DE102009043171A1

DE102009043171A1 - Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren

Info

Publication number: DE102009043171A1
Application number: DE200910043171
Authority: DE
Inventors: Silke Wrede
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2009-09-26
Filing date: 2009-09-26
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-27
Also published as: WO2011035825A1; BR112012004262B1; US9030175B2; CA2775010A1; EP2481065B1; CN102549695B; DE102009043171B4; BR112012004262A2; CN102549695A; HK1169740A1; US20120139510A1; RU2012116776A; KR20120089649A; JP5694333B2; JP2013506276A; EP2481065A1; UA106630C2; KR101710970B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren. Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, dass eine oder mehrere Kurvenscheiben vorgesehen sind, die sowohl auf der Ober- oder Unterseite als auch auf der Stirnseite profilierte umlaufende Konturen, beispielsweise in Form von Nocken, aufweisen, so dass sowohl durch die profilierte umlaufende Kontur der Stirnseite wie auch die der Ober- oder Unterseite Vakuumschaltröhren betätigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Stufenschalter sind seit vielen Jahren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren in großer Anzahl weltweit im Einsatz. Solche Stufenschalter bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Die sprungartige Umschaltung erfolgt in der Regel unter Zuhilfenahme eines Kraftspeichers, bei dessen Auslösung eine Schaltwelle schnell gedreht wird. Der Lastumschalter weist zudem üblicherweise Schaltkontakte und Widerstandskontakte auf. Die Schaltkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände.
Ein solcher Lastumschalter eines Stufenschalters, der Vakuumschaltröhren zur unterbrechungslosen Umschaltung verwendet, ist aus der DE 195 10 809 C1 bekannt. Dabei sind für jedes zu betätigende Schaltelement und jede Bewegungsrichtung der Antriebswelle jeweils Kurvenscheiben vorgesehen. Die jeweiligen Stirnseiten der einzelnen Kurvenscheiben weisen eine definierte, von der Kreisform abweichende Kontur auf, mittels der bei Drehung der Schaltwelle einzelne Vakuumschaltröhren oder auch mechanische Kontakte betätigt werden.
In der DE 42 31 353 A1 erfolgt die Betätigung der einzelnen Vakuumschaltröhren durch eine in beiden Richtungen drehbare Schaltwelle, die nach Auslösung eines Kraftspeichers schnell gedreht wird. Dabei ist zur Betätigung der Vakuumschaltröhren auf der Schaltwelle eine Kurvenscheibe fest angeordnet, die an ihrer Stirnseite für jede Vakuumschaltröhre eine Steuerkurve aufweist, in der formschlüssig eine Rolle zwangsgeführt ist, die auf den Betätigungshebel der zugeordneten Vakuumschaltröhre einwirkt. Die Steuerkurve wird hier in Form einer horizontal von der Kreiskontur abweichenden umlaufenden Nut realisiert, in die formschlüssig die jeweilige Rolle eingreift.
Des Weiteren ist aus der DE 40 11 019 C1 ein nach dem Reaktorprinzip arbeitender Lastumschalter bekannt, bei dem die Kurvenscheibe zur Betätigung der Kontakte nicht an der umlaufenden Stirnseite eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweist, sondern auf deren Ober- und Unterseite geometrisch unterschiedlich gestaltete Nuten besitzt. Es ist bei dieser bekannten Lösung eine doppelseitige Betätigung verschiedener Schaltelemente mit unterschiedlicher Schaltsequenz möglich.
Nachteilig an diesen bekannten Lösungen ist der hohe Platzbedarf der Vielzahl von Kurvenscheiben, da jeweils eine separate Kurvenscheibe zur Betätigung jeder einzelnen Vakuumschaltröhre benötigt wird. Besonders relevant wird dieses Problem, wenn zur Realisierung der Schaltsequenz eine größere Anzahl von Vakuumschaltröhren pro Phase in dem Lastumschalter verbaut sind. Oftmals reicht dann bei den bekannten Lösungen der zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb des Lastumschalters nicht mehr aus und es müssen konstruktiv nachteilige Kompromisslösungen eingegangen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei dem die eine oder mehrere Kurvenscheiben trotz einer Vielzahl von zu betätigenden Schaltkontakten nur wenig Bauraum innerhalb des Lastumschalters einnehmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren mit den Merkmalen des ersten Patenanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, dass eine oder mehrere Kurvenscheiben vorgesehen sind, die sowohl auf der Ober- oder Unterseite, als auch auf der Stirnseite profilierte umlaufende Konturen, beispielsweise in Form von Nocken, aufweisen, so dass sowohl durch die profilierte umlaufende Kontur der Stirnseite, wie auch die der Ober- oder Unterseite elektrische Kontakte, beispielsweise Vakuumschaltröhren, betätigbar sind. Erfindungsgemäß sind also mehrere Bereiche der Oberfläche einer oder mehrerer Kurvenscheiben zur Betätigung verschiedener elektrischer Kontakte mit unterschiedlichen Schaltsequenzen vorgesehen.
Durch die erfinderische Lösung ist es nun erstmals möglich, eine Vielzahl von Vakuumschaltröhren bei nur geringem zur Verfügung stehenden Bauraum zu betätigen, indem die einzelnen, z. B. mittels eines Kipphebels mit den Vakuumschaltröhren zusammenwirkenden, Rollen mit der jeweils korrespondierenden Steuerkurve der Kurvenscheibe nicht mehr nur an der Ober- oder Unterseite der entsprechenden Kurvenscheibe oder alternativ an deren Stirnseite in Eingriff gebracht werden, sondern mit einer Kombination aus beiden Seiten oder auch allen drei Seiten, also einer Kombination aus Ober-, Unter- und Stirnseite. Dies führt zu einer sehr kompakten Gesamtbauweise der Kurvenscheibe, zu einer Verringerung der notwendigen Bauteile und eben damit zu einer Platzersparnis innerhalb des Lastumschalters.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Teiles eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit Vakuumschaltröhren
2 eine Draufsicht eines Teiles eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit Vakuumschaltröhren
3 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit Vakuumschaltröhren.
Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nachstehend in 1 nur die erfindungswesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit Vakuumschaltröhren gezeigt und beschrieben. Auf die Beschreibung und Darstellung an sich bekannter Merkmale und für das Wesen der Erfindung nicht relevanter Bauteile wurde verzichtet. Dem entsprechend zeigt 1 eine Ausführungsform einer Kurvenscheibe 1 mit mehreren Steuerkurven 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 die in ihrem Zusammenwirken den zeitlichen Schaltablauf eines Kontaktsystems zur Umschaltung eines Stufenschalters steuern und für die Betätigung von mehreren Vakuumschaltröhren geeignet sind. Die stirnseitig an der Kurvenscheibe 1 angeordneten beiden Steuerkurven 2.1 und 2.2 weisen dabei eine von der Kreisform abweichende Kontur nach Art von Nocken auf, an der kontaktschlüssig jeweils eine über Kipphebel 9 und 10 mit einer in dieser Darstellung nicht erkennbaren Vakuumschaltröhre verbundene Rolle 13 und 14 geführt wird, die die profilierte Kontur der jeweiligen Steuerkurve 2.1 und 2.2 abgreift. Da die hier verwendeten Rollen 13 und 14 dazu dienen, die Oberflächentopologie der von der Kreisform abweichenden Kontur abzugreifen, können sie auch durch andere gleichwirkende Gleitelemente, beispielsweise Federstifte, ersetzt werden. Zudem wird die Breite der Stirnseite der Kurvenscheibe 1 dazu genutzt, um dort mehrere als nur eine Steuerkurve vorzusehen. Jedoch wäre es selbstverständlich auch möglich, sich auf nur eine Steuerkurve an der Stirnseite zu beschränken.
Die Funktionsweise und Positionierung der Rollen, Kipphebel und Vakuumschaltröhren wird in 2 näher erläutert. Auf der Oberseite der Kurvenscheibe 1 sind zwei weitere Steuerkurven 2.3 und 2.4, ebenfalls mit umlaufenden Nocken, angebracht, die mit entsprechend an Kipphebeln 8 und 11 befestigten Rollen 12 und 15 mit Vakuumschaltröhren 4 und 7 korrespondieren. Auch wäre es ohne Weiteres technisch realisierbar, die Steuerkurven 2.3 und 2.4 auf der Unterseite der Kurvenscheibe 1 anzubringen. Die auf den Steuerkurven 2.3 und 2.4 vorgesehene Höhenprofilierung nach Art von umlaufenden Nocken besteht aus im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordneten Bahnen. Dabei ist das Höhenprofil der Steuerkurve 2.4 im Vergleich zu dem der Steuerkurve 2.3 etwas auftragender, so dass im Falle einer Drehung der Kurvenscheibe 1 keine der jeweils das Höhenprofil der entsprechenden Steuerkurve 2.3 und 2.4 abgreifende Rolle 12 und 15 mit dem Höhenprofil der jeweils anderen Steuerkurve kollidiert. Auf diese Art und Weise können auf der Ober- oder Unterseite der Kurvenscheibe 1 auch mehrere als die in 1 dargestellten zwei Steuerkurven 2.3 und 2.4 vorgesehen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe 1 sind also sowohl auf der Ober- oder Unterseite, als auch auf der Stirnseite profilierte umlaufende Konturen, beispielsweise in Form von Nocken, vorgesehen, so dass sowohl durch die profilierte umlaufende Kontur der Stirnseite, wie auch der Ober- oder Unterseite verschiedene elektrische Kontakte, beispielsweise in Form von Vakuumschaltröhren, betätigbar sind. Die an der Stirnseite, wie auch der Ober- oder Unterseite umlaufenden Konturen können auch als Nockenbahnen bezeichnet werden. Der Anstellwinkel der jeweiligen Nocken kann in weiten Grenzen gewählt werden und reicht von einem sehr spitzen bis hin zu einem annähernd rechten Winkel. Es ist auch möglich, die einzelnen Nocken mit einem fließenden Übergang, nach Art von Wellen, auszubilden. Mittig im Inneren der im Wesentlichen rotationssymmetrischen Kurvenscheibe 1 ist ein Durchgangsloch 3 angebracht, durch das eine nicht dargestellte Schaltwelle geführt wird, die mit der Kurvenscheibe 1 fest in Verbindung steht und mittels der die Kurvenscheibe 1 in Drehung versetzt werden kann. Zusammengefasst ist in 1 also eine einzige Kurvenscheibe 1 dargestellt, die über eine Vielzahl von an ihr vorgesehenen Steuerkurven 2.1 bis 2.4 die platzsparende Betätigung von mehreren Vakuumschaltröhren 4 bis 7 ermöglicht.
Auch ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, mehrere Kurvenscheiben in Axialrichtung der nicht dargestellten Schaltwelle verschoben, also übereinander, anzuordnen. An jeder einzelnen Kurvenscheibe könnten dann wiederum sowohl an der Ober- oder Unterseite, als auch der Stirnseite profilierte Konturen, beispielsweise in Form von Nockenbahnen, angeordnet werden, wie in 1 beschrieben und näher dargestellt, und damit, wenn erforderlich, auf einfache Weise eine noch größere Anzahl von Vakuumschaltröhren betätigt werden.
2 zeigt die Draufsicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit Vakuumschaltröhren. Die Vakuumschaltröhren 4, 5, 6 und 7 sind derart zu der Kurvenscheibe 1 positioniert, dass sie möglichst platzsparend mittels der Kipphebel 8, 9, 10 und 11 und mit diesen zusammenwirkenden Rollen 12, 13, 14 und 15 betätigbar sind. Dabei greifen die Rollen 12 und 15 im Falle einer Drehung der Kurvenscheibe 1 die Oberflächentopologien der umlaufenden Nocken der jeweiligen Steuerkurven 2.3 und 2.4 ab und betätigen je nach durchlaufenem Oberflächenprofil die entsprechend korrespondierende Vakuumschaltröhre 4 bzw. 7. Dem entsprechend greifen dann parallel dazu die Rollen 13 und 14 die an den beiden stirnseitigen Steuerkurven 2.1 und 2.2 von der Kreisform abweichenden Konturen nach Art von Nocken ab und betätigen die jeweils korrespondierenden Vakuumschaltröhren 5 und 6.
Die in 1 und 2 dargestellte Kurvenscheibe 1 ist einteilig ausgebildet und besteht zudem besonders bevorzugt aus elektrisch isolierenden Materialien. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, die Kurvenscheibe 1 mehrteilig aufzubauen, beispielweise derart, dass jede Kurvenscheibe 2.1 bis 2.4 ein separat gefertigtes Bauteil ist, das im Anschluss des Herstellungsverfahrens erst zu einer Kurvenscheibe 1 montiert, oder die separat gefertigten Bauteile auf die nicht dargestellte Schaltwelle einzeln aufgesteckt werden.

Im Unterschied zu den 1 und 2 sind in 3 die umlaufenden profilierten Konturen zur Betätigung der Vielzahl von Vakuumschaltröhren nicht als von der Kreisform abweichende Nockenbahnen ausgebildet, sondern als auf der Ober- oder Unterseite, als auch der Stirnseite angeordnete umlaufende Nuten 16 und 17, in deren Profil die jeweils korrespondierenden Rollen eingreifen und bei einer Drehung der Kurvenscheibe 1 in diesen zwangsgeführt werden. Es sind also auch in 3 wie nach der allgemeinen erfinderischen Idee mehrere Bereiche der Oberfläche einer oder mehrerer Kurvenscheiben zur Betätigung verschiedener elektrischer Kontakte, wie beispielsweise in dieser 3 nicht weiter dargestellter Vakuumschaltröhren, mit unterschiedlichen Schaltsequenzen vorgesehen. Bezugszeichenliste

1	Kurvenscheibe
2.1	Steuerkurve
2.2	Steuerkurve
2.3	Steuerkurve
2.4	Steuerkurve
3	Durchgangsloch
4	Vakuumschaltröhre
5	Vakuumschaltröhre
6	Vakuumschaltröhre
7	Vakuumschaltröhre
8	Kipphebel
9	Kipphebel
10	Kipphebel
11	Kipphebel
12	Rolle
13	Rolle
14	Rolle
15	Rolle
16	Nut
17	Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19510809 C1 [0003]
DE 4231353 A1 [0004]
DE 4011019 C1 [0005]

Claims

Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren, bestehend aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung, wobei der Lastumschalter eine drehbare Schaltwelle aufweist, die mindestens eine Kurvenscheibe trägt und wobei die Vakuumschaltröhren durch Betätigungselemente betätigbar sind, die wiederum mit mindestens einer Kontur auf der mindestens einen Kurvenscheibe korrespondieren, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kurvenscheibe (1) an ihrer Stirnseite und zusätzlich mindestens an einem weiteren Bereich ihrer Oberfläche voneinander getrennte Steuerkurven (2.1...2.4) aufweist, derart, dass mittels der Steuerkurven (2.1...2.4) verschiedene Vakuumschaltröhren mit unterschiedlichen Schaltsequenzen betätigbar sind.
Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite und der Ober- oder Unterseite der wenigstens einen Kurvenscheibe (1) jeweils mindestens eine Steuerkurve (2.1...2.4) vorgesehen ist.
Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite, der Ober- und Unterseite der wenigstens einen Kurvenscheibe (1) jeweils mindestens eine Steuerkurve (2.1...2.4) vorgesehen ist.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Steuerkurven (2.1...2.4) der wenigstens einen Kurvenscheibe (1) aus profilierten umlaufenden Konturen gebildet werden.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Steuerkurven (2.1...2.4) der wenigstens einen Kurvenscheibe (1) als umlaufende Nockenbahnen ausgebildet sind.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten umlaufenden Konturen oder die Nockenbahnen der jeweiligen Steuerkurve (2.1...2.4) von mit der entsprechenden Vakuumschaltröhre korrespondierenden Gleitelementen, insbesondere Rollen (12...15), abgegriffen werden, derart, dass die entsprechenden Vakuumschaltröhren dadurch betätigbar sind.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Steuerkurven (2.1...2.4) der wenigstens einen Kurvenscheibe (1) als Nuten (16, 17) ausgebildet sind.
Stufenschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nuten (16, 17) der jeweiligen Steuerkurve (2.1...2.4) mit der entsprechenden Vakuumschaltröhre korrespondierende Gleitelemente, insbesondere Rollen (12...15), zwangsgeführt werden, derart, dass die entsprechenden Vakuumschaltröhren dadurch betätigbar sind.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (1) aus mehreren einzelnen Steuerkurven (2.1...2.4) gebildet wird, die als jeweils separates Bauteil auf der gemeinsamen Schaltwelle angeordnet sind.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Steuerkurven (2.1...2.4) auf einer einzigen, als bauliche Einheit ausgebildeten, Kurvenscheibe (1) angeordnet sind.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere als bauliche Einheit ausgebildete Kurvenscheiben (1) auf der gemeinsamen Schaltwelle angeordnet sind.