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Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
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Laststufenschalter ermöglichen die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Transformatoren unter Last und sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Sie weisen in der Regel einen Lastumschalter und einen Wähler auf. Der Lastumschalter ist zum lastlosen Umschalten mit Schaltmitteln, beispielsweise Vakuumschaltröhren, und Überschaltwiderständen ausgestattet, welche in einem zylinderförmigen, mit Öl gefüllten Gefäß angeordnet sind. Der Wähler ist üblicherweise unterhalb des Lastumschaltergefäßes angeordnet und aus einer Vielzahl von im Kreis angeordneten Stäben aufgebaut. An diesen Stäben sind in unterschiedlichen Ebenen Kontakte angeordnet, die als Anschlüsse für eine Regelwicklung 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. Der Motorantrieb ist außen am Stufentransformator angeordnet und über ein Gestänge mit dem Laststufenschalter verbunden.
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Bei einer weiteren, sich konstruktiv von den im vorigen Absatz beschriebenen Laststufenschaltern unterscheidenden, jedoch ebenso bekannten Bauweise von Laststufenschaltern, dem sogenannten Lastwähler, sind die Funktionen Wählen und Schalten in einem Schalter vereint. Das bedeutet, dass Wähler und Lastumschalter nicht räumlich getrennt voneinander, sondern in einem gemeinsamen Ölgefäß angeordnet sind.
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Für beide Bauweisen gilt, dass bei anstehenden Reparatur- oder Wartungsarbeiten der Lastumschalter bzw. der Lastwähler aus dem Ölgefäß entnommen werden kann. Dies erfolgt von oben über einen Deckel des Transformatorgehäuses. Nachteilig bei Laststufenschaltern mit separatem Wähler ist jedoch, dass Arbeiten am Wähler nur mit sehr hohem Aufwand möglich sind, da der Wähler unterhalb des Lastumschaltereinsatzes und im Transformatoröl angeordnet ist.
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Zudem gibt es mittlerweile neuartige Bauformen von Stufenschaltern, die einen grundlegend anderen Aufbau ohne Ölgefäß aufweisen und somit auch eine neue Herangehensweise bei der Wartung oder Reparatur erfordern.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Konzept für Reparatur- und Wartungsarbeiten an Laststufenschaltern und/oder Baugruppen von Laststufenschaltern ohne Ölgefäß anzugeben, welches einen schnellen und einfachen Austausch des Laststufenschalters und/oder von servicerelevanten oder reparaturbedürftigen Baugruppen des Laststufenschalters ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators angegeben. Der Laststufenschalter umfasst eine Wählereinheit zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung, eine Lastumschaltereinheit zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung, und eine Antriebswelle, die von einem Motorantrieb angetrieben wird und die Wählereinheit und die Lastumschaltereinheit betätigt. Die Wählereinheit und die Lastumschaltereinheit sind auf einer Platte angeordnet. Des Weiteren umfasst der Laststufenschalter ein Traggerüst, das wenigstens einen Tragstab umfasst.
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Im Randbereich der Platte ist wenigstens eine Führung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Tragstab aufzunehmen derart, dass die Platte über die wenigstens eine Führung an dem Traggerüst fixierbar ist.
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Dadurch ist die Platte einschließlich der Wähler- und Lastumschaltereinheit, welche in der Regel die service- und/oder reparaturrelevanten Bauteile umfassen, schnell austauschbar, indem der Tragstab durch eine einfache Schwenkbewegung und/oder Linearbewegung der Platte aus der Führung gelöst und auf diese Weise die Platte einfach von dem Traggerüst entfernt wird. Das Entnehmen der Platte kann beispielsweise über eine Öffnung in einer Seitenwand des Transformatorgehäuses erfolgen. Folglich ist es nicht mehr notwendig bei fälligen Reparatur- oder Wartungsarbeiten an einzelnen Bauteilen des Laststufenschalters diesen komplett aus dem Transformatorgehäuse zu entfernen. Stattdessen können die Platten mit den betroffenen Bauteilen einzeln aus dem Gehäuse entnommen werden.
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Die Platte kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als plattenförmiges Spritzgussteil. Die Platte kann aus Kunststoff, beispielsweise thermoplastischem oder glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem weiteren beliebigen elektrisch isolierenden Material bestehen.
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Die Lastumschaltereinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise mechanische und/oder leistungselektronische Schaltmittel, einen oder mehrere Brückenschalter und einen oder mehrere strombegrenzende Elemente aufweisen. Die Schaltmittel können beispielsweise als Vakuumschaltröhren und/oder IGBT's und/oder Thyristoren ausgebildet sein. Der Brückenschalter kann durch eine lineare oder rotatorische Bewegung betätigt werden. Die strombegrenzenden Elemente können als Widerstand und/oder als Induktivität und/oder als Varistor ausgebildet sein.
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Die Wählereinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen oder mehrere bewegliche Wählerkontakte aufweisen. Ein beweglicher Wählerkontakt kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Kontaktfinger, der radial bewegt wird. Die Betätigung der beweglichen Wählerkontakte kann ebenfalls auf beliebige Art und Weise erfolgen, beispielsweise über ein Malteserrad oder ein Zahnrad. Weiterhin weist der Wähler mehrere Festkontakte auf, die mit den Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators verbindbar sind. Diese können auf beliebige Art und Weise auf der Platte angeordnet sein, derart, dass sie von dem beweglichen Wählerkontakt oder den mehreren beweglichen Wählerkontakten kontaktierbar sind. Beispielsweise sind die Festkontakte radial auf der Platte angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Wählereinheit und die Lastumschaltereinheit von der Antriebswelle über eine Antriebseinheit betätigt, die ebenfalls auf der Platte angeordnet und drehfest mit der Antriebswelle verbindbar ist.
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Die Antriebseinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise aus mindestens einem Betätigungselement bestehen. Die Antriebswelle und das Betätigungselement können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Betätigungselement kann als Zahnrad, Nockenkontur, teilverzahntes Zahnrad, Treiber oder Doppeltreiber ausgestaltet sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform können mehrere Betätigungselemente auf oder an der Antriebswelle angeordnet sein. Die mehreren Betätigungselemente können einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein. Die Betätigungselemente können beispielsweise miteinander durch Kleben, Schrauben oder Stecken verbunden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Führung als U-förmige Aussparung ausgebildet und derart ausgestaltet, dass der wenigstens eine Tragstab zumindest teilweise formschlüssig von der Führung umgeben ist.
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Im Wesentlichen bedeutet das formschlüssige Umgeben, dass die Führung den Tragstab zumindest an drei Seiten formschlüssig, das heißt passgenau, umgibt. Über die offene Seite der Führung kann der Tragstab in die Führung eingeschoben und herausgezogen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Platte im Bereich der Führung über eine Schnappverbindung an dem wenigstens einen Tragstab befestigt, indem beispielsweise die Verformungseigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen ausgenutzt werden. Beispielsweise können auch Nocken, Wülste oder Haken an dem Tragstab vorgesehen sein, die formschlüssig in entsprechende Hinterschneidungen in der Führung einrasten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Sicherung des Tragstabes in der Führung über Fixiermittel, beispielsweise Stifte und/oder Schrauben, die durch den wenigstens einen Tragstab hindurch in dem Bereich der Führung in die Platte hineinreichen, erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Traggerüst wenigstens drei weitere Tragstäbe und eine Abschlussplatte. Die Tragstäbe sind mit einem ersten Ende an der Abschlussplatte befestigt.
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Die Abschlussplatte kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein. Die Platte kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, oder einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Aluminium bestehen.
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Die Tragstäbe können ebenfalls aus Kunststoff, beispielsweise thermoplastischem oder glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem weiteren beliebigen elektrisch isolierenden Material bestehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Abschlussplatte zur Befestigung der Tragstäbe Hülsen auf, in welche jeweils das erste Ende der Tragstäbe eingesetzt und mittels geeigneter Mittel fixiert wird. Geeignete Mittel sind beispielsweise Bolzen und/oder Schrauben und/oder gleichwirkende Verbindungsmittel. Die Hülsen und die Platte können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Platte in dem Randbereich wenigstens drei weitere Führungen auf, wobei jede Führung zur Aufnahme jeweils eines Tragstabes ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an der Abschlussplatte ein Dichtflansch angeordnet, mittels dem das Traggerüst an einem Gehäuse des Stufentransformators, insbesondere an einem Transformatordeckel, montierbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Antriebswelle von einer ersten Seite der Platte durch die Platte hindurch zu einer zweiten Seite der Platte. Die Antriebswelle und die Platte sind senkrecht zueinander angeordnet.
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Die Antriebswelle kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sind. Im Falle einer mehrteiligen Ausbildung können die Teile über Kupplungen miteinander verbunden sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Antriebswelle und die Platte lösbar miteinander verbunden. Lösbar bedeutet konkret, dass die Antriebswelle einfach demontierbar ist, indem sie im Ganzen oder in Teilen, insbesondere nach oben aus der Platte und dem Dichtflansch herausziehbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Antriebswelle über den Dichtflansch mit dem Motorantrieb verbindbar.
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Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts umfasst der Laststufenschalter für eine zweite und dritte zu regelnde Phase des Stufentransformators eine zweite und dritte Wählereinheit, eine zweite und dritte Lastumschaltereinheit, eine zweite Platte, an der die zweite Wählereinheit und die zweite Lastumschaltereinheit angeordnet sind, und eine dritte Platte, an der die dritte Wählereinheit und die dritte Lastumschaltereinheit angeordnet sind. Die Platten sind in einer Längsrichtung L des Laststufenschalters entlang der Antriebswelle angeordnet und werden mittels dem Traggerüst in Position gehalten.
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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. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
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Es zeigen
- 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters in einer schematischen Darstellung;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters gemäß dem verbesserten Konzept;
- 3 eine Detailansicht in einer Querschnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform des Laststufenschalters gemäß dem verbesserten Konzept;
- 4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters gemäß dem verbesserten Konzept.
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In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 für einen Stufentransformator 1 schematisch dargestellt. Der Stufentransformator 1 weist eine Stammwicklung 3 und eine Regelwicklung 4 mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N1, ..., NJ, ..., NN auf, die durch den Laststufenschalter 10 zu- bzw. abgeschaltet werden. Dafür umfasst der Laststufenschalter einen Wähler 30, der mittels zwei beweglicher Wählerkontakte die unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N1, ..., NJ, ..., NN der Regelwicklung 4 kontaktieren kann, und einen Lastumschalter 40, der die eigentliche Lastumschaltung von der aktuell beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung durchführt. In der in 1 dargestellten Position des Lastumschalters 40 fließt der Laststrom von der aktuell beschalteten Wicklungsanzapfung NJ+1 über den jeweiligen Wählerkontakt und den Lastumschalter 40 zu einer Lastableitung 11.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters gemäß dem verbesserten Konzept. Der Laststufenschalter 10 weist eine Platte 50 auf, die aus einem Kunststoff, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem anderen elektrisch isolierenden Material besteht. Die Platte 50 ist entweder als Frästeil ausgebildet oder mittels Spritzgussverfahren hergestellt. Auf ihr sind eine Wählereinheit 30, eine Lastumschaltereinheit 40 sowie ein strombegrenzendes Element 41 angeordnet. Über die Wählereinheit 30 werden leistungslos Festkontakte 32 des Wählers vorgewählt, die wiederum mit den Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators (nicht dargestellt) elektrisch verbunden sind. Hierfür werden die Festkontakte 32 zu einer Seitenwand 55 geführt, durch welche die zur Verbindung mit den Wicklungsanzapfungen (nicht dargestellt) vorgesehenen Wähleranschlüsse 31 der Festkontakte 32 hindurchgeführt sind.
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Weiterhin ist eine Antriebseinheit 61 auf der Platte 50, im Wesentlichen zwischen der Wählereinheit 30 und der Lastumschaltereinheit 40, angeordnet. Die Antriebseinheit 61 ist drehfest mit einer Antriebswelle 60 verbunden, die als hohle oder massive Vierkantwelle aus Kunststoff ausgestaltet ist. Die Antriebswelle 60 erstreckt sich von einer ersten Seite 53 der Platte 50 hindurch zu einer zweiten Seite 54 der Platte 50, die gegenüber der ersten Seite 53 angeordnet ist, und ist senkrecht zur Platte 50 angeordnet und lösbar mit dieser verbunden. Lösbar bedeutet hier konkret, dass die Antriebswelle 60 aus der Platte 50 herausgezogen werden kann. Angetrieben wird die Antriebswelle 60 und somit auch die Antriebseinheit 61 von einem Motorantrieb 70.
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Der Laststufenschalter 10 umfasst ferner ein Traggerüst 20 bestehend aus insgesamt vier Tragstäben 21 und einer Abschlussplatte 23. Jeder Tragstab 21 ist in einer Führung 51 in Form einer U-förmigen Aussparung gehaltert, die in der Platte 50 vorgesehen ist, und von drei Seiten formschlüssig von dieser Führung 51 umgeben. Jede Führung hat somit eine offene Seite. Die Seitenwand 55 ist deshalb nicht durchgängig, sondern in mehreren Teilen ausgebildet, damit die Platte 50 einfach von den Tragstäben 21 entfernt werden kann. Die Platte 50 ist über Stifte (nicht dargestellt), die durch die Tragstäbe 21 hindurch in dem Bereich der Führungen 51 in die Platte 50 hineinreichen, an dem Traggerüst 20 gesichert. Denkbare wäre jedoch ebenso eine Fixierung der Tragstäbe 21 in den Führungen 51 über eine Schnappverbindung, indem beispielsweise die Verformungseigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen ausgenutzt werden.
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Weiterhin ist jeder Tragstab 21 mit einem ersten Ende 22 an der Abschlussplatte 23 befestigt. Hierfür sind Hülsen 24 an der Abschlussplatte 23 angeordnet, in die die Enden 22 der Tragstäbe 21 eingesetzt werden. Das Traggerüst 20 wird mittels eines Dichtflansches 25, der an der Abschlussplatte 23 angeordnet ist, an einem Gehäuse 2 des Stufentransformators 1 montiert. Die Antriebswelle 60 ist über den Dichtflansch 25 mit dem Motorantrieb 70 verbunden. Soll die Platte 50 aufgrund von Service- oder Reparaturarbeiten ausgebaut werden, so muss zunächst die Antriebswelle 60 aus der Platte 50 und durch die Abschlussplatte 23 und den Dichtflansch 25 hindurch herausgezogen werden. Hierfür ist es notwendig, den Motorantrieb 70 von dem Gehäuse 2 des Stufentransformators 1 zu demontieren und daraufhin die Antriebswelle 60 über den Dichtflansch 25 durch eine Öffnung im Transformatorgehäuse 2 herauszuziehen. Anschließend kann die Platte 50 von dem Traggerüst 20 entnommen werden, wie nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben wird.
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3 zeigt eine Detailansicht in einer Querschnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform des Laststufenschalters gemäß dem verbesserten Konzept. Hier ist die erste Seite 53 der Platte 50 in der Draufsicht gezeigt. Die auf der Platte 50 angeordneten, wesentlichen Bestandteile des Laststufenschalters 10 wurden bereits in der Beschreibung zu 2 erläutert, sodass hierauf nicht erneut eingegangen wird.
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In 3 ist erkennbar, dass die Führungen 51, beziehungsweise die U-förmigen Aussparungen, in einem Randbereich 52 der Platte 50 angeordnet sind. Drei der U-förmigen Aussparungen sind derart ausgebildet, dass die offene Seite in die gleiche Richtung, nämlich in Richtung der Wähleranschlüsse 31 zeigt. Eine der Führungen 51, in diesem Fall die Führung, die in unmittelbarer Nähe des strombegrenzenden Elementes 41 angeordnet ist, ist mit der offenen Seite entgegengesetzt zu den restlichen Führungen ausgebildet. Bei dieser konkreten Ausführungsform muss also der sich in dieser Führung befindliche Tragstab 21 zunächst von dem Traggerüst 20 entnommen werden, bevor die Platte 50 durch Bewegung in eine Querrichtung Q des Laststufenschalters 10 von den übrigen drei Tragstäben 21, und damit dem Traggerüst 20, entfernt werden kann. Voraussetzung hierfür ist, dass die Antriebswelle 60 zuvor entfernt wurde.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsform stellt lediglich eine mögliche Variante zur Ausbildung der Führungen dar. Es ist beispielsweise ebenso möglich, alle Führungen mit der offenen Seite in die gleiche Richtung zeigend auszubilden.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters gemäß dem verbesserten Konzept. Bezüglich dem Laststufenschalter 10 aus 4 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu den 2 und 3 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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In 4 ist der Laststufenschalter 10 dreiphasig ausgebildet und weist eine zweite und dritte Platte 50 auf, die jeweils entsprechend der in 2 und 3 gezeigten Platte ausgebildet sind. Die Platten 50 sind in einer Längsrichtung L des Laststufenschalters 10 entlang der Antriebswelle 60 übereinander und voneinander beabstandet angeordnet und werden mittels dem Traggerüst 20 in dieser Position gehalten. Die Antriebswelle 60 erstreckt sich ebenfalls entlang der Längsrichtung L des Laststufenschalters 10 und treibt alle drei Phasen des Laststufenschalters 10 gleichermaßen an.
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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 beschriebenen Ausführungsformen sind 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stufentransformator
- 2
- Gehäuse von 1
- 3
- Stammwicklung
- 4
- Regelwicklung
- 10
- Laststufenschalter
- 11
- Lastableitung
- 20
- Traggerüst
- 21
- Tragstab
- 22
- erstes Ende von 21
- 23
- Abschlussplatte
- 24
- Hülse
- 25
- Dichtflansch
- 30
- Wählereinheit
- 31
- Wähleranschlüsse
- 32
- Festkontakte von 30
- 40
- Lastumschaltereinheit
- 41
- strombegrenzendes Element
- 50
- Platte
- 51
- Führung
- 52
- Randbereich von 50
- 53
- erste Seite von 50
- 54
- zweite Seite von 50
- 55
- Seitenwand
- 60
- Antriebswelle
- 61
- Antriebseinheit
- 70
- Motorantrieb
- N1, ..., NJ, ..., NN
- Wicklungsanzapfungen von 4
- L
- Längsrichtung des Laststufenschalters
- Q
- Querrichtung des Laststufenschalters
