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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastwähler. Der Lastwähler umfasst einen Lastumschaltereinsatz mit einem um eine Achse drehbaren Schaltrohr. Eine erste Phase, eine zweite Phase und eine dritte Phase sind entlang der Achse des Schaltrohres angeordnet. Jede Phase umfasst ein Schaltsegment mit jeweils einer Widerstandsanordnung.
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Derartige Lastwähler gehören zu Laststufenschaltern (im Englischen „on-load tap-changers”, abgekürzt OLTC) und sind im Stand der Technik allseits bekannt und gebräuchlich. Sie dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren.
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Ganz allgemein werden Laststufenschalter bei der Umschaltung von einem Motorantrieb betätigt. Durch den Motorantrieb wird eine Abtriebs- beziehungsweise Eintriebswelle bewegt, die einen Kraftspeicher aufzieht. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt im Zeitraum von Millisekunden (ms) einen Lastumschaltereinsatz, der dabei einen spezifischen Schaltablauf während der Lastumschaltung vollführt. Dabei werden dann verschiedene Schaltkontakte und Widerstandskontakte in bestimmter zeitlicher Reihenfolge betätigt. 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. Vorteilhafterweise werden Vakuumschaltröhren als Schaltelemente zur Lastumschaltung eingesetzt. Dies beruht darauf, dass die Verwendung von Vakuumschaltröhren zur Lastumschaltung eine Lichtbogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des Lastumschalteröles verhindert, wie beispielsweise in den deutschen Patentschriften
DE 195 10 809 C1 und
DE 40 11 019 C1 sowie den deutschen Offenlegungsschriften
DE 42 31 353 A1 und
DE 10 2007 004 530 A1 beschrieben.
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Lastwähler der eingangs genannten Gattung, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift
DE 38 33 126 C2 beschrieben, dienen dazu, die Anzapfungen der Regelwicklungen dieser Stufentransformatoren unter Last umzuschalten und damit Spannungsänderungen beim Verbraucher gezielt auszugleichen.
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Zur Kompensation des Gewichts am Schaltrohr und damit zur Erreichung gleicher Schaltzeiten unabhängig von der Schaltrichtung ist in der deutschen Patentschrift
DE 43 26 127 C1 zwischen dem Kraftspeicher und dem Schaltrohr eine Zusatzfeder angeordnet, deren Vorspannung sich abhängig von der Schaltrichtung relativ ändert. Gleiches ist auch in der japanischen Patentanmeldung
JP H03-289 111 A offenbart. Hier ist anstelle der Zusatzfeder eine Schwungscheibe zwischen dem Kraftspeicher und dem Schaltrohr angeordnet.
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Ferner offenbart die japanische Patentanmeldung
JP H03-6 806 A eine weitere Möglichkeit, stets eine gleiche Schaltgeschwindigkeit des Schaltrohres zu erreichen beziehungsweise beizubehalten. Dazu wird der Laststufenschalter mit einer Mehrzahl radial abstehender Stege am Schaltrohr versehen, die durch verschiedene am Steg befestigte Gewichtselemente das Gewicht des Schaltrohres kompensieren.
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Derartige zur Unterstützung eines vorgebebenen Schaltablaufs notwendige Bauteile führen dazu, dass sie in den bereits begrenzten Bauräumen eines Lastwählers stets noch mehr Platz benötigen. Ferner ist der Einbau dieser Bauteile kompliziert und höchst aufwendig. Durch das bereits geringe Platzangebot in einem Lastwähler wird eine Montage durch ein derartiges Bauteil zudem noch erheblich erschwert.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen einfachen und kostengünstigen Lastwähler zu schaffen, der stets gleiche vorgegebene Schaltabläufe vollführen kann und Schaltzeiten beibehält und zudem einen begrenzten Bauraum montage- und servicefreundlich ausnutzt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Lastwähler gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst..
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Der erfindungsgemäße Lastwähler umfasst einen Lastumschaltereinsatz mit einem um eine Achse drehbaren Schaltrohr und drei Phasen, die entlang der Achse des Schaltrohres angeordnet sind. Jede Phase umfasst ein Schaltsegment mit jeweils einer Widerstandsanordnung, die beide am Schaltrohr montiert sind.
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Erfindungsgemäß ist am Schaltrohr eine Schwungmasse montiert. Zudem trägt das Schaltrohr ein massereiches Element. Anzumerken ist hier, dass sowohl die Schwungmasse als auch das massereiche Element einzeln beziehungsweise unabhängig voneinander verwendet werden können. So kann eine erste Ausführungsform nur die am Schaltrohr montierte Schwungmasse aufweisen. Eine weitere Ausführungsform kann aber auch ebenso nur das massereiche Element aufweisen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform sowohl die Schwungmasse als auch das massereiche Element Anwendung finden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Schwungmasse dabei aus einer ersten Teilschwungmasse und einer zweiten Teilschwungmasse. Die Aufteilung der Schwungmasse in die erste Teilschwungmasse und die zweite Teilschwungmasse erleichtert die Montage. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann aber auch vorsehen, dass die Schwungmasse einteilig ist. Ebenso ist aber auch denkbar, dass die Schwungmasse aus beliebig vielen Teilschwungmassen besteht.
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Insbesondere ist das massereiche Element derart am Schaltrohr gehaltert, dass es parallel entlang zur Achse des Schaltrohres ausgerichtet ist. Dadurch können an einer Halterung am Schaltrohr die Schaltsegmente, die Widerstandsanordnungen der einzelnen Phasen und das massereiche Element befestigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das massereiche Element mit der Schwungmasse mechanisch verbunden.
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Dieses massereiche Element und die Schwungmasse werden zur Unterstützung des zeitlichen Bewegungsablaufs des Schaltvorgangs benötigt, um somit vorgegebene Schaltabläufe vollführen zu können und Schaltzeiten stets beizubehalten.
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Durch die erfindungsgemäße Befestigung der Schwungmasse am Schaltrohr wird ein Wälzlager zur Lagerung des Schaltrohres an der Schwungmasse befestigt. Durch diese erfindungsgemäße Befestigung entfällt eine bisher im Stand der Technik bekannte aufwendige Innenbearbeitung des Schaltrohres, um dieses am Boden des Ölgefäßes eines Lastwählers drehbar zu lagen und zu montieren. Zusätzlich ist durch die Schwungmasse der Massenschwerpunkt nach unten (zum Boden hin) im Lastwähler verlagert, so dass der Lastumschaltereinsatz somit nahezu von alleine senkrecht steht, wenn dieser zur Montage aus dem Ölgefäß entnommen worden ist. Dies gestaltet die Montage sowie die Wartung des Lastumschaltereinsatzes des Lastwählers erheblich einfacher.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers ist für jede der drei Phasen die oben bereits erwähnte Halterung am Schaltrohr befestigt, die das Schaltsegment, die Widerstandsanordnung und das massereiche Element haltert. Ebenso können auch zwei oder drei Halterungen pro Phase vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Teilschwungmasse und die zweite Teilschwungmasse jeweils als halber Kreisring ausgebildet, die an einem unteren Ende an das Schaltrohr gesetzt sind, so dass die erste Teilschwungmasse und die zweite Teilschwungmasse das Schaltrohr umschließen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass am unteren Ende an einer Außenwand des Schaltrohres mindestens zwei gegenüberliegende und flächige Aussparungen ausgebildet sind, mit welcher die erste und die zweite Teilschwungmasse formschlüssig zusammenwirken und dabei auf einem Absatz der Aussparungen aufliegen.
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Ferner sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass die erste und die zweite Teilschwungmasse jeweils eine Nut ausgeformt haben, in die ein Befestigungsring, der ein Wälzlager trägt, mit einem Flansch formschlüssig eingreift, so dass das Schaltrohr mit der Schwungmasse, dem massereichen Element, den Schaltsegmenten und den Widerstandsanordnungen um die Achse drehbar ist. Dabei ist hierzu das Wälzlager des Schaltrohres an einem Boden des Lastwählers gelagert beziehungsweise abgestützt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das massereiche Element eine Platte.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Lastwähler ein Sternpunktlastwähler.
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Zudem bringt die Erfindung neben den bereits aufgeführten Vorteilen auch den Nutzen mit sich, dass aufgrund der Schwungmasse am unteren Ende des Schaltrohres und des massereichen Elements parallel zum Schaltrohr, ein bisher nicht verwendeter freistehender Bauraum genutzt wird. Auch sind diese zur Unterstützung des Schaltablaufs gegenüber den bisher im Stand der Technik bekannten Bauteilen leicht und unkompliziert zu montieren, da diese frei zugänglich im Lastwähler montiert werden können. Somit sind sie montage- und servicefreundlich und ermöglichen zudem, dass Isolationsabstände eingehalten werden können.
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Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Lastwählers;
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2 eine Schnittansicht des Lastwählers entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie A-A;
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3 eine Perspektivansicht des Lastumschaltereinsatzes des dreiphasigen Lastwählers nach 1, wobei die drei am Schaltrohr befestigten Schaltsegmente und das massereiche Element zu sehen sind;
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4 eine weitere Perspektivansicht des Lastumschaltereinsatzes des dreiphasigen Lastwählers nach 1, wobei die drei am Schaltrohr befestigten Widerstandsanordnungen und das massereiche Element zu sehen sind;
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5 eine Perspektivansicht der am Schaltrohr montierten Schwungmasse, wobei die Schwungmasse ferner mit dem erfindungsgemäßen massereichen Element mechanisch verbunden ist;
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6 eine perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Schwungmasse entlang der Schnittlinie B-B aus 5; und
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7 eine Schnittansicht nach 6, wobei hier ein in die beiden Teilschwungmassen eingreifender Befestigungsring für ein Lager dargestellt ist.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie der erfindungsgemäße Lastwähler ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
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1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Laststufenschalters beziehungsweise Lastwählers 1. Der Lastwähler 1 weist einen Antrieb 3, wie beispielsweise einen Elektromotor, mit einem Getriebe 5 auf, der einen nicht dargestellten Kraftspeicher aufzieht. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt ein Schaltrohr 15 eines Lastumschaltereinsatzes 14. Das rotierende Schaltrohr 15 ist dabei in einem Ölgefäß 18 gehaltert. Das Ölgefäß 18 ist nach oben hin mit einem Deckel 19 verschlossen und trägt ferner einen Boden 21.
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Der erfindungsgemäße Lastwähler 1 besitzt eine erste Phase L1, eine zweite Phase L2 und eine dritte Phase L3, die übereinander im Ölgefäß 18 angeordnet sind. Über den drei Phasen L1, L2, L3 sitzt ein Vorwähler 37. In der hier dargestellten Ansicht sind elektrische Anschlusselemente 38 für Vorwählerkontakte an der Ölgefäßwand 17 des Ölgefäßes 18 vorgesehen. Elektrische Anschlusselemente 39 für Stufenkontakte (nicht dargestellt) der drei Phasen L1, L2, L3 sind ebenfalls dabei derart am Lastwähler 1 angeordnet, dass sie durch die Ölgefäßwand 17 des Ölgefäßes 18 greifen.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des Lastwählers 1 aus 1, wobei eine Draufsicht auf die erste Phase L1 dargestellt ist. An einer Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 sind für die zweite Phase L2 mehrere an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angepasste Betätigungselemente 50, die eine Betätigungsanordnung 41 darstellen, angeordnet. Elektrische Anschlusselemente 39 für die Stufenkontakte (hier nicht dargestellt) und ein elektrisches Anschlusselement 68 für einen Ableitkontakt greifen durch die entsprechenden Betätigungselemente 50 und durch die Ölgefäßwand 17 zur Außenwand 16 des Ölgefäßes 18. Verschraubungen in den Schirmkappen 30 an der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 wirken mit nicht dargestellten Haltelementen der nicht dargestellten Stufenkontakte zusammen und halten somit die an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angeordneten Betätigungselemente 50. Die Schirmkappen 30 liegen auf der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 auf. Jedes der Betätigungselemente 50 hat mindestens eine obere Steuerkurve und eine untere Steuerkurve (nicht dargestellt) ausgebildet, die mit entsprechenden und mit Rollen 43 versehenen Betätigungshebeln 45 des Schaltsegments 25 der entsprechenden Phase L1, L2, L3 zusammenwirken.
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Das Schaltrohr 15 trägt in jeder Phase L1, L2, L3 mindesten eine Halterung 40, an der ein massereiches Element 36, die jeweilige Widerstandsanordnung 27 und das jeweilige Schaltsegment 25 montiert sind. Das Schaltsegment 25 ist dabei derart montiert, dass die Rollen 43 der Betätigungshebel 45 mit den entsprechenden Steuerkurven der Betätigungselemente 50 zusammenwirken.
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3 und 4 zeigen verschiedene Perspektivansichten des Lastumschaltereinsatzes 14 des dreiphasigen Lastwählers 1 nach 1. Am Schaltrohr 15 des Lastumschaltereinsatzes 14 sind drei Schaltsegmente 25 befestigt, so dass der Lastwähler 1 in die drei Phasen L1, L2, L3 unterteilt ist. Neben den Schaltsegmenten 25 sind am Schaltrohr 15 ebenso Widerstandsanordnungen 27 befestigt, die den einzelnen Phasen L1, L2, L3 des Lastwählers 1 zugeordnet sind. Durch ein Drehen des Schaltrohres 15 können Kontakte 29S für Stufenkontakte oder Kontakte 29A für Ableitkontakte direkt beschaltet werden, wobei die Kontakte 29S, 29A mit entsprechenden und hier nicht dargestellten Ableitkontakten beziehungsweise den ebenfalls nicht dargestellten Stufenkontakten zusammenwirken. Ein vorgegebener Schaltablauf wird mittels der Steuerkurven (hier nicht dargestellt) realisiert, in dem eine Mehrzahl von Vakuumschaltröhren (nicht dargestellt) in den einzelnen Schaltsegmenten 25 geöffnet beziehungsweise geschlossen werden.
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Erfindungsgemäß ist am Schaltrohr 15 eine Schwungmasse 35 montiert. Zudem trägt das Schaltrohr 15 ein massereiches Element 36.
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In der Perspektivansicht der am Schaltrohr 15 montierten Schwungmasse 35, wie in 5 gezeigt, besteht die Schwungmasse 35 vorzugsweise aus einer ersten Teilschwungmasse 351 und einer zweiten Teilschwungmasse 352. Eine andere Ausführungsform kann auch eine einteilige Schwungmasse 35 vorsehen. Ebenso denkbar sind auch mehrteilige Teilschwungmassen.
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Wie hier gezeigt, trägt das Schaltrohr 15 das massereiche Element 36. Zudem ist das massereiche Element 36 mit der Schwungmasse 35 mechanisch verbunden. Das massereiche Element 36 kann hierzu beispielsweise mit der Schwungmasse 35 verschraubt sein oder sich einfach auf der Schwungmasse 35 abstützen. Ebenso ist es denkbar, dass die Schwungmasse 35 und das massereiche Element 36 keine mechanische Verbindung haben. Dieses massereiche Element 36 und die erste und zweite Teilschwungmasse 351, 352 werden zur Unterstützung des zeitlichen Bewegungsablaufs des Schaltvorgangs benötigt, damit die eine Drehung des Schaltrohres 15 bewirkende Auslösung des Kraftspeichers (nicht dargestellt) eine definierte Schaltung beziehungsweise definierte Einstellung der einzelnen Schaltzustände des Lastwählers 1 vollzieht.
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Wie hier gezeigt, ist für jede der drei Phasen L1, L2, L3 (siehe 1, 3 oder 4) die Halterung 40 am Schaltrohr 15 befestigt, die das jeweilige Schaltsegment 25, die jeweilige Widerstandsanordnung 27 und das massereiche Element 36 haltert.
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Insbesondere sind die erste Teilschwungmasse 351 und die zweite Teilschwungmasse 352 jeweils als halber Kreisring ausgebildet, die an einem unteren Ende 57 an das Schaltrohr 15 gesetzt sind, so dass beide Teilschwungmassen 351, 352 das Schaltrohr 15 umschließen. Somit ist durch beide Teilschwungmassen 351, 352 der Massenschwerpunkt nach unten im Lastumschaltereinsatz 14 verlagert, so dass der Lastumschaltereinsatz 14 somit nahezu von alleine senkrecht steht, wenn dieser für Wartungszwecke aus dem Ölgefäß 18 (siehe 1) entnommen wird. Der Ein- und Ausbau des Lastumschaltereinsatzes 14 ist somit erheblich vereinfacht.
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6 zeigt eine perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Schwungmasse 35 entlang der Schnittlinie B-B aus 5. In dieser hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind am unteren Ende 57 an einer Außenwand 59 des Schaltrohres 15 zwei gegenüberliegende und flächige Aussparungen 56 ausgebildet, mit welcher die erste und die zweite Teilschwungmasse 351, 352 formschlüssig zusammenwirken und dabei auf einem Absatz 58 der Aussparungen 56 aufliegen. Das Schaltrohr 15 ist über ein Wälzlager 74 drehbar gelagert.
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7 zeigt eine Schnittansicht nach 6, wobei hier ein in die beiden Teilschwungmassen 351, 352 eingreifender Befestigungsring 72 dargestellt ist. Insbesondere ist dieser derart ausgestaltet, so dass die erste und die zweite Teilschwungmasse 351, 352 jeweils eine Nut 70 (siehe 6) ausgeformt haben, in die der Befestigungsring 72, der das Wälzlager 74 für das Schaltrohr 15 trägt, mit einem Flansch 76 formschlüssig eingreift. Somit ist das Schaltrohr 15 mit der Schwungmasse 35, dem massereichen Element 36, den Schaltsegmenten 25 (siehe hierzu 3 und 4) und den Widerstandsanordnungen 27 (siehe hierzu ebenfalls 3 und 4) um die Achse A drehbar. Das im Befestigungsring 72 gehalterte Wälzlager 74 sorgt für die leichte Drehbarkeit des Schaltrohres 15.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laststufenschalter, Lastwähler
- 3
- Antrieb
- 5
- Getriebe
- 14
- Lastumschaltereinsatz
- 15
- Schaltrohr
- 16
- Außenwand des Ölgefäßes
- 17
- Ölgefäßwand
- 18
- Ölgefäß
- 19
- Deckel
- 20
- Innenwand des Ölgefäßes
- 21
- Boden
- 25
- Schaltsegment
- 27
- Widerstandsanordnung
- 29A
- beweglicher Kontakt für Ableitkontakt
- 29S
- beweglicher Kontakt für Stufenkontakt
- 30
- Schirmkappe
- 35
- Schwungmasse
- 351
- erste Teilschwungmasse
- 352
- zweite Teilschwungmasse
- 36
- massereiches Element
- 37
- Vorwähler
- 38
- elektrisches Anschlusselement für Vorwählerkontakt
- 39
- elektrisches Anschlusselement für Stufenkontakt
- 40
- Halterung
- 41
- Betätigungsanordnung
- 43
- Rolle
- 45
- Betätigungshebel
- 50
- Betätigungselement
- 51
- obere Steuerkurve
- 55
- elektrische Verbindung
- 56
- Aussparung
- 57
- unteres Ende
- 58
- Absatz
- 59
- Außenwand des Schaltrohres
- 68
- elektrisches Anschlusselement für Ableitontakt
- 70
- Nut
- 72
- Befestigungsring
- 74
- Wälzlager
- 76
- Flansch
- A
- Achse
- A-A
- Schnittlinie
- B-B
- Schnittlinie
- L1
- erste Phase
- L2
- zweite Phase
- L3
- dritte Phase
