DE102011013749B4

DE102011013749B4 - Laststufenschalter

Info

Publication number: DE102011013749B4
Application number: DE102011013749.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Albrecht; Klaus Höpfl; Silke Wrede
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-12
Filing date: 2011-03-12
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2031-03-13
Also published as: CN103430267A; EP2686856B1; EP2686856A1; WO2012123187A1; CN103430267B; DE102011013749A1; HK1189421A1; UA110959C2; US9251971B2; US20130341166A1

Abstract

Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, aufweisend einen separaten Wähler (20) zur leistungslosen Vorwahl der Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, weiterhin aufweisend einen separaten Lastumschalter (18) zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen auf die vorgewählte neue Wicklungsanzapfung, weiterhin aufweisend einen Kraftspeicher (8) mit mindestens einer Kraftspeicherfeder (9), die bei jeder Lastumschaltung von einer sich drehenden Antriebswelle (1) zunächst gespannt wird und nach ihrer Auslösung sprungartig den Lastumschalter (18) betätigt, wobei die Antriebswelle (1) mit einem Zahnrad (3) in Wirkverbindung steht, durch das der Kraftspeicher (8) spannbar ist, wobei zwischen Zahnrad (3) und Kraftspeicher (8) ein erster mechanischer Freilauf (16) vorgesehen ist, derart, dass der Kraftspeicher (8) zeitverzögert spannbar ist und wobei die mindestens eine ausgelöste Kraftspeicherfeder (9) des Kraftspeichers (8) auf einen weiteren mechanischen Freilauf (17) wirkt, der seinerseits in ein Schrittgetriebe (13; 14) zur Betätigung des Lastumschalters (18) eingreift, derart, dass der Lastumschalter (18) wiederum zeitverzögert betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zahnrad (3) ein Anschlag (4) angeordnet ist, der mit einem weiteren Anschlag (5a) auf einer unabhängig von der Antriebswelle (1) drehbaren Zwischenwelle (6) korrespondiert, derart, dass Anschlag (4) und weiterer Anschlag (5a) den ersten mechanischen Freilauf (16) bilden, dass die ausgelöste Kraftspeicherfeder (9) auf die Zwischenwelle (6) wirkt, dass auf der Zwischenwelle (6) außerdem ein weiterer Anschlag (10) angeordnet ist, der mit einem Gegenanschlag (11) auf einem unabhängig drehbaren Abtriebsrad (12) korrespondiert, derart, dass weiterer Anschlag (10) und Gegenanschlag (11) den zweiten mechanischen Freilauf (17) bilden, dass das Abtriebsrad (12) über das Schrittgetriebe (13; 14) den Lastumschalter (18) betätigt und dass die Antriebswelle (1) außerdem den Wähler (20) kontinuierlich zur lastlosen Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, betätigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit getrenntem Wähler und Lastumschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators unter Last. Die Stufenschalter des eingangs genannten Typs besitzen einen separaten Wähler zur leistungslosen Vorwahl der Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, sowie einen Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der bisherigen auf die vorgewählte neue Wicklungsanzapfung. Da diese Umschaltung sprungartig erfolgt, besitzen derartige Laststufenschalter einen Kraftspeicher.
Ein solcher Kraftspeicher für einen Lastumschalter ist aus den DE 19 56 369 C sowie DE 28 06 282 C2 bereits bekannt. Er wird zu Beginn jeder Betätigung des Laststufenschalters von dessen Antriebswelle angezogen, d. h. gespannt. Der bekannte Kraftspeicher besteht im Wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem Sprungschlitten, zwischen denen Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind. Bei diesen bekannten Kraftspeichern sind Führungsstangen vorgesehen, auf denen Aufzugsschlitten als auch Sprungschlitten unabhängig voneinander längs beweglich gelagert sind. Gleichzeitig bilden die Führungsstangen die Führung für die Kraftspeicherfedern.
Der Aufzugsschlitten wird durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Exzenter linear relativ zum Sprungschlitten hin bewegt; dadurch werden die dazwischen befindlichen Kraftspeicherfedern gespannt. Hat der Aufzugsschlitten seine neue Endposition erreicht, wird eine bis dahin fixierte Arretierung des Sprungschlittens gelöst. Dieser folgt nun sprungartig, da unter der Kraft der Kraftspeicherfedern stehend, der vorangegangenen linearen Bewegung des Aufzugsschlittens ebenfalls linear nach. Diese sprungartige Bewegung des Sprungschlittens wird in eine Drehbewegung einer Abtriebswelle umgewandelt, die wiederum den Lastumschalter betätigt. Bei diesem Kraftspeicher wird also ein abwechselndes Hin- und Herschalten zwischen zwei Positionen realisiert.
Aus der DE 19 47 427 A , die den Oberbegriff des 1. Patentanspruches bildet, ist ein Lastumschalter eines Stufenschalters bekannt, der eine Kraftspeicherfeder aufweist, die mittels einer Antriebswelle spannbar ist. Dabei ist zwischen der Antriebswelle und der Kraftspeicherfeder ein Freilauf vorgesehen; die nach ihrem Aufzug ausgelöste Kraftspeicherfeder wirkt über einen weiteren Freilauf auf den eigentlichen Lastumschalter, der schnell betätigt wird.
Aus der DE 10 2009 034 627 B3 ist ein Laststufenschalter mit einem Kraftspeicher bekannt, der neben der eigentlichen Kraftspeicherfeder zur Optimierung des Drehmomentverlaufes nach deren Auslösung eine weitere Feder besitzt. Die den Kraftspeicher aufziehende Antriebswelle steht mit einem Zahnrad in Verbindung, wobei zwischen Zahnrad und Kraftspeicher ein Freilauf vorgesehen ist, so dass der Kraftspeicher zeitverzögert spannbar ist.
Die CH 347 244 A zeigt einen Umschalter mit einer Kraftspeicherfeder, die bei jeder Lastumschaltung von einer sich drehenden Antriebswelle zunächst gespannt wird und nach ihrer Auslösung sprungartig den Lastumschalter betätigt.
Aus der WO 89/08924 A1 ist ein weiterer Kraftspeicher, dort als Federsprungantrieb bezeichnet, bekannt, dessen Speicherfeder von einem Antrieb spannbar ist. Dabei wird das angetriebene Element mit einem speziellen Koppelelement verbunden, das unabhängig von der Drehrichtung des Antriebes nur in einer Richtung auslösbar ist.
Die WO 2006/004527 A1 betrifft eine weitere derartige Anordnung, bei der durch ein besonderes mechanisches Getriebe die Dauerhauptkontakte eines Laststufenschalters unabhängig von der Antriebsrichtung der Antriebswelle stets in derselben Drehrichtung betätigt werden.
Eine ganz ähnliche Anordnung ist aus der WO 2007/067144 A1 bekannt. Dort ist eine Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung in einem Lastumschalter beschrieben, wobei die Drehbewegung einer in beide Richtungen drehbaren Antriebswelle in eine Drehbewegung einer sich stets in derselben Richtung drehenden Abtriebswelle umgewandelt wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Kraftspeicher für einen Laststufenschalter der eingangs genannten Art gestatten also entweder ein Hin- und Herschalten bei nacheinander ablaufenden Schaltungen oder ein Weiterschalten stets in derselben Richtung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art mit einem Kraftspeicher anzugeben, der ein mehrmaliges Schalten in einer Richtung oder alternativ auch ein Hin- und Herschalten, abhängig von der jeweiligen Drehrichtung der Abtriebswelle, ermöglicht. Der erfindungsgemäße Kraftspeicher soll einfach aufgebaut sein, auf aufwändige mechanische Mittel zur Bewegungsumlenkung verzichten können und direkt durch die – auch bei mehreren nacheinander ablaufenden Schaltungen – beliebige Drehrichtung der Antriebswelle betätigt werden können.
Zwar ist aus der WO 2007/095978 A1 bereits ein Kraftspeicher bekannt, der direkt von einer sich in beliebigen Richtungen drehenden Antriebswelle gespannt werden kann und nach Auslösung dieser Drehbewegung folgt. Dieser bekannte Kraftspeicher ist jedoch lediglich geeignet für einen Laststufenschalter des Lastwählertyps, bei dem Vorwahl der Wicklungsanzapfung und eigentliche Lastumschaltung baulich vereinigt sind. Er ist nicht geeignet für einen Laststufenschalter der eingangs genannten Art mit getrenntem Wähler und Lastumschalter. Dies insbesondere deswegen nicht, weil sich bei dem bekannten Kraftspeicher ein fester Auslösewinkel ergibt, der dem Abstand zwischen benachbarten – jeweils beschaltbaren – Lastwählerkontakten im Ölgefäß entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Laststufenschalter mit einem Kraftspeicher gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist, dass die Antriebswelle in beliebiger Drehrichtung, abhängig davon, ob eine Schaltung in Richtung „höher” oder „tiefer” erfolgen soll, betätigt werden kann, wobei gleichzeitig der Kraftspeicher ebenfalls in beliebiger Richtung aufziehbar und später auslösbar ist. Mit anderen Worten: Der Kraftspeicher ist bei der Erfindung gleichermaßen bei sich wiederholt in derselben Richtung drehender Antriebswelle als auch sich in alternierender Richtung drehende Antriebswelle geeignet, ohne dass es komplizierter mechanischer Mittel – wie beim Stand der Technik – zur Drehrichtungsumkehr bzw. -vereinheitlichung bedarf.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft näher erlautert werden. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter, genauer gesagt dessen Antrieb ohne Lastumschalterkontakte und Wähler in schematischer Darstellung in Ruheposition
2 diesen Laststufenschalter nach Beginn der Betatigung
3 diesen Laststufenschalter bei fortgesetzter Betätigung, d. h. Aufzug des Kraftspeichers
4 diesen Laststufenschalter bei vollständig gespanntem Kraftspeicher zum Zeitpunkt von dessen Auslösung
5 diesen Laststufenschalter nach der Auslösung des Kraftspeichers und damit Betätigung der nicht dargestellten Lastumschalterkontakte
6 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in schematischer, kompletter Darstellung
7 die Betätigungssequenz eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters sowie das dazugehörige Weg-Zeit-Diagramm bei einer vollständigen Lastumschaltung von n nach n + 1
8 die Betätigungssequenz eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters bei einer anschließenden Lastumschaltung von n + 1 zurück nach n in Pfeilrichtung.
In 1 ist der Antrieb eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters schematisch gezeigt. Er besitzt eine Antriebswelle 1, die von einem hier nicht dargestellten Antrieb betätigt wird. Auf der Antriebswelle 1 befindet sich ein Zahnrad 2, das mit einem weiteren Zahnrad 3, dessen Lagerung nicht dargestellt ist, zusammenwirkt. Auf dem Zahnrad 3 befindet sich ein Anschlag 4. Dieser Anschlag 4 korrespondiert mit einem weiteren Anschlag 5a, der auf einer Zwischenwelle 6 angeordnet ist, die sich zentrisch innerhalb des Zahnrades 3 und unabhängig von dieser drehbar befindet. Am Anschlag 5a ist ein Bolzen 5 angeordnet, der wiederum mit einer Betätigungsstange 7 eines Kraftspeichers 8 verbunden ist; durch ihn ist eine Kraftspeicherfeder 9 aufziehbar. Im unteren Bereich der Zwischenwelle 6 ist ein weiterer Anschlag 10 vorgesehen, der mit einem Gegenanschlag 11 auf einem Abtriebsrad 12 korrespondiert. Das Abtriebsrad 12 ist wiederum unabhängig von den bisher genannten Bauteilen drehbar. Es weist eine Rolle 13 auf, die mit einem Malteserrad 14 zusammenwirkt, d. h. in dieses eingreifen kann. Das Malteserrad 14 wiederum ist mit einem nur angedeuteten Lastumschalterantrieb 15 verbunden, der seinerseits den hier nicht dargestellten Lastumschalter betätigt. Das dargestellte Maltesergetriebe ist nur eine mögliche Ausführungsform eines möglichen Schrittgetriebes im Rahmen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Laststufenschalter weist also zwei separate Freiläufe auf: Einen ersten Freilauf, bestehend aus Anschlag 4 und korrespondierendem Anschlag 5a sowie einen zweiten Freilauf, bestehend aus Anschlag 10 und Gegenanschlag 11.
1 zeigt diesen Laststufenschalter zu Beginn der Betatigung. Die Antriebswelle 1 beginnt sich zu drehen, damit auch das Zahnrad 2 und das Zahnrad 3. Da der Anschlag 4 auf dem Zahnrad 3 noch frei läuft, bleiben die anderen Bauteile noch in Ruheposition.
2 zeigt diesen Laststufenschalter bei fortgesetzter Drehung der Antriebswelle 1. Jetzt trifft der Anschlag 4 auf den Anschlag 5a der Zwischenwelle 6, dreht diese und zieht gleichzeitig den Kraftspeicher 8, genauer gesagt dessen Kraftspeicherfeder 9, auf.
3 zeigt den erfindungsgemäßen Laststufenschalter beim weiteren Aufzug des Kraftspeichers 8. Der Anschlag 10 trifft jetzt auf den Gegenanschlag 11, das Abtriebsrad 12 beginnt sich zu drehen.
4 zeigt die Position beim vollständigen Aufzug des Kraftspeichers 8. Der Bolzen 5 und damit die Betätigungsstange 7 des Kraftspeichers 8 haben den Totpunkt auf dem Zahnrad 3 erreicht, bei fortgesetzter Drehung wird die Kraftspeicherfeder 9 sprungartig entspannt. In dieser Position trifft der Anschlag 10 am unteren Teil der Zwischenwelle 6 unverändert auf den Gegenanschlag 11 des bis dahin stillstehenden Abtriebsrades 12 ein und nimmt dieses weiter mit. Die Rolle 13 läuft dabei noch frei.
5 zeigt, wie in der Folge der ausgelenkte Kraftspeicher 8 das Abtriebsrad 12 schnell dreht. Durch die Drehung des Abtriebsrades 12 greift die Rolle 13 in das Malteserrad 14 ein und dreht dieses. Damit wird auch der Lastumschalterantrieb 15 gedreht, der seinerseits den Lastumschalter, d. h. dessen Kontakte, sprungartig betätigt. Gleichzeitig dreht sich die Antriebswelle 1 jedoch noch um einen bestimmten Winkel weiter. Sollte aus irgendwelchen Gründen, etwa durch Bruch der Kraftspeicherfeder 9, der Kraftspeicher 8 nicht auslösen und damit das Malteserrad 14 durch den ausgelösten Kraftspeicher nicht betätigt werden können, wie eigentlich vorgesehen, wird dennoch die neue Endposition des Lastumschalters zwangsweise erreicht. Dies dadurch, dass die sich noch weiter drehende Antriebswelle 1 über die Zahnräder 2 und 3, die Zwischenwelle 6 und das Abtriebsrad 12 die Rolle 13 ihrerseits in das Malteserrad 14 führt. Dies geschieht allerdings – im Gegensatz zur üblichen schnellen Betätigung durch den ausgelösten Kraftspeicher 8 – jetzt langsam und kontinuierlich. Auf alle Fälle ist bei der Erfindung sichergestellt, dass der Lastumschalter seine neue Position zwangsweise zuverlässig erreicht, auch im erläuterten Fehlerfall, und nicht in einem undefinierten Zwischenzustand verharren kann.
6 zeigt den schematischen Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters. Es ist dargestellt, dass zwischen Zahnrad 3 und Kraftspeicher 8 ein erster Freilauf 16 vorgesehen ist. Dieser Freilauf 16 besteht aus dem in den 1 bis 5 gezeigten Anschlag 4 und dem korrespondierenden Anschlag 5a. Weiterhin ist dargestellt, dass der Kraftspeicher 8 auf einem weiteren Freilauf 17 wirkt, der aus dem in den 1 bis 5 gezeigten Anschlag 10 und dem korrespondieren Gegenanschlag 11 besteht. Über diesen Freilauf 17 erfolgt ein verzögerter Eingriff in den Malteser 14, und zwar durch die in den 1 bis 5 gezeigte Rolle 13. Der Lastumschalterantrieb 15 zur Betätigung des Lastumschalters 18 dreht sich damit in der gleichen Richtung wie die Antriebswelle 1. Weiterhin gezeigt ist ein den Lastumschalter umschließendes Lastumschaltergehäuse 19 und darunter ein Wahler 20, der kontinuierlich von der Antriebswelle 1 zur lastlosen Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung, auf die nachfolgend umgeschaltet werden soll, betätigt wird.
7 zeigt einen Schaltablauf eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters. Im oberen Teil ist die Sequenz bei einer Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung n auf eine benachbarte neue Wicklungsanzapfung n + 1 gezeigt. Es ist zu sehen, dass zu Beginn eines Umschaltvorganges die Antriebswelle 1 sich kontinuierlich dreht und nach einem bestimmten Drehwinkel beginnt, den Wähler 20 von der bisherigen auf die neue Wicklungsanzapfung zu bewegen. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen ist und der Wähler 20 seine neue Position erreicht hat, wird der Lastumschalter 18 sprungartig betätigt – dies erfolgt durch den ausgelösten Kraftspeicher. Schließlich läuft, wie weiter oben bereits erläutert, die Antriebswelle 1 noch um einen bestimmten Betrag weiter, bevor der Umschaltvorgang komplett abgeschlossen ist. Bei einer weiteren Umschaltung in derselben Richtung wiederholt sich das Dargestellte. Im unteren Teil der 7 ist der entsprechende Drehwinkelverlauf gezeigt. Es ist zu sehen, dass die Antriebswelle, die sich kontinuierlich dreht, zunächst den Wähler 20 betätigt. Erst nachdem dieser seine Position erreich hat, wird der Lastumschalter 18 ausgelöst.
8 zeigt einen Schaltablauf in entgegengesetzter Drehrichtung der Antriebswelle, d. h. von der Anzapfung n + 1 zurück auf die Anzapfung n. Die entsprechenden Bewegungsrichtungen der Antriebswelle 1 sind in den 7 und 8 jeweils durch einen Pfeil symbolisiert.
Insgesamt gestattet es die Erfindung auf einfache Weise, dass der separate Lastumschalter sowohl mehrere Male hintereinander in der gleichen Drehrichtung der Antriebswelle als auch alternativ bei Drehrichtungsumkehr der Antriebswelle auf einfache Weise betätigt wird.

Claims

Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, aufweisend einen separaten Wähler (20) zur leistungslosen Vorwahl der Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, weiterhin aufweisend einen separaten Lastumschalter (18) zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen auf die vorgewählte neue Wicklungsanzapfung, weiterhin aufweisend einen Kraftspeicher (8) mit mindestens einer Kraftspeicherfeder (9), die bei jeder Lastumschaltung von einer sich drehenden Antriebswelle (1) zunächst gespannt wird und nach ihrer Auslösung sprungartig den Lastumschalter (18) betätigt, wobei die Antriebswelle (1) mit einem Zahnrad (3) in Wirkverbindung steht, durch das der Kraftspeicher (8) spannbar ist, wobei zwischen Zahnrad (3) und Kraftspeicher (8) ein erster mechanischer Freilauf (16) vorgesehen ist, derart, dass der Kraftspeicher (8) zeitverzögert spannbar ist und wobei die mindestens eine ausgelöste Kraftspeicherfeder (9) des Kraftspeichers (8) auf einen weiteren mechanischen Freilauf (17) wirkt, der seinerseits in ein Schrittgetriebe (13; 14) zur Betätigung des Lastumschalters (18) eingreift, derart, dass der Lastumschalter (18) wiederum zeitverzögert betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zahnrad (3) ein Anschlag (4) angeordnet ist, der mit einem weiteren Anschlag (5a) auf einer unabhängig von der Antriebswelle (1) drehbaren Zwischenwelle (6) korrespondiert, derart, dass Anschlag (4) und weiterer Anschlag (5a) den ersten mechanischen Freilauf (16) bilden, dass die ausgelöste Kraftspeicherfeder (9) auf die Zwischenwelle (6) wirkt, dass auf der Zwischenwelle (6) außerdem ein weiterer Anschlag (10) angeordnet ist, der mit einem Gegenanschlag (11) auf einem unabhängig drehbaren Abtriebsrad (12) korrespondiert, derart, dass weiterer Anschlag (10) und Gegenanschlag (11) den zweiten mechanischen Freilauf (17) bilden, dass das Abtriebsrad (12) über das Schrittgetriebe (13; 14) den Lastumschalter (18) betätigt und dass die Antriebswelle (1) außerdem den Wähler (20) kontinuierlich zur lastlosen Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, betätigt.
Laststufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (12) eine Rolle (13) aufweist, die in ein Malteserrad (14) eingreift, derart, dass Rolle (13) und Malteserrad (14) das Schrittgetriebe (13, 14) bilden.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kraftspeicherfeder (9) an einem Ende fixiert ist und ihr anderes, freies Ende mit dem Anschlag (5a) an der Zwischenwelle (6) mechanisch verbunden ist und die mindestens eine Kraftspeicherfeder (9) bei Drehung der Zwischenwelle (6) spannbar ist.