DE102019130457B3

DE102019130457B3 - Laststufenschalter

Info

Publication number: DE102019130457B3
Application number: DE102019130457.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schuster; Andreas Raith; Georg Kellendorfer
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: CN114730669A; WO2021094015A1; EP4042461A1; US12087537B2; US20220406534A1; AU2020385221A1; JP2023500074A

Abstract

Laststufenschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (N1, ... NJ, ..., NN) eines Stufentransformators (1), umfassend- mindestens eine Wählereinheit (30) zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung (NJ);- mindestens eine Lastumschaltereinheit (40) zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung (NJ-1) auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung (NJ);- mindestens ein Zahnradgetriebe (50) mit einem ersten Zahnrad (31) und einem zweiten Zahnrad (41), wobei das erste Zahnrad (31) der Wählereinheit (30) zugeordnet ist und das zweite Zahnrad (41) der Lastumschaltereinheit (40) zugeordnet ist;- eine Antriebswelle (60), die von einem Motorantrieb (70) betätigt wird; wobei- das erste Zahnrad (31) und das zweite Zahnrad (41) direkt miteinander in mechanischer Wirkverbindung stehen, derart, dass die Zahnräder (31, 41) zeitgleich betätigbar sind;- die Antriebswelle (60) sowohl das erste Zahnrad (31) als auch das zweite Zahnrad (41) antreiben kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Lastumschaltung zwischen unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
Bekannte Laststufenschalter bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Vorwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Transformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Die Umschaltung erfolgt durch mechanische Betätigung unterschiedlicher Schalter und Kontakte des Wählers und des Lastumschalters, die durch einen Motorantrieb und eine Antriebswelle initiiert wird. Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Laststufenschalter samt Motorantrieb und Schaltschrank, in dem sich die Motorsteuerung befindet, von außen an das Transformatorgehäuse zu montieren (sogenannter „Anbauschalter“).
Das Dokument GB 1 114 868 A offenbart einen dreiphasigen Laststufenschalter in einem Behälter, der seitlich an der Wand eines Ölkessels eines Transformators angebracht wird. Der Laststufenschalter umfasst einen Wähler, der mit beweglichen Wählerkontakten leistungslos die Wicklungsanzapfungen des Transformators vorwählt, und einen Lastumschalter mit zwei Vakuumschaltern, mit welchen die eigentliche Lastumschaltung durchgeführt wird. Über ein Zahnradgetriebe werden die einzelnen Schalt- und Kontaktelemente des Wählers und des Lastumschalters betätigt.
DE 923 978 B betrifft eine Stufenregeleinrichtung für Transformatoren. Hier umfasst die Stufenschalteinrichtung zwei Lastschalter und zwei stromlos schaltende Stufenwähler. Die Betätigung der Schaltelemente der Lastschalter erfolgt über zwei Antriebswellen und mehrere Kegelradradgetriebe. Der Antrieb der beweglichen Kontakte der Stufenwähler erfolgt über ein Kettengetriebe, welches über eine weitere Antriebswelle angetrieben wird. Diese Antriebswelle treibt über ein Kegelradgetriebe auch die zwei Antriebswellen der Lastschalter an.
DE 19 02 245 C beschreibt einen Transformator mit Stufenschalter. Der Stufenschalter umfasst einen Stufenwähler und einen Lastumschalter. Mittels einer aus mehreren Teilwellen bestehenden Antriebswelle wird der Lastumschalter angetrieben und mittels einer Antriebswelle wird der Stufenwähler von einem gemeinsamen Antrieb über ein Vorgelege angetrieben. Die Übertragung der Drehbewegung gleichermaßen auf die Antriebswelle des Stufenwählers und die Antriebswelle des Lastumschalters erfolgt über ein Kegelradgetriebe.
DE 538 304 A beschreibt einen Stufenschalter zur Regelung eines Anzapftransformators unter Last. Dieser umfasst einen Stufenwähler, einen Lastumschalter und einen Überschaltwiderstand. Der Stufenwähler und der Lastumschalter werden von einer Antriebswelle betätigt. Diese treibt direkt die Wählereinheit an und die Drehbewegung wird über ein Kegelradgetriebe auf den Lastumschalter übertragen.
Das gattungsgemäße Dokument DE 675 083 A beschreibt eine Anordnung an Stufenschaltern für Transformatoren zur unterbrechungslosen Umschaltung unter Last. Der Stufenschalter weist einen Wähler auf, der die Anzapfungen der Sekundärwicklung eines Transformators beschaltet und dabei von einer Antriebsvorrichtung angetrieben wird. Während des Umschaltens von einer Anzapfung auf die andere wird der Laststrom von gasgefüllten Entladungsgefäßen übernommen. Bei einem Umschaltvorgang wird der Antriebsmotor in Bewegung gesetzt und treibt eine Antriebswelle an. Auf der Antriebswelle ist ein Nocken angeordnet, der wiederum die Lastumschaltereinheit betätigt. Über ein Kegelradgetriebe wird die Bewegung der Antriebswelle auch auf die Wählereinheit übertragen.
Bei Laststufenschaltern im Betrieb kann es, beispielsweise aufgrund einer Änderung der Anforderungen an den Laststufenschalter oder nach jahrzehntelanger Betriebslaufzeit und damit einhergehenden Alterungserscheinungen des Laststufenschalters, erforderlich sein, den Laststufenschalter auszutauschen. Beim Austausch eines alten durch einen neuen Laststufenschalter sind neben den technischen Anforderungen an den Laststufenschalter auch die Gegebenheiten am Einsatzort, insbesondere die platzmäßigen Gegebenheiten zu beachten, denn in der Regel steht für den Laststufenschalter nur ein begrenzter bzw. definierter Raum zur Verfügung.
Wird ein neuer Transformator mit einem Laststufenschalter bestückt, so wird in der Regel zunächst der Laststufenschalter an dem Transformator montiert und anschließend der Transformator samt Laststufenschalter zum Einsatzort bzw. Endkunden transportiert. Der Transport erfolgt beispielsweise auf einem Bahnwagon oder in einem LKW, sodass nur ein begrenzter Raum für Transformator einschließlich Laststufenschalter und dem zugehörigen Motorantrieb mit Schaltschrank zur Verfügung steht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Konzept für einen Laststufenschalter bereitzustellen, der platzsparend und an die räumlichen Gegebenheiten vor Ort anpassbar am Transformator montierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Laststufenschalter umfasst einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Der Laststufenschalter umfasst mindestens eine Wählereinheit zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung, mindestens ein Zahnradgetriebe mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad der Wählereinheit und das zweite Zahnrad der Lastumschaltereinheit zugeordnet ist, und eine Antriebswelle, die von einem Motorantrieb betätigt wird. Dabei stehen das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad direkt miteinander in mechanischer Wirkverbindung, derart, dass die Zahnräder zeitgleich betätigbar sind. Das erste Zahnrad ist auf einer ersten Zahnradwelle und das zweite Zahnrad auf einer zweiten Zahnradwelle drehfest gelagert. Die erste Zahnradwelle ist um eine erste Zahnradachse drehbar und die zweite Zahnradwelle ist um eine zweite Zahnradachse drehbar. Die Antriebswelle kann sowohl das erste Zahnrad als auch das zweite Zahnrad antreiben, wobei die Antriebswelle beim Antreiben des ersten Zahnrades auf der ersten Zahnradachse und beim Antreiben des zweiten Zahnrades auf der zweiten Zahnradachse angeordnet ist. Somit kann das erste Zahnrad das treibende Rad und das zweite Zahnrad das getriebene Rad sein, oder umgekehrt. Durch die direkte, mechanische Kopplung der Zahnräder werden die Wählereinheit und die Lastumschaltereinheit gleichermaßen und zentral durch die Antriebswelle betätigt. Direkt, das bedeutet konkret ohne Zwischenglied zwischen den Zahnrädern.
Das Übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes ist vorzugsweise i=1. Als Motorantrieb sind sämtliche Arten von Motoren denkbar, z. B. mit Gleichstrom betriebene Motoren, mit Wechselstrom betriebene Motoren, geregelte und ungeregelte Motorsysteme.
Das verbesserte Konzept hat den Vorteil, dass durch die konstruktive Ausgestaltung des Laststufenschalters und insbesondere des Getriebes, welches die Antriebsbewegung der Antriebswelle gleichermaßen auf die Betätigungsmittel des Wählers und des Lastumschalters überträgt, die Antriebswelle und der Motorantrieb variabel angeordnet werden können. Dies erlaubt es, flexibel auf die begrenzte Platzverfügbarkeit beim Transport des Transformators zum Einsatzort oder auf die räumlichen Gegebenheiten am Einsatzort, beispielsweise einem Umspannwerk oder einer gasisolierten Schaltanlage, zu reagieren.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind die mindestens eine Wählereinheit, die mindestens eine Lastumschaltereinheit, das mindestens eine Zahnradgetriebe und die Antriebswelle in einem Gehäuse des Laststufenschalters angeordnet. Das Gehäuse ist vorzugsweise nach außen hin abgedichtet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind das erste Zahnrad und die erste Zahnradwelle einstückig ausgebildet und das zweite Zahnrad und die zweite Zahnradwelle einstückig ausgebildet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform schneiden sich die erste und die zweite Zahnradachse in einem definierten Winkel. Vorzugsweise schneiden sich die erste und die zweite Zahnradachse in einem Winkel von 90 Grad.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad jeweils als Kegelrad ausgebildet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Grundform der Kegelräder als Kegelstumpf mit verzahnter Mantelfläche ausgebildet. Die Verzahnung kann als Gerad- und/oder Schrägverzahnung ausgebildet sein. Gemäß einer möglichen Ausführungsform fallen das erste und das zweite Kegelrad an den Spitzen der Verzahnung zusammen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind das erste und das zweite Zahnrad identisch ausgebildet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Antriebswelle über eine Kupplung entweder mit der ersten Zahnradwelle oder mit der zweiten Zahnradwelle drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist die Kupplung als Kupplung mit mehreren Kupplungsschalen ausgebildet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Antriebswelle beim Antreiben des ersten Zahnrades in Verlängerung der ersten Zahnradwelle und beim Antreiben des zweiten Zahnrades in Verlängerung der zweiten Zahnradwelle angeordnet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist der Motorantrieb mittels eines Getriebemoduls an dem Gehäuse des Laststufenschalters befestigt. Es kann vorgesehen sein, dass das Getriebemodul zudem als Dichtmodul ausgebildet ist und den Innenraum des Gehäuses des Laststufenschalters nach außen hin abdichtet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter weiterhin einen Schaltschrank, in dem zumindest die Steuerung des Motorantriebes angeordnet ist, und der separat, d. h. räumlich getrennt zum Motorantrieb ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Schaltschrank über ein Kabel mit dem Motorantrieb verbunden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist der Schaltschrank an einem Gehäuse des Stufentransformators und/oder am Gehäuse des Laststufenschalters und/oder an einem geeigneten Befestigungsmittel befestigt. Das geeignete Befestigungsmittel kann beispielsweise eine Wand am Einsatzort des Stufentransformators sein.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist der Laststufenschalter als dreiphasiger Laststufenschalter ausgebildet und umfasst jeweils eine Wählereinheit, eine Lastumschaltereinheit, eine Antriebswelle und ein Zahnradgetriebe pro Phase, also insgesamt drei Wählereinheiten, drei Lastumschaltereinheiten, drei Antriebswellen und drei Zahnradgetriebe.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter demnach eine erste, eine zweite und eine dritte Wählereinheit, eine erste, eine zweite und eine dritte Lastumschaltereinheit, eine erste, eine zweite und eine dritte Antriebswelle und ein erstes, ein zweites und ein drittes Zahnradgetriebe. Die erste Antriebswelle betätigt über das erste Zahnradgetriebe die erste Wählereinheit und die erste Lastumschaltereinheit. Die zweite Antriebswelle betätigt über das zweite Zahnradgetriebe die zweite Wählereinheit und die zweite Lastumschaltereinheit. Die dritte Antriebswelle betätigt über das dritte Zahnradgetriebe die dritte Wählereinheit und die dritte Lastumschaltereinheit.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind die Antriebswellen derart miteinander mechanisch gekoppelt, dass die erste Antriebswelle über das erste Zahnradgetriebe die zweite Antriebswelle antreibt und die zweite Antriebswelle über das zweite Zahnradgetriebe die dritte Antriebswelle antreibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zahnradgetriebe als Kegelradgetriebe ausgebildet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform liegen die zweite und die dritte Antriebswelle auf einer gemeinsamen Achse.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform liegen die erste, die zweite und die dritte Antriebswelle auf einer gemeinsamen Achse.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform umfasst jede Phase des Laststufenschalters jeweils ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad und jeweils eine erste Zahnradwelle und eine zweite Zahnradwelle.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist zwischen zwei Antriebswellen wenigstens eine zweite Zahnradwelle angeordnet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind die Antriebswellen und die zweiten Zahnradwellen über wenigstens eine Kupplung drehfest miteinander verbunden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen

1 einen schematischen Aufbau eines Stufentransformators mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung der Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators;
3A eine Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
3B eine Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
4A eine Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
4B eine Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
5A eine Detailansicht des Laststufenschalters aus den 3A und 4A;
5B eine Detailansicht des Laststufenschalters aus den 3B und 4B;
6A eine schematische Darstellung eines Stufentransformators mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
6B eine weitere schematische Darstellung eines Stufentransformators mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stufentransformators 1 mit einer beispielhaften Ausführungsform eines bekannten Laststufenschalters 10, der als Anbauschalter ausgebildet ist. Der Laststufenschalter 10 weist einen Wähler 30 und einen Lastumschalter 40 auf und wird von einem Motorantrieb 70 angetrieben, dessen Steuerung in einem Schaltschrank 72 räumlich untergebracht ist. Der Laststufenschalter 10, der Motorantrieb 70 und der Schaltschrank 72 sind in einem Gehäuse 11 angeordnet.
2 zeigt schematisch eine Regelwicklung 2 des Stufentransformators 1 (siehe 1) mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N₁, ..., N_J, ..., N_N . Die Wicklungsanzapfungen N₁, ..., N_J, ..., N_N werden durch den Laststufenschalter 10 zu- bzw. abgeschaltet. Das Ab- bzw. Zuschalten kann mit beliebigen Mitteln, wie z.B. mit einem Wähler 30, einem Lastumschalter 40, etc., umgesetzt werden. Die Betätigung des Laststufenschalters 10 erfolgt über den Motorantrieb 70.
3A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 nach dem verbesserten Konzept in der Draufsicht. Der Laststufenschalter 10 umfasst ein Gehäuse 11, eine Wählereinheit 30 zur leistungslosen Vorwahl einer ausgewählten Wicklungsanzapfung N₁, ..., N_J, ..., N_N einer Regelwicklung 2 eines Stufentransformators 1 (siehe 2), eine Lastumschaltereinheit 40, mit welcher die eigentliche Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung N_J auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung N_J+1 (nicht dargestellt) der Regelwicklung erfolgt, und ein Zahnradgetriebe 50, das als Kegelradgetriebe ausgebildet ist und das ein erstes Kegelrad 31 und ein zweites Kegelrad 41 aufweist. Die Kegelräder 31 und 41 sind als Kegelstumpf mit verzahnter Mantelfläche und aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise Stahl, ausgebildet. Die Zähne auf der verzahnten Mantelfläche sind ineinander verzahnt, sodass die Kegelräder 31 und 41 direkt, d. h. ohne Zwischenglied, miteinander in mechanischer Wirkverbindung stehen. Das erste Kegelrad 31 ist der Wählereinheit 30 zugeordnet und betätigt diese, und das zweite Kegelrad 41 ist der Lastumschaltereinheit 40 zugeordnet und betätigt diese. Weiterhin weist der Laststufenschalter 10 eine Antriebswelle 60 auf, die an einem ersten Ende 61 mit dem Kegelradgetriebe 50 und an einem zweiten Ende 62 mit einem Motorantrieb 70 verbunden ist. Die Antriebswelle 60 ist vorzugsweise aus Isolierstoff ausgebildet. Der Motorantrieb 70 ist mittels eines Getriebemoduls 71, insbesondere eines Dichtmoduls, welches den Innenraum des Gehäuses 11 nach außen hin abdichtet, in Verlängerung der Antriebswelle 60 seitlich an dem Gehäuse 11 befestigt. Gemäß dieser Ausführungsform treibt die Antriebswelle 60 direkt das Kegelrad 41, also die Lastumschaltereinheit 40 an. Aufgrund der mechanischen Wirkverbindung zwischen Kegelrad 31 und Kegelrad 41 wird die Rotationsbewegung des Kegelrades 41 direkt auf das Kegelrad 31 übertragen, sodass die Wählereinheit 30 gleichermaßen wie die Lastumschaltereinheit 40 betätigt wird.
3B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 nach dem verbesserten Konzept in der Draufsicht. Gemäß dieser Ausführungsform treibt die Antriebswelle 60 direkt das Kegelrad 31, also die Wählereinheit 30 an. Aufgrund der mechanischen Wirkverbindung zwischen Kegelrad 41 und Kegelrad 31 wird die Lastumschaltereinheit 40 gleichermaßen wie die Wählereinheit 30 betätigt. Der Motorantrieb 70 ist mittels des Getriebemoduls 71 in Verlängerung der Antriebswelle 60 stirnseitig an dem Gehäuse 11 befestigt.
4A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 nach dem verbesserten Konzept in der Draufsicht. Beispielhaft ist der Laststufenschalter 10 hier als dreiphasiger Laststufenschalter aufgebaut und umfasst daher insgesamt drei Wählereinheiten 30, 81 und 91, drei Lastumschaltereinheiten 40, 82 und 92, drei Antriebswellen 60, 80 und 90, und drei Zahnradgetriebe 50, 83 und 93. Die Antriebswelle 60 betätigt über das Zahnradgetriebe 50 die Wählereinheit 30 und die Lastumschaltereinheit 40, die Antriebswelle 80 betätigt über das Zahnradgetriebe 83 die Wählereinheit 81 und die Lastumschaltereinheit 82 und die Antriebswelle 90 betätigt über das Zahnradgetriebe 93 die Wählereinheit 91 und die Lastumschaltereinheit 92. Die drei, in jeweils eine Wählereinheit 30, 81, 91, eine Lastumschaltereinheit 40, 82, 92, eine Antriebswelle 60, 80, 90 und ein Zahnradgetriebe 50, 83, 93 unterteilbaren Phasen sind allesamt in einem Gehäuse 11 angeordnet. Die Antriebswellen 60, 80, 90 sind auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet und derart mechanisch miteinander gekoppelt, dass die erste Antriebswelle 60 über das Zahnradgetriebe 50 die zweite Antriebswelle 80 antreibt, und die zweite Antriebswelle 80 wiederum über das zweite Zahnradgetriebe 83 die dritte Antriebswelle 90 antreibt. Die erste Antriebswelle 60 wird von dem Motorantrieb 70 angetrieben, der in Verlängerung der Antriebswelle 60 seitlich an dem Gehäuse 11 angeordnet ist. Die Antriebswelle überträgt die Antriebsbewegung auf das Zahnradgetriebe 50. Somit werden alle drei Phasen mit den jeweiligen Wählereinheiten 30, 81, 91 und den jeweiligen Lastumschaltereinheiten 40, 82, 92 zentral über die Antriebswelle 60 angetrieben.
In 5A ist eine Detailansicht des Laststufenschalters 10 aus den 3A und 4A dargestellt, die die mechanische Kopplung zwischen der ersten Antriebswelle 60 und der zweiten Antriebswelle 80 über das Kegelradgetriebe 50 zeigt. Bei der Ausführungsform gemäß 4A ist die Kopplung zwischen der zweiten Antriebswelle 80 und der dritten Antriebswelle 90 identisch aufgebaut. Das erste Kegelrad 31 ist drehfest auf einer ersten Zahnradwelle 32 angeordnet und das zweite Kegelrad 41 ist drehfest auf einer zweiten Zahnradwelle 42 angeordnet. Die Zahnradwellen 32 und 42 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, z. B. Stahl. Die erste Zahnradwelle 32 ist drehbar um eine Zahnradachse 33 und die zweite Zahnradwelle 42 ist drehbar um eine Zahnradachse 43 gelagert. Die erste Zahnradachse 33 und die zweite Zahnradachse 43 schneiden sich in einer Ebene in einem definierten Winkel α, welcher vorzugsweise als rechter Winkel ausgebildet ist. Die Wählereinheit 30 umfasst einen Treiber 34, der drehfest mit der ersten Zahnradwelle 32 verbunden ist und bewegliche Wählerkontakte (nicht dargestellt) betätigt, die die Wicklungsanzapfungen N₁, ..., N_J, ..., N_N (nicht dargestellt) der Regelwicklung 2 des Stufentransformators 1 (siehe 2) kontaktieren. Die Lastumschaltereinheit 40 umfasst Betätigungsmittel 44 für Schaltelemente (nicht dargestellt), mit welchen die eigentliche Lastumschaltung von einer Wicklungsanzapfung N_J auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung N_J+1 (nicht dargestellt) der Regelwicklung 2 (siehe 2) durchgeführt wird. Die Betätigungsmittel 44 sind als Nockenscheiben 44 ausgebildet, die drehfest mit der Zahnradwelle 42 verbunden sind und bei deren Drehung die Schaltelemente (nicht dargestellt), beispielsweise über einen Hebelmechanismus, geöffnet und geschlossen werden. Die Schaltelemente (nicht dargestellt) können vorzugsweise als Vakuumschaltröhren ausgebildet sein. Beispielsweise ist pro Vakuumschaltröhre eine Nockenscheibe 44 vorgesehen. Die Antriebswelle 60 ist in Verlängerung der zweiten Zahnradwelle 42 auf der zweiten Zahnradachse 43 angeordnet und an dem ersten Ende 61 über eine Kupplung 63 drehfest mit der zweiten Zahnradwelle 42 verbunden. Am zweiten Ende 62 der Antriebswelle 60 ist der Motorantrieb 70 angeordnet und treibt die Antriebswelle 60 über eine Kupplung 64 an. Innerhalb einer 360 Grad Drehung von Antriebswelle 60 und Zahnradwelle 42 wird eine Betätigung der Lastumschaltereinheit 40 und - aufgrund der Koppelung der Kegelräder 41 und 31 - eine Betätigung der Wählereinheit 30 durchgeführt. Die Bewegungsübertragung zwischen den Antriebswellen 60 und 80 erfolgt über die Kupplung 63, die zweite Zahnradwelle 42 und über eine weitere Kupplung 84, die die Antriebswelle 80 drehfest mit der zweiten Zahnradwelle 42 verbindet. Vorzugsweise weisen die Kupplungen 62, 64 und 84 jeweils zwei Kupplungsschalen auf. Grundsätzlich kann jedoch jede Art von Wellenkupplung eingesetzt werden.
4B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 nach dem verbesserten Konzept in der Draufsicht. Auch dieser Laststufenschalter 10 ist beispielhaft als dreiphasiger Schalter ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Motorantrieb 70 analog zu der in 3B gezeigten Ausführungsform in Verlängerung der Antriebswelle 60 stirnseitig an dem Gehäuse 11 angeordnet, d. h. die Antriebswelle 60 treibt direkt das erste Zahnrad 31 an, wie im Folgenden anhand der Beschreibung der 5B genauer erläutert wird. Die Koppelung zwischen der zweiten Antriebswelle 80 und der dritten Antriebswelle 90 ist analog zu der in 5A gezeigten Anordnung ausgebildet.
5B zeigt eine Detailansicht des Laststufenschalters 10 aus den 3B und 4B.
Hier ist die Antriebwelle 60 in Verlängerung der ersten Zahnradwelle 32 auf der ersten Zahnradachse 33 angeordnet und an ihrem ersten Ende 61 über die Kupplung 63 drehfest mit der ersten Zahnradwelle 32 verbunden. Folglich treibt die Antriebswelle 60 direkt das erste Zahnrad 31 an, welches die Bewegung auf das zweite Zahnrad 41 überträgt, welches wiederum drehfest auf der zweiten Zahnradwelle 42 angeordnet ist. Über die Kupplung 84 wird die Rotationsbewegung von der zweiten Zahnradwelle 42 auf die zweite Antriebswelle 80 übertragen.
6A zeigt eine schematische Darstellung eines Stufentransformators 1 mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 nach dem verbesserten Konzept. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Laststufenschalter 10 als Anbauschalter realisiert, der in einem Gehäuse 11 untergebracht und außerhalb eines Transformatorgehäuses 3 an diesem angeordnet ist. Der Motoantrieb 70 ist seitlich am Gehäuse 11 des Laststufenschalters 10 montiert. Der dazugehörige Schaltschrank 72 ist am Transformatorgehäuse 3 angebracht und über ein Kabel 73 mit dem Motorantrieb 70 verbunden.
6B zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Stufentransformators 1 mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 nach dem verbesserten Konzept. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Motorantrieb 70 stirnseitig am Gehäuse 11 des Laststufenschalters 10 montiert. Der dazugehörige Schaltschrank 72 ist ebenfalls stirnseitig am Gehäuse 11 des Laststufenschalters 10 angeordnet und über ein Kabel 73 mit dem Motorantrieb 70 verbunden.
Die Anordnung des Schaltschrankes 72 ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Schaltschrank 72 kann aufgrund der flexiblen Kabelverbindung innerhalb einer bestimmten Entfernung zum Laststufenschalter 10, die beispielsweise von der Kabellänge und/oder der Antriebslösung abhängt, grundsätzlich überall am Einsatzort des Transformators befestigt werden, beispielsweise an einer nahegelegenen Wand.
Mit einem Laststufenschalter 10 gemäß dem verbesserten Konzept ist es möglich, flexibel auf unterschiedliche räumliche Voraussetzungen bei dem Transport zum oder direkt am Einsatzort zu reagieren. Der Motorantrieb kann variabel stirnseitig oder seitlich am Gehäuse des Laststufenschalters angebracht werden. Ebenso ist der Schaltschrank variabel und separat von Motorantrieb und Laststufenschalter anordenbar. Dies ist zum Beispiel von Vorteil beim Austausch eines alten Laststufenschalters durch einen neuen, da dem neuen Laststufenschalter dann unter Umständen nur ein begrenzter Raum für die Anbringung am Transformatorgehäuse zur Verfügung steht, beispielsweise jener, den zuvor der alte Laststufenschalter eingenommen hat. Weiterhin von Vorteil ist das verbesserte Konzept zum Beispiel beim Transport des Transformators mit dem Laststufenschalter. Vor allem bei Anbauschaltern wird hier durch den Laststufenschalter mit zugehörigem Motorantrieb und Schaltschrank zusätzlicher Platz beansprucht. Mit dem verbesserten Konzept ist es möglich, den beispielsweise auf einem Bahnwagon oder in einem LKW zur Verfügung stehenden Platz bestmöglich zu nutzen und den Laststufenschalter mit dem Transformator platzsparend zu transportieren. Zudem kann der zugehörige Schaltschrank gemäß dem verbesserten Konzept auch separat transportiert und erst nachträglich am Einsatzort an geeigneter Stelle (siehe 6A und 6B) montiert werden, sodass auch hierbei flexibel auf unterschiedliche platzmäßige Gegebenheiten bei Transport und am Einsatzort reagiert werden kann.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer begleitenden Vorteile durch die vorstehende Beschreibung verstanden werden. Ferner ist es offensichtlich, dass verschiedene Änderungen an der Form, Konstruktion und Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne vom offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne auf alle materiellen Vorteile zu verzichten. Die beschriebene Ausführungsform ist lediglich erläuternd und solche Änderungen werden durch die nachstehenden Ansprüche mit umfasst. Weiterhin versteht es sich, dass die Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist.
Bezugszeichenliste

1: Stufentransformator
2: Regelwicklung von 1
3: Transformatorgehäuse
10: Laststufenschalter
11: Gehäuse
30: Wählereinheit
31: erstes Zahnrad
32: erste Zahnradwelle
33: erste Zahnradachse
34: Treiber von 30
40: Lastumschaltereinheit
41: zweites Zahnrad
42: zweite Zahnradwelle
43: zweite Zahnradachse
44: Nockenscheiben / Betätigungsmittel von 40
50: Zahnradgetriebe
60: Antriebswelle
61: erstes Ende von 60
62: zweites Ende von 60
63: Kupplung am ersten Ende 61
64: Kupplung am zweiten Ende 62
70: Motorantrieb
71: Getriebemodul
72: Schaltschrank
73: Kabel
80: zweite Antriebswelle
81: zweite Wählereinheit
82: zweite Lastumschaltereinheit
83: zweites Zahnradgetriebe
84: Kupplung
90: dritte Antriebswelle
91: dritte Wählereinheit
92: dritte Lastumschaltereinheit
93: drittes Zahnradgetriebe
α: Winkel
A: Achse
N₁, ...N_J, ..., N_N: Wicklungsanzapfungen von 1

Claims

Laststufenschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (N₁, ...N_J, ..., N_N) eines Stufentransformators (1), umfassend - mindestens eine Wählereinheit (30) zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung (N_J); - mindestens eine Lastumschaltereinheit (40) zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung (N_J-1) auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung (N_J); - mindestens ein Zahnradgetriebe (50) mit einem ersten Zahnrad (31) und einem zweiten Zahnrad (41), wobei das erste Zahnrad (31) der Wählereinheit (30) zugeordnet ist und das zweite Zahnrad (41) der Lastumschaltereinheit (40) zugeordnet ist; - eine Antriebswelle (60), die von einem Motorantrieb (70) betätigt wird; wobei - das erste Zahnrad (31) und das zweite Zahnrad (41) direkt miteinander in mechanischer Wirkverbindung stehen, derart, dass die Zahnräder (31, 41) zeitgleich betätigbar sind; - das erste Zahnrad (31) auf einer ersten Zahnradwelle (32) und das zweite Zahnrad (41) auf einer zweiten Zahnradwelle (42) drehfest gelagert sind; - die erste Zahnradwelle (32) um eine erste Zahnradachse (33) drehbar ist und die zweite Zahnradwelle (42) um eine zweite Zahnradachse (43) drehbar ist, wobei - die Antriebswelle (60) sowohl das erste Zahnrad (31) als auch das zweite Zahnrad (41) antreiben kann, wobei die Antriebswelle (60) beim Antreiben des ersten Zahnrades (31) auf der ersten Zahnradachse (33) und beim Antreiben des zweiten Zahnrades (42) auf der zweiten Zahnradachse (43) angeordnet ist.
Laststufenschalter (10) nach dem vorigen Anspruch, wobei die mindestens eine Wählereinheit (30), die mindestens eine Lastumschaltereinheit (40), das mindestens eine Zahnradgetriebe (50) und die Antriebswelle (60) in einem Gehäuse (11) des Laststufenschalters (10) angeordnet sind.
Laststufenschalter (10) nach Anspruch 1, wobei - die erste und die zweite Zahnradachse (33, 43) sich in einem definierten Winkel (α) schneiden.
Laststufenschalter (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Zahnrad (31) und das zweite Zahnrad (41) als Kegelräder ausgebildet sind.
Laststufenschalter (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Antriebswelle (60) über eine Kupplung (63) entweder mit der ersten Zahnradwelle (32) oder mit der zweiten Zahnradewelle (42) drehfest verbindbar ist.
Laststufenschalter (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Motorantrieb (70) mittels eines Getriebemoduls (71) an dem Gehäuse (11) des Laststufenschalters (10) befestigt werden kann.
Laststufenschalter (10) nach einem der vorigen Ansprüche, weiterhin umfassend einen Schaltschrank (72), der separat zum Motorantrieb (70) ausgebildet ist.
Laststufenschalter (10) nach einem der vorigen Ansprüche, umfassend - eine zweite und eine dritte Wählereinheit (81, 91), - eine zweite und eine dritte Lastumschaltereinheit (82, 92), - eine zweite und eine dritte Antriebswelle (80, 90), - ein zweites und ein drittes Zahnradgetriebe (83, 93); wobei - die zweite Antriebswelle (80) über das zweite Zahnradgetriebe (83) die zweite Wählereinheit (81) und die zweite Lastumschaltereinheit (82) betätigt, - die dritte Antriebswelle (90) über das dritte Zahnradgetriebe (93) die dritte Wählereinheit (91) und die dritte Lastumschaltereinheit (92) betätigt.
Laststufenschalter (10) nach Anspruch 8, wobei - die Antriebswellen (60, 80, 90) derart miteinander mechanisch gekoppelt sind, dass die Antriebswelle (60) über das Zahnradgetriebe (50) die zweite Antriebswelle (80) antreibt, die zweite Antriebswelle (80) über das zweite Zahnradgetriebe (83) die dritte Antriebswelle (90) antreibt.
Laststufenschalter (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei - die zweite Antriebswelle (80) und die dritte Antriebswelle (90) auf einer gemeinsamen Achse (A) liegen.