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Die Erfindung bezieht sich auf einen Umsteller für einen Transformator.
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Aus dem Stand der Technik sind Transformatoren bekannt, deren Transformationsverhältnis im unbelasteten, d. h. strom- und spannungsfreien Zustand mittels eines Umstellers veränderbar ist. Damit ist der Transformator insbesondere an unterschiedliche Belastungen anpassbar.
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Aus der
DE 24 20 888 A1 ist eine säulenartige Schleifringanordnung für Wähler und Anzapfumsteller von Stufenschaltern bekannt. Diese weist im Kreis angeordnete, als Rohr ausgebildete Leiter auf, die jeweils von einer dicken Isolierschicht umgeben sind. Sämtliche Leiter sind von einem Isolierstoffzylinder umfasst. Dabei ist jeder Leiter mit einem separaten, am Isolierstoffzylinder herausstehend befestigten Schleifring leitend verbunden. Die als Rohr ausgebildeten Leiter dienen der Abfuhr von Stromwärme. Dieses Dokument bildet den nächstliegenden Stand der Technik.
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Aus der
US 1 785 575 A ist ein Umschalter bekannt, der einen Stromführenden Hauptkotakt aufweist. Dieser weist außerdem sechs im Kreis angeordnete Stangen auf, die über zwei Isolierplatten fixiert sind. In der Mitte der Stangen ist eine Welle drehbar in den Isolierplatten angeordnet. An der drehbaren Welle ist ein Halter befestigt, an dem zwei Kontakte fixiert sind. Mit Hilfe der Kontakte am Halter ist es möglich, jeweils zwei Stangen elektrisch leitend mit einander zu verbinden. Über die Welle kann der Halter gedreht und damit zwei andere Stangen mit einander elektrisch leitend verbunden werden.
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Aus der
US 3 467 794 A ist ein Umsteller bekannt, der aus mehreren zueinander parallel, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben besteht, die an Fixierelementen befestigt sind. In der Mitte, zwischen den Kontaktstäben, ist eine Schaltwelle angeordnet. Diese ist in den Fixierelementen drehbar gelagert. Zusätzlich weist die Welle einen Federkontakt auf, der diese mit je einem Kontaktstab elektrisch leitend verbindet. Durch Drehung der Welle und den Federkontakt kann stets eine mögliche elektrische Verbindung mit allen Kontaktstäben realisiert werden.
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Aus der
US 3 652 812 A ist ein Umsteller für Verteilungstransformatoren bekannt, der am Gehäuse des Verteilungstransformators montierbar und damit von außen bedienbar ist. Der Umsteller besteht aus mehreren zueinander parallel, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben, die in einem Fixierelement angeordnet sind. In der Mitte, zwischen den Kontaktstäben, ist eine Schaltwelle angeordnet. Diese ist im Fixierelement und einem Blechelement drehbar gelagert. Zusätzlich ist an einem Ende der Welle ein Federkontakt angeordnet, durch den die Welle jeweils mit einem Kontaktstab elektrisch leitend verbunden werden kann. Am gegenüberliegenden Ende der Welle ist ein Griff zum Drehen der Welle befestigt.
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Aus der
US 4 496 805 A ist ein Umsteller für einen Transformator bekannt. Der Umsteller weist einen Rahmen auf, der aus drei Platten und einigen Stangen gebildet wird. Zwischen den unteren Platten, sind Kontaktstangen im Halbkreis angeordnet. Diese sind über Verbindungsstücke mit einzelnen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators leitend verbunden. In der Mitte des Umstellers ist eine Kontaktvorrichtung, die aus einer Welle besteht, angeordnet. Diese ist in den Platten drehbar befestigt und weist am oberen Ende einen Betätigungsgriff auf. Zwischen der mittleren und der unteren Platte ist an der Welle ein zweiteilig ausgebildeter Kontakthalter angebracht. An einen Ende des Kontakthalters ist ein Rollenkontakt befestigt, mit dessen Hilfe eine elektrisch leitende Verbindung zwischen je zwei Kontaktstangen hergestellt werden kann. Durch Drehung des Betätigungsgriffes können somit unterschiedliche Wicklungsanzapfungen eingestellt werden.
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Aus der
DE 10 2007 023 124 B3 ist eine Schaltanordnung zur Umpolung einer Wicklung während des Transformatorbetriebs bekannt. Die Schaltanordnung besteht aus einem Schalterkopf, an dessen unterem Ende ein Käfigring angeordnet ist. An diesem ist ein Adapter angeordnet, der über mehrere vertikal angeordnete und parallel zu einander verlaufende Kontaktstäbe mit einem weiteren Adapter verbunden ist. An den Kontaktstäben sind für jede Phase, also in drei Ebenen, Kontakte befestigt. Zentrisch befindet sich in der Schaltanordnung eine senkrechte Schaltwelle die in jeder Ebene einen Kontaktträger besitzt. Jeder Kontaktträger besteht aus zwei gegenüber angeordneten, bogenförmigen Schaltkontakten. Durch die Drehung der Schaltwelle werden die Kontakte an den Kontaktstäben über die Schaltkontakte am Kontaktträger beschaltet.
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Aus der
DE 11 2007 001 277 T5 ist ein spannungsfreier Stufenschalter mit Abschirmeinrichtung bekannt. Der Stufenschalter besteht aus einem im oberen Bereich angeordneten Betriebsmechanismus und einem im unteren Bereich angeordneten aktiven Teil. Das aktive Teil weist einen zylindrischen Isolator mit sechs im Kreis angeordneten Kontakten auf. In der Mitte des Zylinders ist parallel zu den Kontakten eine Achse angeordnet, die über den Betriebsmechanismus gedreht werden kann. An der Achse sind mehrere unter einander verbundene Kontakte befestigt, die dazu dienen, jeweils zwei Kontakte elektrisch leitend zu verbinden. Durch Drehung der Achse ist es somit möglich, die jeweils benachbarten Kontakte mit einander zu verbinden.
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Gattungsgemäße Umsteller bestehen aus mehreren zueinander parallelen, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben und einer gegenüber den Kontaktstäben drehbeweglichen Kontaktanordnung, die durch Drehen um die Mittellängsachse in mehrere Schaltstellungen positionierbar ist und wobei in den unterschiedlichen Schaltstellungen jeweils zwei Kontaktstäbe über die Kontaktanordnung leitend miteinander verbunden sind. Die Kontaktanordnung besteht beispielsweise aus mehreren Kontaktelementen, die einzeln federbelastet gegenüber der Mittellängsachse radial verschiebbar sind und durch Federn an die Kontaktstäbe angedrückt werden.
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Um eine bestimmte Kontakttemperatur im Bereich der Kontaktanordnung nicht zu überschreiten, ist es notwendig die Kontaktfläche an den über die Kontaktanordnung zu übertragenden Strom anzupassen. Diese Anpassung kann insbesondere durch eine geeignete Anzahl von Kontaktelementen erfolgen.
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Nachteilig hierbei ist, dass bei hohen zu übertragenden Strömen eine große Anzahl von Kontaktelementen erforderlich ist, was zum einen zu erhöhten Herstellungskosten für den Umsteller führt, zum anderen ein erhöhtes Betätigungsdrehmoment beim Umschalten des Umstellers zur Folge hat.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Umsteller anzugeben, bei dem die Kontakttemperatur im Bereich der Kontaktanordnung einfach und kostengünstig reduziert werden kann. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass zur Erzeugung einer Konvektionskühlung die Kontaktstäbe zumindest teilweise hohl ausgebildet sind und jeweils zumindest eine erste Öffnung zum Einströmen eines Kühlmediums und jeweils zumindest eine zweite Öffnung zum Ausströmen eines Kühlmediums aufweisen, wobei die erste und zweite Öffnung entlang der Mittenlängsachse zueinander beabstandet angeordnet sind. Durch die erste und zweite Öffnung kann das Kühlmedium bedingt durch Konvektion, d. h. aufgrund eines Temperaturgradienten im Innenraum des Kontaktstabes diesen Innenraum durchströmen und dabei Wärme von der Innenseite des Kontaktstabes aufnehmen und abführen. Dadurch wird die Wandung des Kontaktstabes nicht nur durch die an der Außenseite durch Konvektion hervorgerufene Strömung, sondern auch innenseitig gekühlt und dadurch die Kontakttemperatur vorteilhaft abgesenkt. Vorzugsweise bildet das im Gehäuse des Umstellers befindliche Isolieröl das Kühlmedium aus, so dass kein weiteres Kühlmittel erforderlich ist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktstäbe rohrförmig ausgebildet und die erste und/oder zweite Öffnung wird durch die offenen Rohrenden gebildet. Dadurch wird ein sehr effektives Durchströmen der Kontaktstäbe erreicht, da über die offenen Rohrenden das Kühlmittel ungehindert in den Rohrinnenraum eintreten kann.
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Alternativ kann das Rohrende mittels einer Anschlussleitung oder eines Abschlusselements, beispielsweise einem halbkugelförmigen Abschlusselement verschlossen sein und die erste und/oder zweite Öffnung in dieses Abschlusselement eingebracht sein. Durch ein derartiges Abschlusselement können die elektrischen Eigenschaften der Kontaktstäbe des Umstellers verbessert werden.
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Die erste und/oder zweite Öffnung kann auch eine Bohrung sein, die seitlich in die Wandung des Kontaktstabs eingebracht ist, so dass der Innenraum des Kontaktstabs durch diese Öffnungen nach außen geöffnet ist. Hierbei ist vorzugsweise die erste Öffnung unterhalb und die zweite Öffnung oberhalb der Kontaktanordnung angeordnet, so dass das Kühlmedium am Ort der Wärmeentstehung vorbeifließen und dabei die Wärme abführen kann.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert werden. Zudem ergeben sich Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Figuren. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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1 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Umsteller mit Konvektionskühlung in einer seitlichen Ansicht.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist in 1 ein Umsteller bezeichnet, der losgelöst vom Gehäuse dargestellt ist. Der Umsteller 1 besteht aus mehreren, zueinander parallelen, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse MLA angeordneten Kontaktstäben 2, die durch einen oberen und einen unteren Käfigring 3 fest zueinander angeordnet sind. Zudem ist entlang der Mittenlängsachse MLA eine Schaltwelle 4 vorgesehen, die drehbar um diese Mittellängsachse MLA in den Käfigringen 3 gelagert ist.
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Zwischen dem ersten und zweiten Käfigring 3 ist an der Schaltwelle 4 eine Kontaktanordnung 5 befestigt, die radial von dieser Schaltwelle 4 absteht und zur leitenden Verbindung von zwei Kontaktstäben 2 ausgebildet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kontaktanordnung 5 durch ein Kontaktlamellenpaket gebildet, das mehrere zueinander beabstandete Kontaktelemente 5.1 aufweist, wobei jedes Kontaktelement 5.1 einzeln federbelastet zumindest radial gegenüber der Schaltwelle 4 verschiebbar ist.
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Gemäß dem die Erfindung tragenden Gedanken sind die Kontaktstäbe 2 zumindest teilweise hohl mit einem Innenraum 8 ausgebildet und weisen zumindest eine erste Öffnung 6 zum Einströmen eines Kühlmediums in diesen Innenraum 8 des Kontaktstabes 2 und zumindest eine zweite Öffnung 7 zum Ausströmen des Kühlmediums aus dem Innenraum 8 des Kontaktstabes 2 heraus auf, wobei die erste und zweite Öffnung 6, 7 entlang der Mittellängsachse MLA zueinander beabstandet angeordnet sind. Das Kühlmedium ist vorzugsweise ein Isolieröl, mit dem das Gehäuse (nicht dargestellt) des Umstellers 1 befüllt ist und das die Kontaktstäbe 2 vollständig umgibt.
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Durch die hohle Ausbildung der Kontaktstäbe 2 und die zumindest eine erste und eine zweite Öffnung 6, 7 wird im Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 eine Konvektionsströmung ermöglicht. Bedingt durch die Übertragung von hohen Strömen von einem ersten Kontaktstab 2 über die Kontaktanordnung 5 auf einen weiteren Kontaktstab 2 werden diese Kontaktstäbe 2 insbesondere im Bereich der Kontaktanordnung 5 erwärmt. Diese Erwärmung führt zu einer Erwärmung des im Bereich der Kontaktanordnung 5 befindlichen Isolieröls, und zwar des Isolieröls im Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 und des den Kontaktstab 2 außen umgebenden Isolieröls. Das Isolieröl kann über die erste Öffnung 6 in den Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 einfließen, steigt aufgrund der Erwärmung bedingt durch Konvektion nach oben und tritt über die zweite Öffnung 7 aus dem Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 aus. Somit wird eine Konvektionsströmung im Innenraum 8 erreicht, die eine Kühlung der Innenseite des Kontaktstabes 2 bewirkt und dadurch die Kontakttemperatur reduziert. So ist es möglich, bei einem fest vorgegebenen Betriebsstrom durch die Kontaktanordnung 5 bzw. durch die Kontaktstäbe 2 die Kontaktfläche zu reduzieren, d. h. beispielsweise eine geringere Anzahl von Kontaktelementen 5.1 in der Kontaktanordnung 5 zu verwenden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktstäbe 2 rohrförmig ausgebildet. Der Rohrinnenraum bildet somit den Innenraum 8, der von dem Isolieröl durch Konvektionsströmung durchflossen werden kann. Bei der Verwendung von rohrförmigen Kontaktstäben 2 kann ein Rohrende die erste Öffnung 6 und das gegenüberliegende Rohrende die zweite Rohröffnung 7 bilden. Alternativ hierzu können die Rohrenden von halbkugelförmigen Kappen verschlossen sein, sodass die Bildung von Kriechströmen zur Minimierung der elektrischen Feldstärke zwischen den einzelnen Kontaktstäben 2 reduziert wird. In diese halbkugelförmigen Kappen können dann die ersten bzw. zweiten Öffnungen 6, 7 eingebracht sein, sodass das Kühlmedium den gesamten Kontaktstab 2 durchströmt.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste und zweite Öffnung jeweils seitlich in die Wandung 2.1 der Kontaktstäbe 2 eingebracht, wobei die erste Öffnung 6 unterhalb der Kontaktanordnung 5 und die zweite Öffnung 7 oberhalb der Kontaktanordnung 5 liegt. Alternativ hierzu kann die erste oder zweite Öffnung 6, 7 seitlich in die Wandung 2.1 des Kontaktstabs 2 eingebracht sein und die eine weitere Öffnung an den freien Enden des Kontaktstabs 2 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umsteller
- 2
- Kontaktstab
- 2.1
- Wandung
- 3
- Käfigring
- 4
- Schaltwelle
- 5
- Kontaktanordnung
- 5.1
- Kontaktelement
- 6
- erste Öffnung
- 7
- zweite Öffnung
- 8
- Innenraum
- MLA
- Mittellängsachse
