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Die Erfindung betrifft ein Schaltmodul für einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators und einen Laststufenschalter mit einem solchen Schaltmodul.
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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 unterbrechungslosen 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.
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Mittlerweile gibt es neben den beiden beschriebenen Bauweisen auch neuartige Bauformen von Stufenschaltern, die einen grundlegend anderen Aufbau ohne Ölgefäß aufweisen und somit eine neue Herangehensweise bei der Wartung oder Reparatur erfordern.
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CN 1 09 411 255 A beschreibt einen Vakuum-Stufenschalter zur Regelung von Kapazität unter Last. Der Schalter umfasst drei Regulierungsmodule welche jeweils aus einer Vielzahl an Monatgeplatten, Schaltontaktmechanismen und einer Vakuumschaltröhre bestehen. Ein Schaltkontaktmechanismus und die Vakuumröhre sind auf einer Montageplatte befestigt und eine Regulierspindel treibt den Schaltkontaktmechanismus an.
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CN 1 11 463 038 A beschreibt eine Lastregelschalter für Verteilungstransformatoren. Der Lastregelschalter umfasst eine Montage Hauptplatte, eine isolierte Rückwand, eine Antriebseinheit, eine Wahlschaltereinheit und eine Umschaltereinheit.
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CN 1 10 098 081 A beschreibt einen Lastregelschalter bestehend aus Spannungsregelermodulen, Permanentmagnetmechanismus, Rillenscheibenmechanismus und Getriebemotor, die in einen Rahmen gefasst sind. Drei Sätze von Spannungsregelermodulen sind in Abständen auf dem Rahmen fixiert, die gleichzeitig durch eine Antriebswelle betätigt werden können. Ein Spannungsrelermodul besteht aus ein Montageplatte, einem Gangwahlmechanismus und einem Schaltkontaktmechanismus.
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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 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 Schaltmodul für einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators angegeben.
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Das Schaltmodul 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 Platte, an der die Wählereinheit und die Lastumschaltereinheit angeordnet sind.
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Dabei ist die Lastumschaltereinheit auf einer separaten Kassette angeordnet, die lösbar mit der Platte verbunden ist.
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Die Lastumschaltereinheit des Stufenschalters ist eine Baugruppe, welche die Schaltleistung, also die begrenzte Anzahl möglicher, durchzuführender Umschaltvorgänge des Lastsufenschalters bestimmt und ist somit besonders servicerelevant. Durch die Anordnung der Schaltmittel des Lastumschalters auf einer separaten, lösbaren Einheit, kann diese samt den Schaltmitteln einfach ausgetauscht werden, ohne dabei Um- oder Ausbaumaßnahmen am Stufenschalter vornehmen zu müssen.
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Die Platte und die Kassette können auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als plattenförmiges Spritzgussteil. Die Platte und die Kassette können aus Kunststoff, beispielsweise thermoplastischem oder glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem weiteren beliebigen elektrisch isolierenden Material bestehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lastumschaltereinheit wenigstens eine Vakuumschaltröhre und/oder wenigstens ein leistungselektronisches Schaltelement und/oder wenigstens ein mechanisches Schaltelement, das beispielsweise als Brückenschalter ausgebildet sein kann. Die leistungselektronischen Schaltmittel können beispielsweise als IGBT's und/oder Thyristoren ausgebildet sein.
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Der Brückenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Drehschalter, Schiebeschalter oder Kippschalter. Der Brückenschalter kann durch eine lineare oder rotatorische Bewegung betätigt werden.
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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 weiteren Ausführungsform weist die Kassette eine erste Seite und eine zweite Seite auf, die der ersten Seite gegenüberliegt. Die wenigstens eine Vakuumschaltröhre und/oder das wenigstens eine elektronische Schaltelement sind auf der ersten Seite angeordnet. Das wenigstens eine mechanische Schaltelement ist auf der zweiten Seite angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Platte eine Aussparung mit einer offenen Seite auf, die an wenigstens zwei Innenwänden Mittel zur Führung umfasst, über die wenigstens zwei Seitenwände der Kassette in die Aussparung einschiebbar sind, derart, dass die Kassette im eingeschobenen Zustand gesichert ist und bündig mit der Platte abschließt.
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Die Mittel zur Führung können auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Nut in Verbindung mit einer Führungsschiene und/oder Rollen.
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Zum Einschieben und Herausziehen der Kassette ist bevorzugt ein Griff an der Kassette vorgesehen.
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Die Kassette kann mit geeigneten Mitteln in der Aussparung der Platte fixiert werden. Beispielsweise kann dies mit einem Bolzen, der sowohl durch die Kassette als auch durch die Platte geschoben werden kann, erfolgen und/oder mit einem anderen Verriegelungsmechanismus.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Schaltmodul wenigstens eine elektrische Schnittstelle auf, über die eine erste Leitung, die der Kassette zurgeordnet ist, und eine zweite Leitung, die der Platte zugeordnet ist, miteinander verbindbar sind. Zugeordnet bedeutet hier konkret, im herausgezogenen Zustand der Kassette an der Platte oder an der Kassette verbleibend.
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Die elektrische Schnittstelle kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Schnittstelle als Schraubverbindung ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Schnittstelle als Kontaktsystem ausgebildet, das eine Kontaktbrücke, einen ersten Steckkontakt, der der Kassette zugeordnet ist, und einen zweiten Steckkontakt, der der Platte zugeordnet ist, umfasst. Der erste Steckkontakt ist lösbar mit der Kontaktbrücke verbunden. Insbesondere ist der erste Steckkontakt in die Kontaktbrücke einsteckbar und/oder einschiebbar und die Kontaktbrücke auf der Platte angeordnet.
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Die Kontaktbrücke kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Kontaktbrücke aus zwei Festkontakten bestehen, die beabstandet voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind, derart, dass die Steckkontakte zwischen den Festkontakten einsteckbar und/oder einschiebbar sind. Die Festkontakte können beispielsweise über einen Führungsstift in Position gehalten werden, und mittels Federkraft zueinander und gegen die eingesetzten Steckkontakte gedrückt werden, derart dass die Festkontakte elektrisch überbrückt und miteinander elektrisch verbunden werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators angegeben. Der Laststufenschalter umfasst wenigstens ein Schaltmodul, das gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts ausgebildet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Laststufenschalter für eine zweite und dritte zu regelnde Phase des Stufentransformators ein zweites und drittes Schaltmodul auf, das gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts ausgebildet ist.
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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 beispielhaften Ausführungsform eines Schaltmoduls in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept;
- 3 eine Detailansicht einer beispielhaften Ausführungform des Schaltmoduls gemäß dem verbesserten Konzept;
- 4 eine Detailansicht einer beispielhaften Ausführungsform der Kassette des Schaltmoduls in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept;
- 5 eine weitere Detailansicht der Kassette aus 4 gemäß dem verbesserten Konzept;
- 6 eine Detailansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Kassette des Schaltmoduls in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept;
- 7 eine weitere Detailansicht der Kassette aus 6 gemäß dem verbesserten Konzept;
- 8 eine weitere Detailansicht des Schaltmoduls gemäß der Ausführungsform aus 6 und 7 gemäß dem verbesserten Konzept;
- 9 eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters mit einem Schaltmodul in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept.
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In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 20 für einen Stufentransformator 1 schematisch dargestellt. Der Stufentransformator 1 weist eine Stammwicklung 2 und eine Regelwicklung 3 mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N1, ..., N1, ..., NN auf, die durch den Laststufenschalter 20 zu- bzw. abgeschaltet werden. Dafür umfasst der Laststufenschalter 20 einen Wähler 30, der mittels zwei beweglicher Wählerkontakte die unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N1, ..., NJ, ..., NN der Regelwicklung 3 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 21.
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2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Schaltmoduls in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept. Das Schaltmodul 10 umfasst eine Platte 50, 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. An der Platte 50 sind eine Wählereinheit 30 und eine Lastumschaltereinheit 40 angeordnet. Über die Wählereinheit 30 werden leistungslos Festkontakte 31 vorgewählt, die wiederum mit den Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators (nicht dargestellt) elektrisch verbunden sind. Die Lastumschaltereinheit 40 befindet sich auf einer separaten Kassette 60, die in eine Aussparung 51 der Platte 50 eingeschoben ist und bündig mit der Platte 50 abschließt.
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Weiterhin ist eine Antriebseinheit 25 auf der Platte 50, im Wesentlichen zwischen der Wählereinheit 30 und der Lastumschaltereinheit 40, angeordnet. Die Antriebseinheit 25 ist drehfest mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt) verbunden. Angetrieben wird die Antriebswelle und somit auch die Antriebseinheit 25 von einem Motorantrieb (nicht dargestellt).
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In 3 ist eine Detailansicht einer beispielhaften Ausführungform des Schaltmoduls gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt. Hier befindet sich die Kassette 60 im herausgezogenen Zustand. Mittels eines Griffes 64 ist die Kassette 60 in die Aussparung 51 der Platte 50 einschieb- und herausziehbar. Hierfür weist die Platte 50 an den Innenwänden 52 der Aussparung 51 Mittel zur Führung 53 auf, die hier als Nut ausgebildet sind. Auf diese Weise können die servicerelevanten Schaltmittel der Lastumschaltereinheit 40 über die Kassette 60 einfach von der Platte 50 entfernt, ausgetauscht oder repariert und wieder eingesetzt werden.
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4 und 5 zeigen jeweils eine Detailansicht einer beispielhaften Ausführungsform der Kassette des Schaltmoduls in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept.
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In beiden Figuren ist die Kassette 60, an welcher die Schaltmittel der Lastumschaltereinheit 40 angebracht sind, im Detail abgebildet. 4 zeigt die erste Seite 61 der Kassette 60, an welcher eine Vakuumschaltröhre 41 angeordnet ist und 5 die gegenüberliegende zweite Seite 62 der Kassette 60, die ein mechanisches Schaltelement 42 trägt, welches als linear betätigbarer Brückenschalter ausgebildet ist. Die Kassette 60 umfasst weiterhin mehrere Leitungen 11, die sich teilweise durch die Kassette 60 hindurch von der ersten Seite 61 auf die zweite Seite 62 erstrecken, und eine Schnittstelle 13 zur elektrischen Verbindung mit jeweils einer zweiten Leitung (nicht dargestellt), die der Platte 50 zugordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind die elektrischen Schnittstellen 13 als Schraubverbindungen ausgebildet. Die Schraubverbindungen sind in unmittelbarer Nähe der Kassette 60 vorgesehen, um für den Service einen guten Zugang zu den elektrischen Verbindungen zu gewährleisten.
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Auch die Kassette 60 besteht aus einem Kunststoff, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem anderen elektrisch isolierenden Material und ist beispielsweise als Frästeil ausgebildet oder mittels Spritzgussverfahren hergestellt. An den Seitenwänden 63 der Kassette 60 ist eine Führungsschiene 65 vorgesehen, die mit der Nut 53 an den Innenwänden 52 der Aussparung 51 der Platte 50 zusammenwirkt (vgl. 3).
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6 und 7 zeigen jeweils eine Detailansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Kassette des Schaltmoduls in einer perspektivischen Darstellung gemäß dem verbesserten Konzept. Diese Ausführungsform ähnelt der Variante der 4 und 5, weshalb im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingangen wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform sind die elektrischen Schnittstellen 13 als Kontaktsystem ausgebildet ist. Anstatt dem Anschluss für eine Schraubverbindung weisen daher die Leitungen 11 an einem Ende jeweils einen Steckkontakt 15 auf. Dieser ist in eine Kontaktbrücke 14 einsteckbar, welche in 8 näher dargestellt ist. Eine Kontaktbrücke 14 besteht aus zwei Festkontakten 17, die beabstandet voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Festkontakte 17 werden mit einem Führungsstift 18 in Position gehalten. Der erste Steckkontakt 15, der der ersten Leitung 11 auf der Kassette 60 zugeordnet ist, und ein zweiter Steckkontakt 16, der einer zweiten Leitung 12 auf der Platte 50 zugeordnet ist, sind im eingeschobenen Zustand der Kassette 60 zwischen den Festkontakten 17 der Kontaktbrücke 14 eingesteckt. Über Federn 19, die zwischen einem Anschlag 80 des Führungsstiftes 18 und jeweils einem Festkontakt 17 angeordnet sind, werden die Festkontakte 17 gegen die Steckkontakte 15 und 16 gedrückt, sodass die Festkontakte 17 elektrisch überbrückt und miteinander verbunden werden.
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9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters, der ein Schaltmodul gemäß dem verbesserten Konzept aufweist, in einer perspektivischen Darstellung.
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In 9 ist der Laststufenschalter 20 dreiphasig ausgebildet und weist insgesamt drei Schaltmodule 10 auf, umfassend jeweils eine Platte 50 und eine Kassette 60, die jeweils entsprechend der in den 2 bis 8 gezeigten Ausführungsformen ausgebildet sind. Die Platten 50 sind in einer Längsrichtung L des Laststufenschalters 20 entlang einer Antriebswelle 22 übereinander und voneinander beabstandet angeordnet und werden mittels eines Traggerüsts 23 in dieser Position gehalten. Die Antriebswelle 22 erstreckt sich ebenfalls entlang der Längsrichtung L des Laststufenschalters 20 und treibt mittels eines Motorantriebs 24 alle drei Phasen des Laststufenschalters 20 gleichermaßen an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stufentransformator
- 2
- Stammwicklung
- 3
- Regelwicklung
- 10
- Schaltmodul
- 11
- erste Leitung
- 12
- zweite Leitung
- 13
- elektrische Schnittstelle
- 14
- Kontaktbrücke
- 15
- erster Steckkontakt
- 16
- zweiter Steckkontakt
- 17
- Festkontakt
- 18
- Führungsstift
- 19
- Feder
- 20
- Laststufenschalter
- 21
- Lastableitung
- 22
- Antriebswelle
- 23
- Traggerüst
- 24
- Motorantrieb
- 25
- Antriebseinheit
- 30
- Wählereinheit
- 31
- Festkontakte von 30
- 40
- Lastumschaltereinheit
- 41
- Vakuumschaltröhre
- 42
- mechanisches Schaltelement
- 50
- Platte
- 51
- Aussparung
- 52
- Innenwand von 51
- 53
- Mittel zur Führung
- 60
- Kassette
- 61
- erste Seite von 60
- 62
- zweite Seite von 60
- 63
- Seitenwand von 60
- 64
- Griff
- 65
- Führungsschiene
- 80
- Anschlag
- N1, ..., NJ, ..., NN
- Wicklungsanzapfungen von 3
- L
- Längsrichtung des Laststufenschalters
