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Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Lastumschaltung zwischen unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
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Laststufenschalter sind aus dem Stand der Technik bekannt und bestehen meistens aus einem Lastumschalter und einem Wähler. Der Lastumschalter, mit den Vakuumschaltröhren und den Überschaltwiderständen, ist in einem Gefäß angeordnet. Der Wähler ist aus einer Vielzahl von im Kreis angeordneten Stäben aufgebaut. An diesen Stäben sind in unterschiedlichen Ebenen Kontakte angeordnet, die als Anschlüsse für die einzelnen Stufen der Regelwicklungen dienen. Innerhalb des Wählers sind zwei Wählerarme an einer Schaltsäule befestigt. Diese kontaktieren die Kontakte an den Stäben. Lastumschalter und Wähler sind über ein Getriebe miteinander verbunden.
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Die Betätigung des Laststufenschalters erfolgt mittels eines Antriebs, der einerseits einen Federenergiespeicher aufzieht, um den Lastumschalter zu betätigen, und andererseits die Wählerarme bewegt, um die zu beschaltenden Kontakte vorzuwählen. Dabei werden sowohl im Lastumschalter als auch im Wähler stets die Kontakte und Schaltmittel aller drei Phasen gleichzeitig betätigt. Dies führt zwangsläufig zu Drehmomentspitzen, da die gleichen Kontakte einer jeden Phase zur selben Zeit betätigt werden müssen. Antrieb, Federspeicher und Getriebe müssen derart ausgelegt werden, dass diese die Drehmomentspitzen bewältigen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter zu schaffen, der während der Betätigung deutlich kleinere Drehmomentspitzen erzeugt, einfach und kompakt aufgebaut ist und dabei eine sichere Funktion gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit einem Laststufenschalter gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Lastumschaltung zwischen unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators vor, umfassend:
- - ein erstes Modul mit einer ersten Modulwelle;
- - ein zweites Modul mit einer zweiten Modulwelle, wobei:
- - die erste Modulwelle das erste Modul betätigt;
- - die zweite Modulwelle das zweite Modul betätigt;
- - die erste und zweite Modulwelle derart miteinander mechanisch gekoppelt sind, dass die erste Modulwelle die zweite Modulwelle antreibt und das zweite Modul zeitlich versetzt zum ersten Modul betätigt wird.
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Durch die Aufteilung des Laststufenschalters in einzelne Module und deren versetzte mechanische Kopplung werden Drehmomentspitzen deutlich reduziert. Dies wird dadurch erreicht, dass die zu betätigenden Elemente der Module des Laststufenschalters zwar gleichzeitig angetrieben, jedoch leicht versetzt nacheinander betätigt werden. Der Versatz ist dabei gerade so groß, dass keine negativen elektrischen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Phasen eines Stufentransformators auftreten, jedoch die auftretenden Drehmomentanstiege leicht versetzt zueinander entstehen. Dies ermöglicht die Verwendung eines deutlich einfacheren und damit günstigeren Motors. Weiterhin können die einzelnen Teile der Antriebswelle kleiner dimensioniert werden, da diese kleineren Drehmomentbelastungen standhalten müssen. Auch dies wirkt sich positiv auf den Preis des gesamten Schalters aus. Ohne eine mechanisch versetzte Kopplung würden in jedem Modul zur gleichen Zeit die gleichen Elemente bewegt bzw. betätigt werden. Die benötigte Kraft würde sich summieren, was einen Antrieb mit entsprechender Leistung erfordern würde.
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Jedes Modul kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise eine Modulwelle umfassen. Die erste Modulwelle des ersten Moduls ist mit der zweiten Modulwelle des zweiten Moduls mechanisch gekoppelt. Dabei sind die Modulwellen versetzt zueinander miteinander mechanisch verbunden derart, dass die Betätigung der einzelnen Module versetzt zu einander erfolgt. Mit anderen Worten, die beiden Modulwellen beginnen sich zwar gleichzeitig zu drehen, deren Wirkung (Öffnen und Schließen von Vakuumschaltröhren) auf die Elemente in den Modulen erfolgt jedoch zeitversetzt.
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Die Modulwellen können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise untereinander verbunden sein, beispielsweise über Isolierstäbe, Isolierwellen oder Ketten.
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Der Versatz zwischen den Modulen und insbesondere den Modulwellen kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgestaltet sein, beispielsweise als versetzte Verbindungszapfen an den Modulwellen und identisch ausgestalteten Isolierwellen oder Isolierwellen mit versetzten Aufnahmen und identischen Modulwellen. Wie der Versatz zwischen den Modulwellen schlussendlich realisiert wird, ist dabei unerheblich.
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Der Lastumschalter kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens zwei oder mehr Module umfassen. Die Module sind jeweils einer Phase eines Stufentransformators zugeordnet.
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Jedes Modul kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen Lastumschalter und einen Wähler umfassen. Der Lastumschalter kann dabei mindestens ein Schaltelement und ein strombegrenzendes Element umfassen. Das mindestens eine Schaltelement kann als Vakuumschaltröhre oder einfacher mechanische Schalter ausgebildet sein. Das strombegrenzende Element ist vorzugsweise ein Widerstand, eine Drossel oder ein stromabhängiger Widerstand. Der Wähler hat mindestens einen Wählerarm, vorzugsweise zwei Wählerarme als Feinwähler und/oder einen Vorwählerarm als Vorwähler.
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Jede Modulwelle kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise an jedem Ende einen Verbindungszapfen, Bolzen, Passfedern oder beliebiges anderes Verbindungelement aufweisen. Die Verbindungszapfen sind dabei nicht achsparallel und vorzugweise um maximal 15 Grad zueinander versetzt angeordnet. Die Verbindungszapfen, Bolzen oder Passfedern können nur einseitig eingebracht sein oder sich durch die gesamte Modulwelle erstrecken.
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Jede Modulwelle kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise an einem ersten Ende einen ersten Verbindungzapfen und einem zweiten Ende einen zweiten Verbindungszapfen aufweisen. Der erste Verbindungszapfen kann entlang einer ersten Achse A verlaufen und der zweite Verbindungszapfen entlang einer zweiten Achse B verlaufen, wobei die Achsen A und B nicht achsparallel sind und vorzugsweise um einen Winkel von maximal 15 Grad versetzt sind.
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Der Antrieb kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens einen Motor und/oder ein Getriebe umfassen. Der Motor kann als Synchronmotor mit einem Multiturn-Absolutwertgeber oder als DC-Motor mit Mikroschaltern ausgestaltet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Modulwellen und die Isolierwellen über Kupplungen und/oder Kupplungen mit mehreren Kupplungsschalen verbunden sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Motor direkt mit der Antriebswelle oder indirekt über ein Getriebe, Winkelgetriebe oder Gestänge mit der Isolierwelle oder der ersten Modulwelle des Laststufenschalters verbunden ist.
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Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Laststufenschalters;
- 2a eine detaillierte Ansicht einer Modulwelle;
- 2b eine Frontansicht einer Modulwelle;
- 3 mehrere Modulwellen eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters;
- 4 eine weitere detaillierte Ansicht einer Modulwelle.
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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 dafür dar, wie der erfindungsgemäße Laststufenschalter ausgebildet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1. Dieser weist ein erstes Modul 20, ein zweites Modul 40 und ein drittes Modul 60 auf. Jedes der Module 20, 40, 60 ist einer Phase eines Stufentransformators zugewiesen. Das erste Modul 20 weist eine erste Modulwelle 22 auf. Die erste Modulwelle 22 ist an ihrem ersten Ende 23 mit einem Antrieb 2 verbunden bzw. gekoppelt. Der Antrieb 2 ist als Motorantrieb mit oder ohne Getriebe ausgebildet und ist vorzugsweise über eine erste Isolierwelle 21 mit dem ersten Ende 23 der ersten Modulwelle 22 mechanisch verbunden. Das erste Modul 20 weist einen Lastumschalter 30 und einen Wähler 35 auf. Der Lastumschalter 30 und insbesondere dessen Vakuumschaltröhren werden unmittelbar über die erste Modulwelle 22 betätigt. Hier sitzen zwei Nockenscheiben 32 auf der ersten Modulwelle 22, die bei ihrer Drehung die Vakuumschaltröhren öffnen und schließen. Weiterhin ist auf der ersten Modulwelle 22 ein erstes Kegelrad 36 angeordnet, welches ein zweites Kegelrad 37 antreibt, das wiederum die einzelnen Wählerarme des Wählers 35 betätigt. Beim Antreiben der ersten Modulwelle 22 werden somit der Lastumschalter 30 und der Wähler 35 in einer bestimmten Reihenfolge betätigt; das erste Modul 20 des Laststufenschalters 1 wird betätigt.
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Weiterhin weist der Laststufenschalter 1 ein zweites Modul 40 und ein drittes Modul 60 auf. Die drei Module 20, 40, 60 sind zueinander identisch aufgebaut. Die drei Module sind weiterhin über eine zweite und eine dritte Isolierwelle 41, 61 mechanisch miteinander gekoppelt. Der Antrieb 2 treibt das erste Modul 20 über die erste Isolierwelle 21 an, das erste Modul 20 treibt das zweite Modul 40 über die zweite Isolierwelle 41 an und das zweite Modul 40 treibt das dritte Modul 60 über die dritte Isolierwelle 61 an. Auch das zweite und das dritte Modul 40, 60 weisen jeweils einen Lastumschalter 50, 70 einen Wähler 55, 75 und Modulwellen 42, 62 auf. Die jeweiligen Wähler 55, 75 werden über jeweilige Kegelräder 56, 57, 76, 77 angetrieben.
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2a zeigt eine detaillierte Ansicht der ersten Modulwelle 22, die an ihrem ersten Ende 23 einen ersten Verbindungszapfen 24 aufweist. Über diesen ersten Verbindungszapfen 24 ist die erste Modulwelle 22 mit dem Antrieb 2, beispielsweise über eine erste Isolierwelle 21, verbunden. Weiterhin weist die erste Modulwelle 22 einen zweiten Verbindungszapfen 26 an ihrem zweiten Ende 25 auf. Der zweite Verbindungszapfen 26 ist nicht achsparallel zum ersten Verbindungzapfen 24 an der Modulwelle 22 angeordnet. Mit anderen Worten, ist der zweite Verbindungszapfen 26 um einige wenige Grad versetzt zum ersten Verbindungzapfen 24 angeordnet. Als Alternative zu den Verbindungszapfen können Bolzen, Passfedern oder beliebige andere Verbindungelemente verwendet werden. Der Verbindungszapfen kann nur auf einer Seite herausragen oder sich von einer Seite zur zweiten, gegenüberliegenden Seite erstrecken.
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2b zeigt eine Frontansicht der Modulwelle 22. Achse A soll die Ausrichtung des ersten Verbindungszapfens 24 zeigen. Achse B zeigt die Ausrichtung des zweiten Verbindungszapfens 26. Die Achsen A und B sind in einem Winkel W1 von vorzugsweise max. 15 Grad zueinander versetzt angeordnet. Würde man nun eine zweite Modulwelle 42 hinter der ersten Modulwelle 22 platzieren und mit dieser verbinden, würde der erste Verbindungszapfen 44 der zweiten Modulwelle 42 achsparallel zur Achse B des zweiten Verbindungszapfens 26 der ersten Modulwelle 22 verlaufen. Jede Modulwelle 22, 42, 62 ist gleich ausgestaltet, d.h. der zweite Verbindungszapfen 26, 46, 66 ist versetzt zum jeweiligen ersten Verbindungzapfen 24, 44, 64 angeordnet. Achse C zeigt die Ausrichtung des zweiten, hier nicht dargestellten, Verbindungszapfens 46 der zweiten Modulwelle 42. Der Winkel W2 zwischen den Achsen B und C ist identisch mit dem Winkel W1 zwischen den Achsen A und B.
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3 zeigt eine detaillierte Ansicht von zwei miteinander verbundenen Modulwellen, insbesondere der ersten Modulwelle 22 und der zweiten Modulwelle 42. Der erste Verbindungszapfen 24 am ersten Ende 23 der ersten Modulwelle 22 ist versetzt zum zweiten Verbindungszapfen 26 am zweiten Ende 25 angeordnet. Das erste Ende 23 der ersten Modulwelle 22 ist mit einem Antrieb 2 über eine erste Isolierwelle 21 verbunden. Die Verbindung zwischen der ersten Isolierwelle 21 und der ersten Modulwelle 22 wird mittels einer Kupplung 19, die vorzugsweise zwei Kupplungsschalen aufweist, realisiert. Es kann jedoch jede Art von Kupplung verwendet werden. Das zweite Ende 25 der ersten Modulwelle 22 ist über eine zweite Isolierwelle 41 mit dem ersten Ende 43 der zweiten Modulwelle 42 verbunden. Wie nun deutlich wird, sind die ersten Verbindungszapfen 24, 44 der jeweiligen Modulwellen 22, 42 versetzt zueinander miteinander verbunden. Sobald der Antrieb 2 anfängt die erste Isolierwelle 21 zu drehen bzw. anzutreiben, drehen sich auch die anderen Wellen mit. Jedoch erfolgt die Betätigung der Module 20, 40, 60 versetzt, da die Nockenscheiben und auch das erste Kegelrad des zweiten Moduls 40 bzw. dritten Moduls 60 versetzt zu den Nockenscheiben und dem ersten Kegelrad des ersten Moduls 20 angeordnet sind.
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Die Isolierwellen 41, 61 sind hier identisch ausgestaltet, sprich die Kupplungen 19 an den jeweiligen Enden sind gleich. Als Alternative zu den Modulwellen mit versetzten Verbindungszapfen können auch die Isolierwellen versetzte Kupplungen an den jeweiligen Enden aufweisen. So wird ebenfalls eine versetzte mechanische Kupplung der Module erreicht. Die Module werden gleichzeitig und gemeinsam angetrieben aber zeitverzögert betätigt.
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4 zeigt eine detaillierte Ansicht einer der Modulwellen 20, 40, 60, insbesondere der ersten Modulwelle 20, wobei die zweite und dritte Modulwelle 40, 60 identisch aufgebaut sind. Auf der Modulwelle 20 sind zwei Nockenscheiben 32 zur Betätigung der Vakuumschaltröhren und ein erstes Kegelrad 36 zur Betätigung des Wählers 35 angeordnet. Innerhalb einer 360 Grad Drehung der Modulwelle 20 wird eine Betätigung des Lastumschalters 30 und des Wählers 35 durchgeführt. Je nachdem wo sich die Modulwelle 20 befindet, werden einzelne Aktionen im Laststufenschalter, wie z.B. das Öffnen oder Schließen der Vakuumschaltröhren eines Schaltablaufs, zu einem bestimmten Zeitpunkt durchgeführt. Sobald mindestens zwei Modulwellen 40, 60 versetzt zueinander gekoppelt sind, finden die Aktionen im zweiten Modul 40 entsprechend leicht versetzt zum ersten Modul 20 statt; schließlich sind die Module 20, 40, 60 identisch aufgebaut. Dabei wird das zweite Modul 40 zwar gleichzeitig mit dem ersten Modul 20 angetrieben, die eigentliche Betätigung des zweiten Moduls 40 (Öffnen bzw. Schließen der Vakuumschaltröhren) erfolgt jedoch zeitlich versetzt.
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Als Alternative zu den Modulwellen 20, 40, 60 mit versetzten Verbindungszapfen könnten auch die Isolierwellen versetzte Aufnahmen an den beiden Enden aufweisen. Auch damit werden die Modulwellen mechanisch zueinander versetzt verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laststufenschalter
- 2
- Antrieb
- 19
- Kupplung
- 20
- erstes Modul
- 21
- erste Isolierwelle
- 22
- erste Modulwelle
- 23
- erstes Ende von 22
- 24
- erster Verbindungszapfen von 22
- 25
- zweites Ende von 22
- 26
- zweiter Verbindungszapfen von 22
- 30
- Lastumschalter
- 32
- Nockenscheiben
- 35
- Wähler
- 36
- erstes Kegelrad
- 37
- zweites Kegelrad
- 40
- zweites Modul
- 41
- zweite Isolierwelle
- 42
- zweite Modulwelle
- 43
- erstes Ende von 42
- 44
- erster Verbindungszapfen von 42
- 45
- zweites Ende von 42
- 46
- zweiter Verbindungszapfen von 42
- 50
- Lastumschalter
- 55
- Wähler
- 60
- drittes Modul
- 61
- dritte Isolierwelle
- 62
- dritte Modulwelle
- 63
- erstes Ende von 62
- 64
- erster Verbindungszapfen von 62
- 65
- zweites Ende von 62
- 66
- zweiter Verbindungszapfen von 62
- 70
- Lastumschalter
- 75
- Wähler
