Stufenwählers der einen Kreisbahn mit 1, 3,5, 7, 9,11, und die der zweiten Kreisbahn mit 2,4, 6, 8,10, 12 bezeichnet. llb ist das bewegliche Schaltstück des Grobwählers, das mit den zugeordneten festen Schaltstücken 12a und 13 zusammenwirkt. Das bewegliche Schaltstück 15 des Wählers, das den ungeradzahligen festen Schaltstücken zugeordnet ist, steht in ständiger elektrischer Verbindung mit dem Schleifring 17, dessen Ableitung 19 sich im Inneren der hohlen Welle 21 befindet, die ihrerseits das Schaltstück 15 trägt. Desgleichen ist den geradzahligen festen Schaltstücken das bewegliche Schaltstück 14 zugeordnet, dessen Schleifring 16 einerseits mit der Welle 21 fest auf Drehung und anderseits mit der Ableitung 18 verbunden ist, die ebenfalls im Inneren der Welle 21 angeordnet ist.
Das Schaltstück 14 wird von der Hohlwelle 20 getragen, die die Hohlwelle 21 konzentrisch umschliesst. Die Welle 21 ist mit dem Zahnrad 23, die Welle 20 mit dem Zahnrad 22 fest verbunden. Die Zahnräder 22 bzw. 23 kämmen mit den Rädern 24 bzw. 25, die ihrerseits durch kurze Wellen mitdenZahnrädern26 bzw. 27 fest verbunden sind, welche wieder mit den Rädern 28 bzw. 29 in Eingriff stehen. Der nicht gezeichnete äussere Antrieb der Stufenschalteinrichtung greift an der Kupplungsstelle 30 der Antriebswelle 31 an, wobei die Welle 31 in an sich bekannter Weise durch die angedeutete Gehäuse-
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wand 32 (z. B. des Transformators) geführt ist. Die Antriebswelle 31 ist an ihrem unteren Ends mit dem Zahnrad 33 fest verbunden, das in das Zahnrad 34 eingreift.
Das Rad 34 ist unten auf der Welle 35 befestigt, das Zahnrad 36 an ihrem oberen Ende. Das Zahnrad 36 kämmt mit dem Planetenrad 37 und dieses wieder mit dem feststehenden Zahnkranz 38, der sich im Getriebegehäuse 39 befindet. Das Planetenrad 37 ist mit der Welle 40 fest verbunden, deren oberer Teil gekröpft und als Kurbelzapfen 41 ausgebildet ist. Mit 42 ist die Bahnkurve eines Punktes der Kurbelzapfenachse bezeichnet, die als geschlossene Hypozykloide mit vier Umkehrpunkten a, b, c, d ausgebildet ist. Die Planetenradwelle 40 greift lose in eine Bohrung der lose auf der Welle 35 gelagerten Mitnehmerscheibe 43 ein, die einen kreisringförmigen Schlitz 44 besitzt, dessen Bogenlänge einem Leergang von 1800 für die Achse 45 entspricht.
Die Achse 45 ist mit den beiden Sperr- und Nockenrädern 46,47 fest verbunden, die ihrerseits wieder lose auf der Welle 35 gelagert sind. Die Zahnräder 28 bzw. 29 sitzen auf den Hilfswellen 48 bzw. 49, die in dem Gehäuse 39 gelagert sind und jeweils übereinander zwei um 900 gegeneinander versetzte Rollenpaare 50 bzw. 51 tragen, wobei die jeweiligen beiden unteren Paare in Höhe der Scheibe 47 und die jeweiligen beiden oberen Paare in Höhe der Scheibe 46 angeordnet sind. Die Hilfswellen 48 und 49, sowie deren Rollenpaare 50 und 51, liegen sich spiegelbildlich in bezug auf die Welle 35 gegenüber.
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triebswelle 54 des Sprunglastschalters 55 angebracht ist. Der Sprunglastschalter 55 befindet sich in einem Gehäuse 56 und ist in Fig. 1 nicht näher dargestellt.
Die beiden Ableitungen 18, 19 der Stufenwähler sind an den Stellen 57,58 isoliert in das Gehäuse 56 des Lastschalters eingeführt. Die weiteren elektrischen Verbindungen zwischen den Stufenwählerkontakten 1 - 12, den Grobwählerkontakten 11b, 12a, 13 mit der Regelwicklung, sowie diese, selbst, sind zur besseren Übersichtlichkeit in Fig. 1 weggelassen (vgl. hiezu Fig. 2). Die Hohlwelle 21 trägt die beiden Sperr- und Nockenräder 59,60 für die Grobwählerbetätigung.
Das bewegliche Schaltstück 11b steht hiezu über die Welle 61, Rad 62, Treibseil 63, Rad 64 mit der Hilfswelle 65 in Verbindung, die die beiden Rollentripel 66 und 67 trägt, wobei das obere Rollentripel 66 in Höhe der Scheibe 59 und das untere Rollentripel 67 in Höhe der Scheibe 60 angeordnet ist. Es sei noch erwähnt, dass die verschiedenen Räder und Scheiben in der Darstellung der Fig. 1 zur besseren Übersicht in axialer Richtung weit auseinandergezogen wurden. In Wirklichkeit bilden sie jeweils ein eng aufeinandergeschichtetes Paket mit geringem Raumbedarf.
Das elektrische Schema der Stufenschalteinrichtung nach Fig. 1 ist in Fig. 2 wiedergegeben, wobei für die'entsprechenden Elemente gleiche Bezugsziffern benutzt werden. Die Stufenwählerkontakte 1 - 12 sind mitdenentsprechenden Wicklungsanzapfungen la-12a verbunden, desgleichen der Grobwählerkontakt 13 mit der Anzapfung 13a der Grobstufe. Für den Sprunglastschalter 55 ist als Beispiel eine an sich bekannte
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Schaltgliedern 55a-f und zwei Überschaltwiderständen 55g und 55h gewählt,Ausgangsseite der Stufenschalteinrichtung mit u bezeichnet.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende :
Es sei angenommen, dass die gezeichnete Stellung der Stufenschalteinrichtung durch eine vorangegangene Abwärtsregelung erreicht worden ist, bei der das Wählerschaltstück 15 von Anzapfung 9a (Fig. 2) auf 11a umschaltete und der Lastschalter 55 von der Ableitung 18 auf die Ableitung 19 umschaltete. Für die nächste Umschaltung in Abwärtsrichtung ist es erforderlich, dass zunächst das Wählerschaltstück 14 in die Stufe 12 gebracht wird und der Lastschalter anschliessend auf die Ableitung 18 umschaltet.
Hiezu wird durch den äusseren nicht dargestellten Antrieb der bei 30 angekuppelt ist, die Hauptantriebswelle 31 in Pfeilrichtung gedreht, wodurch über das Räderpaar 33,34 die Welle 35 und das Zahnrad 36, das Planetenrad 37, abrollend am feststehenden Zahnkranz 36, eine Umlaufbewegung im Uhrzeigersinne beginnt, wobei der Kurbelzapfen 41, ausgehend vom Punkte a der Bahnkurve 42, sich in Pfeilrichtung zum Punkt b hinbewegt. Über die Schubstange 52 und Hebel 53 teilt sich die Bewegung des Kurbelzapfens 41 der An- triebswelle 54 des Sprunglastschalters 55 mit. In der gezeichneten Lage ist das Sprungwerk des Lastschalters entspannt und der Hebel 53 in seiner rechten Grenzlage.
Wenn der Kurbelzapfen 41 den Umkehrpunkt b der Bahnkurve 42 erreicht, befindet sich der Hebel 53 und damit die Welle 54 etwa in der Mitte ihres Drehwinkelbereiches, was etwa einem halbgespannten Zustand des Lastschaltersprungwerkes entspricht.
Gleichzeitig werden durch die Planetenradwelle 40 über die Mitnehmerscheibe 43, die Achse 45, die Sperr- und Nockenräder 46,47 in Pfeilrichtung mitgenommen. Dabei nimmt die Scheibe 47 durch ihren
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damitdemWählerschaltstückl4, eine Drehbewegung, vomfestenSchaltstücklO ausgehend, zum Schaltstück 12 hin. Zur vollständigen Umschaltung des Wählerschaltstückes 14 von Stufe 10 nach 12 gehört eine halbe Umdrehung der Scheiben 46,47, wodurch eine zweite Mitnahmebewegung der Rollenpaare 50
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durch den Nocken 47b der Scheibe 47 und den entsprechenden Ausschnitt der Scheibe 46 erfolgt.
Infolge des zweimaligen Zusammenwirkens der Scheiben 46,47 mit den Rollenpaaren 50, verläuft die Bewegung des W & hlerschaltstückes 14 in besonderer Weise, u. zw. so, dass es das feste Schaltstück 10 zunächst langsam verlässt, sich dann rasch bis in eine Mittellage begibt, wobei es in diese jedoch sanft einläuft, dort eine Weile verharrt und schliesslich von dieser Lage aus in ebensolcher Weise mit dem nächsten festen Schaltstück 42 zum Eingriff kommt. Während dieses beschriebenen Umschaltvorganges des Stufenwählerschaltstückes 14begibtsich der Kurbelzapfen41 vom Punkt a der Bahnkurve 42, in dem der Kurbelarm mit der Schubstange 52 eine Totpunktlage bildet, über den Punkt b zum Punkt c der Bahnkurve 42, in dem ebenfalls eine Totpunktlage eintritt. Die Sprungumschaltung des Lastschalters 55 findet dabei z.
B. kurz vor Erreichen des Umkehrpunktes c statt, nachdem das Schaltstück 14 des Stufenwählers bereits mit Sicherheit in Eingriff mit dem festen Schaltstück 12 gekommen ist. Die Umschaltfolge der einzelnen Schaltglieder 55a - f (Fig. 2) des Lastschalters 55 vollzieht sich in bekannter Weise, nämlich Öffnen von 55c, Schliessen von 55e, Öffnen von 55f, Schliessen von 55b und Schliessen von 55c des andern Umschaltkontaktes. Hiebei kann die Umschaltung des Schaltgliedes 55c relativ langsam erfolgen, während die übrigen Schaltglieder sprunghaft in rascher Aufeinanderfolge arbeiten.
Für einen weiteren Stufenschritt bei einer Abwärtsregelung werden durch den äusseren Antrieb der
Planetenradwelle 40 und den Scheiben 46,47 eine weitere halbe Umdrehung erteilt. Während dadurch der
Kurbelzapfen die Bahnkurve 42 vom Punkt c über d nach Punkt a durchläuft, wirken jetzt die Nocken 47a und 47b der Scheibe 47 und die entsprechenden Ausschnitte der Scheibe 46 nacheinander auf die Rollen- paare 51 ein. In analoger Weise wie oben beschrieben, findet über die Räder 29,27, 25,23 und die
Hohlwelle 21 die Umschaltung des Schaltstückes 15 von Anzapfung 11 auf 1 statt. Die Schaltung des
Lastschalters 55 vollzieht sich dabei zu einem Zeitpunkt, in dem sich der Kurbelzapfen 41 z. B. kurz vor dem Punkt a seiner Bahnkurve 42 befindet.
Zuvor muss jedoch das bewegliche Schaltstück 11b des Grob- wählers auf das feste Schaltstück 13 gestellt werden, das mit der Anzapfung 13a (Fig. 2) verbunden ist.
Dies geschieht vermittels der Scheiben 59,60 und der Rollentripel 66,67 über Welle 65, Rad 64, Treib- seil 63, Rad 62 und Welle 61. Der Wicklungsteil 12a, 13a (Fig. 2) wird in bekannter Weise z. B. so bemessen, dass sich durch die Reihenschaltung mit dem Wicklungsteil la-lia gegenüber der Anzapfung
12a gerade ein Stufensprung ergibt.
Zur Aufwärtsregelung wird der äussere Antrieb im entgegengesetzten Drehsinn betätigt. Sämtliche Drehbewegungen verlaufen dabei jeweils entgegen den in Fig. 1 angegebenen Drehrichtungspfeilen. Ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Lage, ist es dabei zunächst nur erforderlich, den Sprunglastschalter 55 von Ableitung 19 auf 18 umzuschalten, ohne dass sich dabei ein Wählschaltstück bewegt. Zu diesem Zwecke besitzt die Mitnehmerscheibe 43 erfindungsgemäss den kreisringförmigen Schlitz 44, wodurch die Mit- nahmederAchse45erstnacheinemLeergangvon einer halben Umdrehung erfolgen würde. Während dieser Bewegung durchläuft der Kurbelzapfen 41 jedoch die Bahnkurve 42 vom Punkte a aus über d zum Punkt c hin, wobei kurz vorher die Lastumschaltung in bekannter Weise erfolgt.
Bei weiterer Aufwärtsregelung vollzieht sich der Ablauf sinngemäss in vorstehend beschriebener Weise, jedoch mit den Pfeilen entgegengesetztem Drehsinn der jeweils betroffenen Teile.
Die beschriebene Anordnung lässt in vorteilhafter Weise auch eine weitere Betriebsart einer Stufenschalteinrichtung zu, bei der gemäss Fig. 3 jede Wicklungsanzapfung mit jeweils zwei festen Schaltstücken verbunden ist. In Fig. 3 sind die Anzapfungen 1 - 6 einerseits mit der Schaltstückreihe la - 6a und anderseits mit der Schaltstückreihe Ib - 6b jeweils verbunden. Die übrigen Teile 14 - 19 und 55 entsprechen völlig denjenigen in Fig. 1 und 2.
Für eine solche Stufenschalteinrichtung, bei der ein Sprunglastschalter in Verbindung mit zwei Stufenwählern arbeitet, die in den jeweiligen Stufenstellungen mit festen Schaltstücken in Eingriff stehen, welche mit derselben Anzapfung verbunden sind, ist bereits vorgeschlagen worden, dass bei einem Regelvorgang die beweglichen Schaltstücke der Stufenwähler eine solche Eingriffsfolge ausüben, bei der dasjenige Schaltstück, das zuletzt eine bestimmte Stufe erreicht hat, diese als erstes wieder verlässt und umgekehrt. An Hand der Fig. 3 sei dies kurz erläutert. Im Zuge einer Aufwärtsregelung habe das Schaltstück 14 die Stufe 5a als letzte erreicht. Für den Übergang auf Stufe 4, wird aus der gezeichneten Lage in Fig. 3 das Schaltstück 14 stromlos mit dem festen Schaltstück 4a in Eingriff gebracht.
Dann schaltet der Lastschalter 55 in bekannter Weise auf die Ableitung 18 um und schliesslich folgt das Schaltstück 15 von 5b auf 4b stromlos nach. Für den Übergang auf Stufe 3 würde dann zunächst das Schaltstück 15 stromlos auf 3b gebracht, usw. Der Vorteil dieser Eingriffsfolge liegt unter anderem darin, dass der Lastschalter keine Zwischenschaltung zu machen braucht, die an sich notwendig wäre, wenn die Stufenwähler die sonst übliche abwechselnde Schrittfolge ausführten. Die eben beschriebene Arbeitsweise lässt sich mit der neuen Anordnung in einfachster Weise dadurch realisieren, dass man für die Dauerstellung
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in den jeweiligen Stufen für den Lastschalter die Punkte b und d der Bahnkurve 42 wählt.
Wie beschrieben, befindet sich das Sprungwerk des Lastschalters in diesen Punkten in halbgespanntem Zustand. Eine Rückwirkung auf den äusseren Antrieb ist dabei nicht vorhanden, da in den Punkten b, d die Schubstange 52 wegen der Hypozykloidenform der Bahnkurve42 praktisch senkrecht zu dieser steht. Die Zuordnung der feststehenden Wählerkontakte 1a - 6a und 1b - 6b muss dabei natürlich gemäss dem Schema der Fig. 3 erfolgen. Aus der oben unter Fig. 1 beschriebenen Bewegungsart der Stufenwählerschaltstücke 14 und 15 ist nun ohne weiteres ersichtlich, dass auch hiebei das langsame Verlassen des einen Schaltstückes, z. B. 5a, und der sanfte Einlauf auf das nächstliegende, z. B. 4a, gewährleistet ist.
Die Anpassung an verschiedene Stufenanzahlen, d. h. an die Anzahl der festen Schaltstücke einer Kreisbahn, kann erfindungsgemäss in einfacher Weise dadurch geschehen, dass die Räderpaare 24, 26 bzw. 25,27 als Wechselrädervorgelege ausgebildet sind, wodurch die Übersetzung auf die Wählerarme jederzeit verändert werden kann, ohne die übrigen Teile der Stufenschalteinrichtung verändern bzw. auswechseln zu müssen. Die parallele Anordnung der Getriebe-, Vorgelege- und Stufenwählerwellen vermeidet in vorteilhafter Weise irgendwelche Umlenkeinrichtungen und ergibt dadurch günstige mechanische Bean- spruchungsverhältnisse der gesamten Anordnung.
In einer Abänderung der Fig. 1 kann es für bestimmte Fälle vorteilhaft sein, das dem Lastschalter und den Stufenwählern vorgeschaltete gemeinsame Getriebe erfindungsgemäss zu unterteilen und die Teile räumlich voneinander getrennt anzuordnen. Zu diesem Zwecke entfällt z. B. die Verbindung zwischen der Planetenradwelle 40 und der Mitnehmerscheibe 43.
Das Räderpaar 33,34 kann dabei oberhalb des Zahnrades 36 angeordnet werden, was durch Verlängerung der Welle 35 nach oben leicht möglich ist. Die Mitnehmerscheibe 43 kann dann zusätzlich als Zahnrad ausgebildet werden und in an sich bekannter Weise über ein weiteres Zahnrad entsprechender Übersetzung, das sich z. B. auf der Hauptantriebswelle 31 befindet, von dieser angetrieben werden.
Die neue Anordnung besitzt den Vorteil, bei weitgehender Verwendung gleicher Teile zwei verschiedene Arbeitsweisen für Stufenschalteinrichtungen mit Sprunglastschaltern zu ermöglichen. Die Anpassung auf verschiedene Stufenanzahlen bzw. Stufenschritte, ist in einfachster Weise durch ein Wechselrädervorgelege möglich. Daraus ergibt sich eine wirtschaftliche Fertigung solcher Geräte. Durch die gedrängte Bauweise erzielt man insbesondere bei mehrphasigen Einrichtungen eine erhebliche Einsparung an Raumbedarf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stufenschalteinrichtung für Regeltransformatoren, Drosselspulen u. dgl. mit Sprunglastschaltern und stromlos schaltenden Stufenwählern, wobei den Sprunglastschaltern und Stufenwählern ein Getriebe vorgeschaltet ist, auf das der Antrieb einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein sich zwischen einem feststehenden innenverzahnten Zahnkranz (38) und einem innerhalb desselben angeordneten aussenverzahnten Zahnrad (36), welchem die Antriebskraft zugeführt wird, abwälzendes Planetenrad (37) auf-
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dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe Nocken-undradwelle (40) gekuppelt ist, sowie anderseits über eine mit den Nocken- und Sperrädern (46,47) fest verbundenenAchse (45), welche in einen Schlitz (44) der Mitnehmerscheibe (43) eingreift, derart gekuppelt ist,
dass bei Drehrichtungsumkehr des Planetenrades (43) ein Leergang von einem halben Umlauf der Planetenradwelle (40) auftritt, und dass in die Nocken- und Sperräder (46,47) Mitnehmer- und Sperr- rollen (50 bzw. 51) eingreifen, welche auf Hilfswellen (48 bzw. 49) befestigt sind, die ihrerseitsunter Zwischenschaltung von Vorgelegen (22,24, 26,28 bzw. 23,25, 27,29) dem Antrieb der Wellen (20 bzw. 21) des Stufenwählers dienen.