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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umsteller zur leistungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
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Im Gegensatz zu einem Laststufenschalter, bei dem die Umschaltung unterbrechungslos unter Last erfolgt, muss bei einem zur Umschaltung vorgesehenen Umsteller der entsprechende Stufentransformator vor Beginn der Umschaltung vollständig abgeschaltet sein und darf erst nach vollständiger Beendigung der Umschaltung wieder zugeschaltet werden. Ein solcher Umsteller ist beispielsweise aus der Firmendruckschrift der Anmelderin „Umsteller DEETAP® U, Betriebsanleitung BA 278/06” Druckimpressum 11/09 bereits bekannt. Dieser bekannte Umsteller arbeitet nach dem Prinzip eines Drehumstellers. Er weist ein Isolierstoffgerüst auf, an dem in mehreren horizontalen Ebenen jeweils kreisförmig feste Kontakte angeordnet sind. Im Inneren dieses Isolierstoffgerüstes befindet sich eine drehbare Isolierschaltwelle, die in jeder horizontalen Ebene mindestens einen Schaltkontakt trägt, durch den die korrespondierenden festen Kontakte abhängig von der jeweiligen Grundschaltung, z. B. als Sternpunkt-Anzapfumsteller, Einfach-Mittenumsteller, Doppel – Mittenumsteller, Reihen-Parallelumsteller, Stern-Dreieck-Umsteller, auf unterschiedliche Weise besthaltbar sind. Der Umsteller ist dabei in der Nähe der seitlichen Wandung im Transformatorkessel des Stufentransformators angeordnet.
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Das Verstellen des Umstellers von einer Betriebsstellung in eine andere, d. h. das Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen des angeschlossenen Stufentransformators, wird, wie bereits erwähnt, bei abgeschalteten Stufentransformator, d. h. im strom- und spannungsfreien Zustand, durch Drehen der Isolierschaltwelle bewirkt. Die Drehung der Isolierschaltwelle erfolgt üblicherweise mittels eines Schrittgetriebes, insbesondere einem Maltesergetriebe, auf das ein elektrischer Motorantrieb oder auch ein mechanischer Handantrieb wirkt. Den oberen Abschluss des bekannten Umstellers bildet der Umstellerkopf mit der angebauten oberen Getriebestufe und dem darunter befindlichen Maltesergetriebe zum Antrieb der Isolierschaltwelle. An eine äußere Wellenkupplung an der oberen Getriebestufe wird eine vom jeweiligen Motor- oder Handantrieb kommende Welle angeschlossen; deren Drehbewegung wird in der oberen Getriebestufe über ein Schneckengetriebe auf eine senkrechte im Umstellerkopf gelagerte Antriebswelle übertragen, die wiederum an ihrem unteren Ende eine Malteserkurbel aufweist. Die Malteserkurbel greift in ein Malteserrad ein, das am oberen Ende fest an der Isolierschaltwelle angeordnet ist.
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Ein gattungsgemäßer Umsteller, der gleichzeitig den Oberbegriff des Hauptanspruches bildet, ist aus der
DE 10 2007 023 124 B3 gekannt geworden. Dieser bekannte Umsteller für einen Stufentransformator weist mehrere zueinander parallele, beabstandete und kreisförmig um eine gemeinsame Mittellängsachse angeordnete Kontaktstäbe auf, eine gegenüber den Kontaktstäben drehbeweglich und an einer Schaltwelle fixierte Kontaktanordnung zum Beschalten der Kontaktstäbe, zumindest zwei zueinander horizontal beabstandete Fixierelemente, die die mehreren Kontaktstäbe und die Schaltwelle aufnehmen und ein mit der Schaltwelle in Wirkverbindung stehendes Schrittgetriebe.
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Aus der
GB 1 087 565 A ist ebenfalls ein Umsteller für einen Stufentransformator bekannt geworden, bei dem das Schrittschaltgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, das ein als Antriebswelle wirkendes Sonnenrad, mehrere radial um die Antriebswelle angeordnete und als Planetenräder wirkende Zahnräder und eine mit einem Ring-Zahnrad drehwinkelabhängig in Eingriff bringbare Klaue aufweist.
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Aus der
DE 1 29 990 B ist ein Sternpunktdrehumsteller für mehrphasige Stufentransformatoren bekannt geworden, bei dem die festen Kontakte in mehreren den einzelnen Transformtorphasen zugeordneten Ebenen kreisförmig um die Umstellerachse angeordnet sind und die beweglichen, den Sternpunkt bildenden Kontakte an der Umstellerwelle gehalten und untereinander leitend verbunden sind, wobei die beweglichen Kontakte aus U-förmig gebogenen Flachbügeln bestehen, die über ihre beiden als Kontaktfinger ausgebildeten Schenkelenden jeweils zwei feste Kontakte verschiedener Ebenen leitend verbinden.
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Schließlich ist aus der
US 3 505 591 A ein elektrischer Wandler mit einer fortlaufenden, mit einer Mehrzahl von Windungen versehenen Wicklung, die ein Paar von Eingangsklemmen aufweist, zwischen die eine Eingangsspannung anlegbar ist, bekannt. Dabei weist der elektrische Wandler einen Hilfswandler mit einer Primärwicklung auf, die parallel zu einer Anzahl N von Windungen der ersten Wicklung liegt, ein elektrisches Kontaktglied für den Wandler und eine Sekundärwicklung für den Hilfswandler, die zwischen einem Punkt auf der ersten Wicklung und dem Kontaktglied liegt.
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Diese beschriebenen und seit Jahrzehnten im Stand der Technik gängigen Aufbauten sind jedoch für den Trafobauer platzraubend, da sie einen relativ großen Bauraum innerhalb des Transformatorkessels einnehmen und damit die Freiheitsgrade des Trafobauers bei der Konstruktion des eigentlichen Transformators im platzmäßig beengten Transformatorkessel einschränken. Letzen Endes deshalb, weil die bekannten Umsteller in einem gewissen dielektrischen Abstand zu den einzelnen Wicklungen des Transformators innerhalb des Transformatorkessels und den Wandungen des Transformatorgehäuses angeordnet werden müssen. Einen wesentlichen Platzbedarf innerhalb des Transformatorkessels nimmt dabei, neben dem Umsteller selbst, die Installation der einzelnen, dielektrisch isolierten Kupferleitungen von den entsprechenden Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des Transformators zu den jeweiligen Anschlusskontakten des Umstellers in Anspruch. Die Leitungsführung, am Transformatoraktivteil befestigt durch das Ableitgerüst, ist aber nicht nur zeitaufwändig in seiner Installation, sondern auf Grund seiner geforderten elektrisch leitenden Eigenschaften aus Kupfer gefertigt und damit sehr teuer.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Umsteller ermöglichen dabei keine besonders platzsparende Positionierung direkt am Aktivteil, d. h. in unmittelbarer Nähe der einzelnen Stufenwicklungen des Transformators, direkt an dessen Joch. Damit können die Verbindungsleitungen zwischen den entsprechenden Anschlusskontakten des Umstellers und den einzelnen Wicklungsanzapfungen der Ragelwicklungswicklung des Stufentransformators auch nicht auf ein Minimum verkürzt werden. Insbesondere kann damit auch nicht auf die aufwändige und teure Leitungsführung einschließlich des Ableitgerüstes verzichtet werden. Weiterhin ist auf Grund der dafür technisch zwingend notwendigen axialen Leitungsführung und der erforderlichen dielektrischen Abstände zwischen den einzelnen Leitungen, aber auch zu den Windungen der Stufenwicklung des Transformators, die Verwendung eines aus dem Stand der Technik bekannten und seit Jahrzehnten bewährten Maltesergetriebes nicht mehr möglich. Dies deshalb, weil der für ein Maltesergetriebe erforderliche Platzbedarf direkt am Kopf des Umstellers auf Grund der axialen Leitungsführung nun nicht mehr vorhanden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Umsteller für einen Stufentransformator anzugeben, der ein Schrittgetriebe aufweist, das die erforderlichen dielektrischen Abstände zwischen den einzelnen Leitungen, aber auch zu den Windungen der Stufenwicklung des Transformators einhält und zudem kostengünstig herstellbar ist. Gleichzeitig soll das Getriebe aus nur wenig Einzelbauteilen bestehen und einfach und zuverlässig in der Handhabung sein.
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Diese Aufgabe wird durch einen Umsteller für einen Stufentransformator mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, als Schrittschaltgetriebe ein für die Verwendung in einem Umsteller weiterentwickeltes Planetenschrittgetriebe statt eines bisher in diesem Zusammenhang bekannten Maltesergetriebes zu verwenden. Das erfindungsgemäße Planetenschrittgetriebe weist dabei ein als Antriebswelle wirkendes Sonnenrad, mehrere radial um die Antriebswelle angeordnete und als Planetenräder wirkende Zahnräder und eine mit den Zahnrädern zeitweise, d. h. im Falle eines Umschaltvorgangs, in Eingriff bringbare Abtriebswelle auf, die mit der zentralen Schaltwelle des Umstellers verbunden ist. Indem das für den Umstellereinsatz erfindungsgemäß weiterentwickelte Planetenschrittgetriebe, statt des aus dem Stand der Technik bekannten Maltesergetriebes, verwendet wird, kann der eigentliche Umsteller direkt am Aktivteil des Stufentransformators platziert werden. Dies deshalb, weil das Planetenschrittgetriebe platzsparend mittig zu den axial an den Kontaktstäben befestigten Leitungen, also in Verlängerung der Mittellängsachse, montiert werden kann.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 einen Umsteller mit einem erfindungsgemäßen Planetenschrittgetriebe
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2 das erfindungsgemäße Planetenschrittgetriebe in einer seitlichen Detaildarstellung.
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1 zeigt einen Umsteller 1 mit einem erfindungsgemäßen Planetenschrittgetriebe 2. Der Umsteller 1 weist zwei im Wesentlichen horizontal zueinander beabstandete Fixierelemente 3.1 und 3.2 auf, zwischen den mehrere sich in Längsrichtung erstreckende, um eine gemeinsame Mittellängsachse angeordnete und rohrförmig ausgebildete elektrisch leitende Kontaktstäbe 4 angeordnet sind. Jeder dieser vorzugsweise holen Kontaktstäbe 4 bildet dabei einen Festkontakt und ist über seine jeweilige elektrische Anschlussleitung 5, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nur im hinteren Bereich des Umstellers 2 dargestellt sind, mit der korrespondierenden Wicklungsanzapfung eines in dieser Abbildung ebenfalls nicht dargestellten Stufentransformators verbunden. Zudem ist zwischen den Fixierelementen 3.1 und 3.2 zentrisch im Inneren der mehreren Kontaktstäben 4, eine zentrale Schaltwelle 6 vorgesehen, an der mehrere identisch aufgebaute Kontaktanordnungen 7 befestigt sind, die das bewegliche Kontaktsystem bilden. Die mehreren beweglichen, mittels einer zentrale Schaltwelle 6 drehbar gelagerten Kontaktanordnungen 7 dienen der elektrischen Kontaktierung zwei zueinander, vorzugsweise benachbarter, festen Kontaktstäben 4, um dadurch ein definiertes Transformationsverhältnis des mit dem Umsteller 1 in Wirkverbindung stehenden Stufentransformators herzustellen. In axialer Verlängerung der Schaltwelle 6 und mit dieser über eine Abtriebswelle 8 drehfest verbunden ist das erfindungsgemäße Planetenschrittgetriebe 2 zwischen den stromführenden Anschlussleitungen 5 vorgesehen Gehalten wird das Planetengetriebe 2 über eine Befestigung 13 an dem oberen Fixierelement 3.1.
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In 2 ist das erfindungsmäße Planetenschrittgetriebe 2 in einer seitlichen Schnittdarstellung, auf dem Kopf stehend, d. h. mit der Abtriebswelle 8 nach oben zeigend, dargestellt. Die Abtriebswelle 8 weist dabei einen vollumfänglich verzahnten Teilbereich 8.1 und einen unverzahnten Teilbereich 8.2 auf. An dem vollumfänglich verzahnten Teilbereich 8.1 der Abtriebswelle 8 schließt sich stirnseitig eine Antriebswelle 9 an, an der ebenfalls ein vollumfänglich verzahnter Teilbereich 9.1 und ein unverzahnter Teilbereich 9.2 vorgesehen sind. Der unverzahnte Teilbereich 9.2 der Antriebswelle 9 wirkt im endmontierten Zustand des Umstellers 1 mit einem Motor- oder alternativ einem Handantrieb zusammen, wohingegen der vollumfänglich verzahnte Teilbereich 9.1 der Antriebswelle 9 mit mehreren als Planetenräder ausgebildeten Zahnrädern 10, 11 und 12 in Verzahnungseingriff gebracht werden kann. Jedes der Zahnräder 10, 11 und 12 besteht aus einem vollumfänglich verzahnten Teilbereich 10.1, 11.1 und 12.1, einem teilumfänglich verzahnten Teilbereich 10.2, 11.2 und 12.2 und einer Sperrscheibe 10.3, 11.3 und 12.3, die in der Rastposition des Planetenschrittgetriebes 1 die Abtriebswelle 8 drehfest fixiert Dafür ist an der Abtriebswelle 8 eine in dieser Darstellung nicht erkennbare weitere Sperrscheibe vorgesehen, die eine zur Kontur der Sperrscheiben 10.3, 11.3 und 12.3 der Zahnräder 10, 11 und 12 gegenläufig ausgebildete Kontur aufweist, derart, dass die Abtriebswelle 8 nur dann für einen definierten Schaltschritt freigegeben wird, wenn der teilverzahnte Teilbereich der Zahnräder 10, 11 und 12 mit dem vollumfänglich verzahnten Teilbereich 8.1 der Abtriebswelle 8 in Eingriff gebracht wird. Dabei ist der gewünschte Schaltwinkel über die Anzahl der Zacken des teilverzahnten Teilbereiches der Zahnräder 10, 11 und 12 steuerbar. Die Lagerung der Zahnräder 10, 11 und 12 erfolgt durch an den jeweiligen Stirnseiten vorgesehene Nadellager, die in einem zweiteilig ausgebildeten Gehäuse 13 aufgenommen werden, von dem in dieser Darstellung jedoch nur der untere Teil abgebildet ist. Alle Bauteile, d. h. Abtriebswelle 8, Antriebswelle 9, Zahnräder 10, 11 und 12 und deren jeweilige Lager, sind dabei im Betriebszustand in dem zweiteiligen Gehäuse 13 aufgenommen und werden durch speziell vorgesehene Ausnehmungen in den Gehäuseschalen fixiert und nur in der ihnen bestimmten Drehrichtungen im Falle einer Umschaltung freigegeben.
