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Primärseitig umschaltbarer Stromwandler
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Die Erfindung betrifft einen primärseitig umschaltbaren Stromwandler
mit n wahlweise parallel oder in Reihe schaltbaren primären Wicklungsteilen aus
Leitermaterial gleichen Querschnitts und mit einer einzigen Umschaltvorrichtung,
die an einem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Kopfgehäuse auf der Seite
eines gegen dieses isolierten Primäranschlusses angebracht ist, wobei das Kopfgehäuse
galvanisch mit einem weiteren Primäranschluß verbunden ist und auf der Seite der
Umschaltvorrichtung eine Öffnung besitzt, die durch eine Durchführungsplatte aus
Isoliermaterial dichtend abgeschlossen ist.
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Bei einem bekannten primärseitig umschaltbaren Stromwandler dieser
Art in Kopfbauweise (DE-OS 25 44 057) ist eine seitliche Öffnung im Kopfgehäuse
des Stromwandlers mit einer Isolierstoffplatte dichtend abgedeckt. An diese Isolierstoffplatte
ist ein Primäranschluß angeschraubt. Weiterhin sind in der Isolierstoffplatte Schaltklemmen
vorgesehen, an die die Enden sämtlicher
Wicklungsteile, das Kopfgehäuse
und der an die Isolierstoffplatte angeschraubte Primäranschluß angeschlossen sind.
Die Schaltklemmen können dabei entweder auf zwei konzentrischen Kreisen oder zwei
entsprechenden Quadraten um den Primäranschlußbolzen angeordnet sein. Je nachdem
welche Schaltklemmen man miteinander verbindet, sind die einzelnen Wicklungsteile
entweder alle parallel bzw. in Reihe oder auch teilweise parallel und teilweise
in Reihe geschaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umschaltvorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die bei Stromwandlern in Kopf- als auch in
Topfbauweise verwendet werden kann und bei der die Umschaltung noch einfacher und
die Uberprüfung der Schaltung noch übersichtlicher ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das Kopfgehäuse galvanisch mit einem Ende (Ln) eines Wicklungsteils
verbunden ist, daß es auf der Seite der Umschaltvorrichtung (n - 1) in einer Reihe
liegende Zapfen aufweist, daß das andere Ende (Kn) des einen Wicklungsteils und
alle anderen Enden (K1 - L1, Kn Kn 1 1 Ln 1) der weiteren Wicklungsteile mit Schaltklemmen
verbunden sind, die parallel zu den Zapfen auf der Durchführungsplatte angebracht
sind, daß der eine Primäranschluß n Anschlußklemmen besitzt, die mit den Zapfen
des Kopfgehäuses kammartig verzahnt sind, und daß Umschaltlaschen zum Verbinden
der Zapfen und Anschlußklemmen mit den Schaltklemmen oder der Schaltklemmen untereinander
vorgesehen sind. Dadurch, daß die Schaltklemmen für die Enden der Wicklungsteile
in einer Reihe und die Zapfen des Kopfgehäuses und die Anschlußklemmen des Primäranschlusses
(K) kammartig verzahnt in einer parallelen Reihe dazu angeordnet sind, ist diese
Umschaltvorrichtung durch die geringe Höhe der Umschaltstelle noch raumsparender
als die bereits bekannte. Dadurch wird es möglich, diese Umschaltvorrichtung nicht
nur
bei Stromwandlern in Kopfbauweise einzusetzen, bei denen das Kopfgehäuse zur Aufnahme
des solenoidförmigen Eisenkerns und der Sekundärwicklungen sowieso eine ausreichende
Höhe haben muß, sondern auch für Stromwandler in Topfbauweise, bei denen das Kopfgehäuse
eine geringere Höhe besitzt. Der Einsatz ein und derselben Umschaltvorrichtung für
verschiedene Stromwandlertypen wirkt sich wiederum vorteilhaft teilesparend aus.
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Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn bei der Umschaltvorrichtung
des erfindungsgemäßen Stromwandlers abwechselnd ein K- und L-Ende eines Wicklungsteils
an die Schaltklemmen angeschlossen ist. Dadurch haben die durch einen Kurzschlußstrom
erzeugten dynamischen Kräfte auf die einzelnen Schaltklemmen geringere Wirkung,
weil sich die angreifenden Kräfte größtenteils gegenseitig aufheben. Weiterhin ist
die Umschaltart eines derartigen Stromwandlers mit einem Blick erfaßbar, da waagerechte
Umschaltlaschen zwischen Schaltklemme und Zapfen eine Reihenschaltung und senkrechte
Umschaltlaschen eine Parallelschaltung der einzelnen Wicklungsteile bedeuten.
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In Weiterbildung der Erfindung wird es als besonders vorteilhaft erachtet,
daß der Abstand zwischen benachbarten Enden eines Wicklungsteils und zwischen benachbarten
Zapfen bzw. Anschlußklemmen gleich, aber anders als der ebenfalls jeweils gleiche
Abstand zwischen benachbarten Enden unterschidLicher Wicklungsteile und zwischen
den Zapfen sowie den Anschlußklemmen und den jeweils benachbarten Schaltklemmen
ist. Durch diese Wahl der Abstände ist sichergestllt, daß eine falsche Schaltung,
beispielsweise ein Kurzschluß eines Wicklungsteils, vermieden wird.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele nach der Erfindung anhand
der Figuren 1 bis 13 näher beschrieben und
erläutert Dabei zeigt
Figur 1 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Stromwandler in Topfbauweise;
Figur 2 entsprechend einen Stromwandler in Kopfbauweise. Figur 3 zeigt als Prinzipbild
in Draufsicht die wesentlichen Teile der Umschaltvorrichtung für eine 1 : 2 : 4-Umschaltung.
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Die Figuren 4 bis 6 zeigen die drei damit möglichen Schaltzuständen.
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Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine entsprechende Ausführung für eine
1 : 2-Umschaltung.
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Die Figuren 10 bis 12 zeigen teilweise im Schnitt drei Ansichten der
Umschaltvorrichtung bei einem Stromwandler in Topfbauweise.
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Die Figur 13 zeigt im Schnitt eine Ansicht der Umschaltvorrichtung
für einen Stromwandler in Kopfbauweise.
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Der Stromwandler 1 nach der Figurlbesitzt zwei Primäranschlüsse K
und L, von denen der Anschluß L mit einem Kopfgehäuse 2 leitend verbunden ist. Im
Innern dieses Kopfgehäuses 2 befinden sich vier primäre Wicklungsteile 3, die durch
eine hier nicht dargestellte Durchführung nach unten zum Kern 5 mit Sekundärwicklung
4 geführt sind. Ein Ende Ld eines primären Vicklungsteils ist ebenfalls leitend
mit dem Kopfgehäuse 2 verbunden. Die anderen Enden der Wicklungsteile sind mit Schaltklemmen
6 verbunden, die aus in einer Reihe liegenden, eine Isolierstoffplatte 7 durchsetzenden
Durchführungsbolzen bestehen.
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Unterhalb der Isolierstoffplatte ? besitzt das Kopfgehäuse 2 Zapfen
24 und der mit einer Isolation 8 gegen das Kopfgehäuse 2 elektrisch isolierte Primäranschluß
K Anschlußklemmen 26. Die konstruktive Ausführung der Zapfen und Anschlußklemmen
und ihre Lage ergibt sich aus den Figuren 3 und 10 bis 12. Über hier nicht dargestellte
Umschaltlaschen können die Zapfen bzw. Anschlußklemmen mit den Schaltklemmen 6 verbunden
werden.
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Figur 2 zeigt eine entsprechende Darstellung für einen Stromwandler
in Kopfbauweise. Der einzige Unterschied besteht bei dieser schematischen Darstellung
darin, daß der Kern 5 mit Sekundärwicklung 4 im Kopfgehäuse 2 untergebracht ist
und die Sekundäranschlüsse 11 durch die wiederum nicht dargestellte Durchführung
nach unten herausgeführt sind. Einzelheiten der Zapfen bzw. Anschlußklemmen sind
für den Stromwandler in Kopfbauweise ebenfalls der Figur 3 und darüberhinaus der
Figur 13 zu entnehmen.
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Bei beiden Ausführungsformen bestehen sämtliche primären Wicklungsteile
3 aus Leitermaterial gleichen Querschnitts.
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In Figur 3 sind in Draufsicht auf einem Stromwandler schematisch die
wesentlichen Teile der Umschaltvorrichtung dargestellt. Das Kopfgehäuse 2 weist
drei in einer Reihe liegende Zapfen 24 auf; der Primäranschluß K vier entsprechende
Anschlußklemmen 26, die mit den Zapfen 24 kammartig verzahnt sind. Den Zapfen bzw.
Anschlußklemmen liegen je eine Schaltklemme 6 gegenüber. Die mit den Schaltklemmen
verbundenen Enden der primären Wicklungsteile 3 sind mit Ka - La; Kb - Lb; Kc c
d und Ka gekennzeichnet. Die primärseitigen Umschaltungen erfolgen mit Umschaltlaschen
15, wie sie in den folgenden Figuren 4 bis 6 dargestellt sind. Bei allen drei möglichen
Umschaltarten muß stets zwischen einer Anschlußklemme 26 und dem Ende Ka eine Verbindung
vorhanden sein. Es darf ilicht -passieren, daß ein Zapfen mit einer Anschlußklemme
bzw. zwei zu einem Wicklungsteil gehörende Enden, beispielsweise Ka und La miteinander
verbunden sind; das würde im ersten Fall ein Überbrücken des gesamten Stromwandlers
bedeuten, der damit außer Funktion gesetzt wäre und in den anderen Fellen ein Kurzschließen
einzelner Wicklungsteile, wodurch die optimale Stromausnutzung der Leiterquerschnitte
der Wicklungsteile nicht mehr
gegeben wäre. Eine falsche Schaltung
kann man beispielsweise dadurch vermeiden, daß der Abstand zwischen Zapfen und Anschlußklemmen
sowie zwischen den mit K -L -Enden verbundenen Schaltklemmen 6 - n stellt dabei
einen Laufindex für a bis d dar - anders wählt als den Abstand zwischen Zapfen 24
bzw. Anschlußklemmen 26 und gegenüberliegenden Schaltklemmen 6 und den Abstand zwischen
Schaltklemmen, die mit Enden unterschiiLicher Primärwicklungsteile verbunden sind.
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Abgesehen von der ersten Verbindung zwischen der im Ausführungsbeispiel
linken Anschlußklemme 26 und der mit dem Ka-Ende verbundene Schaltklemme 6, die
auf jeden Fall vorhanden sein muß, bedeutet jede weitere waagerechte Verbindung
eine Reihenschaltung und ede senkrechte Verbindung eine Parallelschaltung der jeweiligen
Primärwicklungen. Nach Figur 4 erfolgt eine Parallelschaltung aller vier primären
Wicklungsteile 3a bis 3d, so daß nur eine Windung wirksam eingeschaltet ist. Damit
ist der grpEte Strombereich eingeschaltet. Nach Figur 5 sind die Wicklungsteile
3a und 3b sowie 3c und 3d jeweils durch waagerechte Verbindungslaschen 15 in Reihe
geschaltet; sie bilden Windungsgruppen aus je zwei primären Wicklungsteilen. Durch
die weiteren zwei senkrechten Verbindungslaschen 15 werden diese Windungsgruppen
parallel geschaltet. Insgesamt sind somit zwei Windungen wirksam, so daß der nächst
kleinere Strombereich eingeschaltet ist.
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Nach Figur 6 sind sämtliche primären Wicklungsteile durch drei waagerechte
Verbindungslaschen in Reihe geschaltet.
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In diesem Fall ergeben sich vier wirksame Windungen und damit eine
Schaltung für den kleinsten Strom.
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Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine entsprechende Anordnung für eine 1
: 2-Umschaltung.
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Figur 10 zeigt im Schnitt eine Seitenansicht durch das Kopfgehäuse
eines Stromwandlers 1 in Topfbauweise. Andeutungsweise ist der Stützisolator 20
dargestellt, durch den die primären Wicklungsteile 3 nach unten und durch einen
nicht dargestellten Eisenkern geführt sind.
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An das Kopfgehäuse 21 ist auf einer Seite der Primäranschluß L angeschraubt.
Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine Öffnung 22 im Kopfgehäuse 21 mit einer
Durchführungsplatte 7 aus Isoliermaterial dichtend verschlossen. Unterhalb dieser
Platte 7 besitzt das Kopfgehäuse drei in einer Reihe nebeneinanderliegende Zapfen
24.
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Durch eine Isolation 8 ist der Primäranschluß X elektrisch gegen das
Kopfgehäuse 21 isoliert. Dieser Primäranschluß K besitzt vier in der gleich Ebene
wie die Zapfen des Kopfgehäuses liegende Anschlußklemmen 26 ! Diese sind an ihren
Enden senkrecht nach oben abgewinkelt und bilden vier Schaltklemmen. An die drei
Zapfen 24 des Kopfgehäuses 21 sind Verbindungslaschen 27 angeschraubt, deren anderes
Ende in der gleichen Höhe wie die abgewinkelten Enden der Anschlußklemmen 26 des
Primäranschlusses K liegen. Insgesamt ergeben sich somit sieben in einer Reihe nebeneinanderliegende
Schaltstellen. Entsprechend besitzt die Durchführungsplatte 7 sieben Durchführungsbolzen
28, an die auf der Innenseite des Kopfg angedsicehiOnsdsegnKa, La bis Kd der primären
Wicklungsteile 3/sind. Der letzte Anschluß Ld ist direkt galvanisch mit dem Kopfgehäuse
verbunden. Über Umschaltlaschen 15 können die Schaltklemmen wie in der anhand der
Figuren 3 bis 9 dargestellten Art und Weise miteinander verbunden werden.
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Oberhalb des Kopfgehäuses 21 befindet sich ein Volumenausgleichs gehäuse
30, mit dem Volumenausdehnungen des im Stromwandler 1 vorhandenen Isolieröls aufgefangen
werden können.
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Figur 11 zeigt einen Schnitt durch Figur 10 entlang der Linie AB.
Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die Durchführungsbolzen 28 nur als strichpunktierte
Linien dargestellt. Auf der Innenseite des Kopfgehäuses 21 sind die Durchführungsbolzen
mit den Anschlüssen der primären Wicklungsteile verbunden. Außerhalb des Kopfgehäuses,
in der Darstellung links von der Durchführungsplatte 7, befinden sich unterhalb
der Durchführungsbolzen die drei Zapfen 24 des Kopfgehäuses mit den Verbindungslaschen
27 sowie die vier Anschlußklemmen 26 des Primäranschlusses K.
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Figur 12 zeigt eine weitere Seiteiansicht des oberen Teils des Stromwandlers
1, bei der man auf die Umschaltvorrichtung schaut. Dabei sind deutlich die vier
Anschlußklemmen 26 des Primäranschlusses K mit ihren senkrecht nach oben gebogenen
Enden zu erkennen. Zwischen diesen Anschlußklemmen 26 befinden sich die Verbindungslaschen
27 zu den Zapfen 24 des Kopfgehäuses 21. In einer Reihe darüber befinden sich die
Durchführungsbolzen 28, die wiederum nur - diesmal durch Kreuze - angedeutet sind.
Außerdem ist eine Umschaltlasche 15 eingezeichnet, die anzeigen soll, daß die Verbindung
zwischen einer Anpchlußklemme 26 und dem KaAnschluß stets vorhanden sein muß.
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Figur 13 zeigt in entsprechender Weise das Kopfgehäuse 35 eines Stromwandlers
in Kopfbauweise. Dieses Kopfgehäuse 35 ist sehr viel höher als das des Stromwandlers
in Topfbauweise, da es den Eisenkern und die Sekundärwicklung 36 enthält. Die eigentliche
Umschaltvorrichtung jedoch ist mit der für den Stromwandler in Topfbauweise verwendeten
identisch. Das bringt wesentliche Vorteile mit sich. Zum einen müssen weniger unterschiedliche
Teile gefertigt werden, zum anderen ist auch die Montage und das Erfassen der jeweiligen
Umschaltart verbinfacht.
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Da die Anschlüsse der Primärleiter und der primären Wicklungsteilein
den beiden Reihen in der Folge K - L - K ... angeordnet sind, haben die durch einen
Kurzschlußstrom erzeugten dynamischen Kräfte auf einzelne Anschlüsse 24, 26 bzw.
Durchfuhrungsbolzen 28 geringere Wirkung, da sich die angreifenden Kräfte größtenteils
gegenseitig aufheben. Das ist besonders vorteilhaft-für~Stromwandler 1 in Topfbauweise,
da deren Gehäuse 21 allgemein mechanisch nicht so stabil zu sein braucht wie das
Gehäuse 35 eines Stromwandlers in Kopfbauweise. Durch die vorteilhafte Anordnung
der Anschlüsse kann auf eine zusätzliche Versteifung des Gehäuses verzichtet werden.
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3 Patentansprüche 13 Figuren