DE4016428C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Schaltgetrieben und einer Kontaktanordnung bestehenden Lastumschalter für Stufenschalter von Stufentransformatoren.

Aus der DE-A 12 07 490 ist ein Lastumschalter bekannt, bei dem über einem Schaltgetriebe für jede Phase eine Kontaktebene angeordnet ist, wobei jeweils feste Kontakte auf einem kreisförmigen Kontaktträger angeordnet sind und die beweglichen Dauer-, Haupt- und Hilfskontakte sich auf asymmetrisch gelagerten kreissegmentartigen Kontaktträgern befinden, so daß sich die beweglichen Kontakte auf den festen Kontakten nacheinander abwälzen (Merkmalsgruppen 1 und 7 sowie wesentliche Teile der Merkmalsgruppen 6, 8 und 9 des Anspruchs 1).

Nachteilig dabei ist, daß eine durch die Auslösung eines Energiespeichers angetriebene Schaltwelle kniehebelartig auf nicht zentrisch zur Antriebswelle gelagerte Kontaktarme, -hebel, -segmente o. a. und verschwenkbare Dauerkontakte wirkt.

Diese Konstruktion verlangt demnach generell eine kinematische Umwandlung der direkten Drehbewegung der Antriebswelle.

Dadurch ist zwangsläufig die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte bei Kniehebelbetätigung besonders am Anfang jeder Schaltbewegung begrenzt und damit auch die maximale erreichbare Schaltleistung. Dies ist der Fall, weil die Stromunterbrechung an den Hauptkontakten des Lastumschalters als besonders bei hohen Stromstärken kritischer Teil des gesamten Umschaltvorganges im ersten Teil der insgesamt zu vollführenden Schaltbewegung erfolgen muß und gerade dabei eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit Voraussetzung für eine sichere Lichtbogenlöschung ist.

Neben dem Nachteil einer begrenzten Anfangsöffnungsgeschwindigkeit der Haupt- und Hilfskontakte hat dieser bekannte Lastumschalter noch den weiteren Nachteil, daß durch das nacheinander erfolgende Abwälzen der beweglichen Kontakte auf den feststehenden Kontakten die Schaltung des Dauerkontaktes abhängig vom Abbrand des Hauptkontaktes ist, was zu Funktionsschwierigkeiten führt.

Aus der DE-AS 19 62 958 ist es bereits bekannt, dies bei einem aus einem Schaltgetriebe und darüber angeordneten Kontaktebenen bestehenden Lastumschalter dadurch zu vermeiden, daß der bewegliche Dauerkontakt am benachbarten beweglichen Hauptkontakt zwischen Festkontakten schwenkbar gelagert und solcherart unabhängig betätigbar ist, aber auch diese Konstruktion ist aufwendig in der Fertigung und birgt durch die zusätzlichen Schwenklagerungen weitere Fehlermöglichkeiten (Merkmalsgruppen 1, 5 und 7 sowie wesentliche Teile aus der Merkmalsgruppe 5.1).

Aus der ELIN-Zeitschrift, Jahrgang 23 (1971), Seiten 91 ff. (Aufsatz von Sonntagbauer) ist schließlich ein weiterer Lastumschalter bekannt, bei dem ein von unten durch eine Antriebswelle betätigbarer Lastumschalter auf einem Tragstern aufgebaut ist. Dabei sind die festen Schalt- und Dauerkontakte auf Gießharzsegmenten befestigt und werden durch bewegliche Schaltkontakte, die gemeinsam auf einem um eine Kontaktwelle drehbaren Kontaktträger angeordnet sind, betätigt (Merkmalsgruppen 3, 4, 4.1 und 5). Die richtige Ablauffolge aller Bewegungen der Schaltkontakte und Dauerkontakte wird durch eine Kurvenscheibe erreicht, die am Tragstern drehbar befestigt ist und in deren Nuten Rollen von die jeweiligen Kontakte antreibenden Rollenhebeln geführt werden. Nachteilig ist hierbei der komplizierte Aufbau, besonders durch die Kurvenscheibe, die sowohl Nuten für die Dauerkontakte als auch für die Schaltkontaktpaare aufweisen muß, in denen Rollen mit großer Genauigkeit geführt werden müssen. Die Betätigung des Dauerkontaktes ist hierbei wiederum an die durch den Kraftspeicher ausgelöste Betätigung der Schaltkontaktpaare gebunden.

Insgesamt stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen neuartigen, konstruktiv einfach aufgebauten Lastumschalter anzugeben, bei dem durch direkte Ausnutzung der Drehbewegung der vom ausgelösten Energiespeicher betätigten Schaltwelle eine hohe Anfangsöffnungsgeschwindigkeit des jeweiligen Haupt- und Widerstandskontaktes erzielt wird und bei dem weiterhin die Betätigung des leistungslos schaltenden Dauerkontaktes völlig unabhängig von der Betätigung des Hauptkontaktes und dessen Abbrand erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im ersten Anspruch aufgeführten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Zwar ist es aus der DE-OS 38 38 195 bereits bekannt, bei einem Stufenschalter zwei parallele Wellen vorzusehen, die in die übereinander angeordneten Kontaktebenen zur jeweiligen Kontaktbetätigung reichen. Diese Wellen sind jedoch mit Malteserrad-Aussetzgetrieben verbunden und dienen zur leistungslosen Schaltung von Kontaktbrücken eines Stufenwählers; für die eigentliche Lastumschaltung, die durch die Freigabe eines Energiespeichers ausgelöst wird, ist diese Anordnung ungeeignet (Merkmalsgruppen 1.1, 1.2 und 2 des Anspruchs 1).

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere in folgendem:
Zur Betätigung der beweglichen Kontakte kann die durch die Auslösung eines Energiespeichers erzeugte Drehbewegung direkt verwendet werden, es ist nicht erforderlich, durch Kreissegmente, Lenkhebel, Kniehebel oder ähnliche mechanische Anordnungen diese Drehbewegung in eine kombinierte Abwälzbewegung, bestehend aus einem Rotations- und einem Translationsanteil, umzuwandeln.

Diese gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfachere Kinematik gestattet höhere Anfangsöffnungsgeschwindigkeiten besonders des Hauptkontaktes und damit, wie ausgeführt, höhere Schaltleistungen.

Durch die erfindungsgemäße Kontaktbetätigung ist dennoch eine Einhaltung der Betätigungsreihenfolge unter allen Umständen gewährleistet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Dauerkontakt jeweils unabhängig von der Bewegung des Hauptkontaktes und dessen Abbrand zwangsgesteuert betätigt und somit ein sicherer Schaltablauf erzielt wird.

Schließlich ist es ein Vorteil der Erfindung, daß sich der Lastumschalter baukastenartig erweitern läßt, indem sich für jede zu schaltende Phase alle Kontakte in einer horizontalen Ebene befinden, wobei mehrere übereinander angeordnete Kontaktebenen durch eine einzige vertikale Schaltwelle betätigt werden, d. h. für Ein- und Dreiphasenlastumschalter sind keine unterschiedlichen Kontakt- oder Betätigungsbauteile erforderlich.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Lastumschalters, und zwar in der Ebene

a) des Schaltgetriebes und
b) einer darüber befindlichen Kontaktanordnung.

Fig. 2 zeigt in den Teilen a) und b) die gleiche Anordnung nach Ablauf eines Schaltschrittes.

Fig. 3 zeigt als Detailzeichnung die Betätigung des Dauerkontaktes.

Fig. 4 zeigt den vom erfindungsgemäßen Lastumschalter realisierten Schaltablauf beim Auf- und Abwärtsschalten, und zwar

a) die vom erfindungsgemäßen Lastumschalter realisierte Schaltung an sich und
b) den eigentlichen Schaltablauf.

In der in den Fig. 1a bzw. 2a gezeigten Ebene des Schaltgetriebes sind zwei sich kämmende Zahnräder 2, 3 angeordnet, wobei das eine davon, Schaltrad 2, direkt von der Schaltwelle 1, die die Drehbewegung nach Auslösung des hier nicht dargestellten Energiespeichers überträgt, betätigt wird, indem es die Schaltwelle 1 als Achse aufweist.

Zu beiden Seiten des Zahnrades 2 sind mit diesem in Eingriff stehende Zahnräder 4, 5 vorgesehen, analog dazu auf beiden Seiten des Zahnrades 3 mit diesem in Eingriff stehende Zahnräder 6, 7. Auf jedem der Zahnräder befinden sich, fest verbunden, jeweils eine Kurbel mit einem Zapfen 8, 9, 10, 11.

Diese Zapfen 8, 9, 10, 11 sind ihrerseits in Ausnehmungen gebogener zweiseitiger drehbarer Hebel 14, 15 bringbar.

Die Hebel 14, 15 sind mit festen Wellen 12, 13 verbunden und drehbar gelagert, diese reichen vertikal bis in die darüber befindliche Ebene der Kontaktanordnung und tragen die Kontakthebel 16, 19.

Der Drehwinkel α des Kontakthebels 16, der an seinem freien Ende beidseitige Kontaktstücke 17, 18 trägt, ist durch die Festkontakte 22, 24 begrenzt; entsprechend der gleichgroße Drehwinkel α des Kontakthebels 19, der an seinem freien Ende beidseitige Kontaktstücke 20, 21 trägt, durch die Festkontakte 23, 25.

An den den Kontakthebeln 16, 19 abgewandten Seiten tragen die Festkontakte 22, 23 weitere Kontakte 32, 33, zwischen denen ein in einer besonderen Drehachse 27 gelagerter Dauerkontakt 26 mit einem Drehwinkel β bewegbar ist.

Betätigt wird der Dauerkontakt 26 durch einen auf dem Zahnrad 4 zusätzlich angeordneten auf einer Kurbel befindlichen Zapfen 31, der mit einem Scheiber 34 in Verbindung steht, der seinerseits den Dauerkontakt 26 zwischen seinen festen Kontaktanschlägen 32, 33 hin- und herbewegt. Dabei wird der Schieber 34 durch paarweise angeordnete Rollen 37, 38 bei seiner linearen Bewegung zwangsgeführt.

Die Funktionsweise des Lastumschalters ist nun folgende:
Es wird zur Erläuterung beispielsweise davon ausgegangen, daß bei einer Schaltung in eine höhere Stufe die nicht dargestellte Antriebswelle den ebenfalls nicht dargestellten Energiespeicher in Uhrzeigerrichtung spannt und nach Freigabe der Energiespeicher eine sprungartige Drehbewegung ebenfalls im Uhrzeigersinn auf die Schaltwelle 1 und damit auf das damit verbundene Zahnrad 2 um 90° überträgt; das mit diesem kämmende weitere gleichgroße Zahnrad 3 wird damit ebenfalls um 90° in entgegengesetzter Drehrichtung verdreht. Die untereinander gleichgroßen Zahnräder 4, 5, 6, 7 sind so dimensioniert, daß sie jeweils in der in Fig. 1 angegebenen Drehrichtung eine Bewegung von 180° vollführen.

Dabei verschwenkt zunächst der auf dem Zahnrad 6 befindliche Zapfen 10, der in eine Ausnehmung des Hebels 15 eingreift, diesen Hebel 15 in die in Fig. 2 gezeigte Position. Der auf dem Zahnrad 5 befindliche Zapfen 9 läuft leer und gerät schließlich in der in Fig. 2 dargestellten Position des Hebels 15 in Eingriff mit der anderen Ausnehmung des Hebels 15. Gleichzeitig mit diesem Bewegungsablauf läuft der auf dem Zahnrad 4 befindliche Zapfen aus der oberen Ausnehmung des Hebels 14, mit der er sich ursprünglich in Eingriff befand. Der auf dem Zahnrad 7 angeordnete Zapfen 11 greift nach einem zurückgelegten Leerweg in die andere Ausnehmung des Hebels 14 ein und verdreht ihn in die in Fig. 2 dargestellte Lage. Es ist klar ersichtlich, daß zuerst Hebel 15 und erst danach Hebel 14 bei einer Aufwärtsschaltung verstellt werden.

Die Drehungen der Hebel 14, 15 übertragen sich über die fest mit ihnen verbundenen Wellen 12, 13 auf die in der darüber befindlichen Ebene angeordneten Kontakthebel 16, 19.

Der Kontakthebel 19, der bisher am Festkontakt 21 anlag, wird zuerst zum gegenüberliegenden Festkontakt 23 verschwenkt, anschließend wird Kontakthebel 16 vom Festkontakt 24 zum gegenüberliegenden Festkontakt 22 verschwenkt.

Bei einem weiteren Schaltschritt in gleicher Richtung, d. h. bei nochmaliger Drehung der Schaltwelle 1 um 90° in Uhrzeigerrichtung, wiederholt sich die Schaltreihenfolge. Zuerst wird durch Zapfen 9 der Hebel 15 wieder in die andere Position entsprechend Fig. 1 gebracht, nachdem Zapfen 8 einen Teil seiner Drehung um 180° leer gelaufen ist, greift er schließlich in den Hebel 14 ein und verdreht ihn schließlich ebenfalls wieder in die in Fig. 1 gezeigte andere Endlage. Beim Aufwärtsschalten schaltet also stets Kontaktarm 19 vor dem Kontaktarm 16.

Beim Abwärtsschalten ist es genau umgekehrt. Hierbei bewegt sich die Schaltwelle entgegen dem Uhrzeigersinn, die Drehbewegungen der Zahnräder kehren sich um und damit wird jeweils zuerst Hebel 14 und damit Kontaktarm 16 verschwenkt und erst anschließend, nach einem Leerlauf der Zapfen 9 bzw. 10, der Kontaktarm 19. Die Ableitung der Kontakthebel 16, 19 führt jeweils über Überschaltwiderstände 28, 29 zu einem einpoligen Umschalter 30, der direkt von der Antriebswelle betätigt wird, derart, daß sich seine Schaltstellung bei Drehrichtung der Antriebswelle und damit bei Umkehr der Schaltung von "höher" in "tiefer" und umgekehrt ändert. Der Umschalter 30 ist direkt mit der Ableitung verbunden.

Der Dauerkontakt 26 wird durch den Zapfen 31, der sich auf einem weiteren mit dem Zahnrad 4 verbundenen Hebel befindet, über einen Schieber 34, der in Fig. 3 dargestellt ist und der in seiner Bewegung wiederum durch paarweise angeordnete Rollen 37, 38 zwangsgeführt wird, um seinen Drehpunkt 27 von der Anlage am Festkontakt 32 zur Anlage am Festkontakt 33 gebracht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontakthebel 16, 19 und/oder der Dauerkontakt 26 in Längsrichtung zweigeteilt, wobei die beiden Teile sich gegen eine dazwischen angeordnete Druckfeder, in Fig. 1 und 2 sind die Druckfedern 35, 36 zwischen den jeweils beiden Teilen der Kontakthebel 16, 19 dargestellt, abstützen und jeweils nur ein Teil der Kontakthebel fest mit der sie betätigenden Welle 12, 13 in Verbindung steht, während der jeweils andere Teil in Bewegungsrichtung einen Toleranzausgleich gestattet und ein zuverlässiges Anliegen der Kontakte der Kontakthebel an den jeweiligen Festkontakten gewährleistet.

Der mit der vorstehend erläuterten beispielhaften Ausführungsform erzielte Schaltablauf ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Man erkennt, daß der Dauerkontakt 26 als erster Kontakt seine alte Kontaktposition verläßt und als letzter die neue Kontaktposition erreicht. Es ist weiterhin ersichtlich, daß der Umschalter 30, der, wie beschrieben, direkt von der Antriebswelle, die in beiden Richtungen drehbar ist, je nach Schaltrichtung "höher" oder "tiefer" seine Position ändert und damit bestimmt, welcher der durch die Kontakthebel 16, 19 schaltbaren Kontakte Haupt- bzw. Widerstandskontakte für die jeweilige Schaltstufe darstellen; damit wird ein gleichmäßiger Abbrand der Kontaktstücke 17, 18 bzw. 20, 21 erzielt.

Die neuen vorteilhaften Wirkungen der Erfindung sind zusammengefaßt in folgendem zu sehen:

• - die Haupt- und Widerstandskontakte werden direkt durch die Drehung der vom ausgelösten Energiespeicher betätigten Schaltwelle verstellt, d. h., es liegen kinematische Verhältnisse vor, die eine hohe Anfangsschaltgeschwindigkeit und damit eine hohe nutzbare Schaltleistung gestatten,
• - der Dauerkontakt wird völlig unabhängig, also auch unabhängig vom Abbrand der übrigen Kontakte, betätigt; dabei gewährleistet die mechanische Zwangssteuerung die sichere Einhaltung des gewünschten zeitlichen Schaltschemas,
• - bei Schaltrichtungsumkehr erfolgt eine Änderung der Schaltreihenfolge der Kontaktarme 16, 19, die in Verbindung mit der Betätigung des Umschalters 30 zu einer Vertauschung der Funktionen des Haupt- und Widerstandsschaltkontaktes und damit zu gleichmäßigem Abbrand aller Kontakte führt.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen einpoligen Lastumschalter mit einer Kontaktebene.

Bei mehrpoligen Lastumschaltern sind mehrere, untereinander identische Kontaktebenen übereinander angeordnet; die durch die Hebel 14, 15 betätigten Wellen 12, 13 reichen dann durch alle Kontaktebenen hindurch und verschwenken gleichzeitig entsprechend mehrere Kontaktträger.

Claims (10)

1. Lastumschalter für Stufenschalter von Stufentransformatoren mit folgenden Merkmalen:

• 1. der Lastumschalter besteht aus einem Schaltgetriebe und darüber angeordneten Kontaktebenen
• 1.1 alle Kontaktebenen sind identisch aufgebaut
• 1.2 für jede zu schaltende Phase ist eine Kontaktebene vorhanden
• 2. vom Schaltgetriebe reichen drehbare Wellen (12, 13) in die Kontaktebenen hinein
• 3. mit jeder Welle (12, 13) ist in jeder Kontaktebene ein Kontakthebel (16, 19) fest verbunden
• 4. jeder Kontakthebel (16, 19) ist um seine durch die ihn jeweils tragende Welle (12, 13) bestimmte Drehachse schwenkbar
• 4.1 der Schwenkhebel α jedes Kontakthebels (16, 19) wird durch Festkontakte (22, 23, 24, 25), die auf einem kreisförmigen Kontaktträger angeordnet sind, begrenzt
• 5. in jeder Kontaktebene ist weiterhin ein Dauerkontakt (26) schwenkbar gelagert
• 5.1 der Dauerkontakt (26) ist zwischen je einem Festkontakt (32, 33) unterschiedlicher Kontaktträger schwenkbar
• 6. im Schaltgetriebe sind mechanische Schaltmittel angeordnet, derart, daß nach Auslösung eines Energiespeichers beide Wellen (12, 13) nacheinander um den Schwenkwinkel α verdreht werden, wobei sich die Reihenfolge der Verdrehung bei Umkehr der Schaltrichtung des Stufenschalters von "höher" in "tiefer" oder umgekehrt ändert, bei mehreren Schaltschritten in gleicher Richtung jedoch gleich bleibt
• 7. der Dauerkontakt (26) wird bei jeder Schaltbewegung in die jeweils entgegengesetzte Endposition verschwenkt
• 8. die Ableitungen der Kontakthebel (16, 19) sind elektrisch mit jeweils einem Kontakt eines einpoligen Umschalters (30) direkt und über einen oder mehrere Überschaltwiderstände (28, 29) mit dem jeweils anderen Kontakt des einpoligen Umschalters (30) verbunden, der direkt von der Antriebswelle des Stufenschalters nur bei deren Drehrichtungsumkehr, d. h., beim Wechsel der Schaltrichtung von "höher" in "tiefer" oder umgekehrt betätigt wird
• 9. die Ableitung des Dauerkontaktes ist elektrisch mit der Lastableitung des Umschalters (30) verbunden.

2. Lastumschalter nach Anspruch 1, wobei das Schaltgetriebe aus einer ersten Gruppe von zwei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern (2, 3), einer zweiten Gruppe von vier paarweise mit jeweils einem Zahnrad (2, 3) der ersten Gruppe in Eingriff stehenden weiteren Zahnrädern (4, 5, 6, 7) sowie zwei schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebeln (14, 15) besteht.

3. Lastumschalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei

• 1. das eine Zahnrad (2) der ersten Gruppe von Zahnrädern von dem Energiespeicher direkt angetrieben und nach seiner Auslösung gedreht wird,
• 2. die Drehrichtung des Zahnrades (2) davon abhängig ist, ob der Stufenschalter eine Stufe höher oder tiefer geschaltet wird und
• 3. das andere Zahnrad (3) der ersten Gruppe dabei ebenfalls entgegengesetzt zur Drehrichtung des Zahnrades (2) bewegt wird.

4. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei

• 1. zwei Zahnräder (4, 5) der zweiten Gruppe mit einem Zahnrad (2) der ersten Gruppe jeweils unabhängig voneinander in Eingriff stehen,
• 2. die beiden anderen Zahnräder (6, 7) der zweiten Gruppe mit dem anderen Zahnrad (3) der ersten Gruppe in Eingriff stehen und
• 3. alle Zahnräder (4, 5, 6, 7) der zweiten Gruppe bei jedem Schaltschritt eine Drehung von 180° ausführen, wobei die Zahnräder (2, 6, 7) bei jeder Auslösung des Energiespeichers die gleiche Drehrichtung, die Zahnräder (3, 4, 5) die jeweils entgegengesetzte Drehrichtung haben.

5. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei

• 1. die beiden schwenkbaren Hebel (14, 15) an beiden freien Enden Ausnehmungen aufweisen
• 2. auf jedem Zahnrad (4, 5, 6, 7) der zweiten Gruppe sich jeweils ein fester Hebelarm und an den freien Enden dieser Hebelarme sich jeweils Zapfen (8, 9, 10, 11) befinden und
• 3. die Zapfen (8, 9, 10, 11) bei Drehung des dazugehörigen Zahnrades (4, 5, 6, 7) in jeweils eine Ausnehmung eines Hebels (14, 15) eingreifen können und ihn dadurch verschwenken.

6. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Kontaktarm (16, 19) zweiteilig ausgebildet ist und beide Teile durch Druckfedern (35, 36) verbunden sind.

7. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Kontaktarm an seinem freien Ende an den beiden den jeweiligen Festkontakten (22, 24 bzw. 23, 25) zugewandten Seiten getrennte Kontaktstücke (17, 18 bzw. 20, 21) trägt.

8. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dauerkontakt (26) durch einen mit ihm verbundenen Schieber (34) betätigt wird, der seinerseits mit einem zusätzlichen Zapfen (31) auf einem der Zahnräder (4, 5, 6, 7) in Verbindung steht.

9. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dauerkontakt (26) in einer Drehachse (27) separat gelagert ist.

10. Lastumschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schaltwinkel β, um den der Dauerkontakt (26) verschwenkbar ist, geringer ist als der Schaltwinkel α, um den die Kontakthebel (16, 19) verschwenkbar sind.