EP1215694A2 - Stufenschalter mit Schaltüberwachung - Google Patents

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EP1215694A2
EP1215694A2 EP01128800A EP01128800A EP1215694A2 EP 1215694 A2 EP1215694 A2 EP 1215694A2 EP 01128800 A EP01128800 A EP 01128800A EP 01128800 A EP01128800 A EP 01128800A EP 1215694 A2 EP1215694 A2 EP 1215694A2
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EP
European Patent Office
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movement
monitoring
switching
rotation
gear
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Withdrawn
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EP01128800A
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EP1215694A3 (de
Inventor
Rolf Ing. Grad. Lauterwald
Gregor Dipl.-Ing. Wilhelm (Fh)
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0027—Operating mechanisms
    • H01H9/0033—Operating mechanisms with means for indicating the selected tap or limiting the number of selectable taps
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices

Definitions

  • the invention relates to a tap changer with switching monitoring according to the preamble of the first Claim.
  • a tap changer is from the applicant's company publication "Step switch type MD - inspection instructions" Printing imprint IA 110/01 en already known.
  • the known tap changer is intended for triangular use and has a two-column structure.
  • the Pillar 1 consists of a two-pole diverter switch and a single-pole selector
  • the pillar 2 on the other hand, consists of a single-pole diverter switch and a two-pole selector.
  • the diverter switch one pole of the pillar 1 is connected to the voter of pillar 2 through voter connection lines connected.
  • Both tap changer columns 1 and 2 are mechanical via a horizontal one Drive shaft between the gear stages of the tap changer heads of pillars 1 and 2 with each other coupled and operated together by a motor drive.
  • Each column has an energy accumulator that is pulled up by the common motor drive.
  • To the lift mechanism has a pull-up slide and a jump slide; between these compression springs are arranged in both components.
  • the energy accumulator is pulled open, its respective pull-up slides linearly relative to the position of the still fixed jumping slide this moved so that the intermediate compression springs are tensioned.
  • the jump slide which has been locked until then is released and follows abruptly - hence the name - also linearly with the movement of the slide to.
  • the rapid longitudinal movement of the jumping sled is converted into a via a crank mechanism Rotary movement of the output shaft converted, which in turn the respective diverter switch corresponding column actuated.
  • the simultaneous switching of pillar 1 and pillar 2 is constantly monitored by a switch controlled.
  • This switching monitoring ensures that the diverter switches are always in both columns Switch together and that the common motor drive is switched off in the event of a fault.
  • This switching monitoring has a backdrop on each pillar, each on the slide of the The energy accumulator is arranged and its abrupt - already described above Traverses longitudinal movement after release. A crank engages in this setting, which the described longitudinal movement of the backdrop in a rotational movement of a drive shaft Switching monitoring converted.
  • This drive shaft leads through the tap changer from the area of the Lift mechanism vertically upwards in the area of the respective tap changer head.
  • There are magnetically operated signaling contacts are provided, which depend on the direction of rotation depending on the position of the Drive shaft of the switch monitoring can be operated. In the respective position of the diverter switch the associated signaling contacts are closed. With different positions of the two Diverter switch in the columns and thus different position of the signaling contacts Motor drive immediately through a monitoring circuit, in which the signaling contacts are included
  • the linear movement of the spring carriage is thus Lift mechanism used as a monitoring criterion; this linear movement becomes a Rotational movement of the drive shaft and thus a pivoting movement of metal flags on their used the upper end to actuate the signaling contacts.
  • the object of the invention is therefore to provide a generic tap changer with an improved Specify switching monitoring that no longer has the disadvantages described, safe and works reliably and a uniform movement map of the switching process for everyone Load switching generated.
  • the tap changer according to the invention has the Shift monitoring a direct movement tapping from the rotating output shaft in turn actuates the diverter switch directly.
  • the tapped movement shows exactly the same time course as the movement of the output shaft and thus the entire Switching sequence of the diverter switch, the individual contacts of which are actuated by the output shaft.
  • the movement tapping continues to take place at the last possible mechanical link within the whole gear train. This eliminates the risk of incorrect information about the switching sequence and the status of the diverter switch in the event of faults within the Gear train, d. H. on the components downstream of the lift mechanism.
  • uniform movement image by the switching monitoring in which a rotary movement of the output shaft to the diverter switch in a corresponding rotary movement the drive shaft of the switching monitoring is converted, allows a simple Variety of monitoring and monitoring functions.
  • a representation is and Monitoring of the path-time curve or angle of rotation-time curve during load switching possible.
  • the figure shows a schematic representation of various assemblies of an inventive Energy accumulator.
  • the oil vessel surrounding the entire tap changer is not shown in the figure.
  • a horizontal bearing plate 1 in the center of which is centric downward output shaft 2 runs.
  • the output shaft 2 leads to below arranged diverter switch, not shown here.
  • On the base plate 1 is also here Energy storage, not shown, arranged at the beginning of each actuation of the tap changer Motor drive is pulled up in a known manner.
  • Corresponding energy stores are known in large numbers from the prior art. So are about known from DE-PS 19 56 369 and DE-PS 28 06 282 energy storage, in which between an elevator slide and a spring slide force storage springs are arranged. To The spring sledge triggers a linear movement in these energy stores, which means a crank mechanism is converted into a rotational movement of the output shaft 2.
  • a gear wheel or segment 4 there is a further toothing on the output shaft 2 as a gear wheel or segment 4 arranged, which with a separate gear 5, which is rotatably mounted on an axis 6, interacts.
  • the gear wheel 5 in turn corresponds with its external toothing Tooth segment 7, which with the drive shaft 9 mounted in a bearing 8 of the shift monitoring in Connection is established.
  • This drive shaft 9 leads in a known manner up into the area of here Not shown tap changer head and actuates a here only shown schematically Switch monitoring contact module 10.
  • This contact module 10 can have magnetically operated contacts, Have reed contacts, for example, according to the prior art; instead, at the top of the Drive shaft 9 also other means for monitoring, for. B. resolver or the like.
  • the movement is not tapped in Area of the energy accumulator, but only on the output shaft 2, which leads to the diverter switch, more precisely, their interlocking 4.
  • This will be the two advantages of Invention achieved in a simple manner; through the described interacting gears on the one hand there is a uniform transmission of movement, on the other hand it is really exactly that Movement detects - namely the rotary movement of the output shaft 2 - which actually and directly without the interposition of further mechanical elements on the diverter switch and its in predetermined switching sequence acts successively individual contacts.
  • this invention is not based on the monitoring of tap changers mentioned in the introduction two-column arrangement limited to triangular applications.
  • the invention is also applicable to monitor the switching sequence of a normal single-column tap changer visualize.
  • z. B. a resolver at the upper end of the drive shaft 9 of the switching monitoring or similar technical means, it is possible to control the entire sequence of movements of the output shaft 2 and thus to capture the entire switching sequence when switching loads, e.g. B. as a path-time curve, d. H. here as a rotation angle-time curve, and to compare it with previously stored target values, to generate error or warning messages for certain deviations.
  • one incomplete rotation of the output shaft 2 by a prescribed angle of rotation is an indication that that the diverter switch is not latched again, d. H. has not reached its new end position.
  • exceeding the usual time for a load switchover is, for. B. an indication of one increased mechanical resistance that had to be overcome and thus for mechanical Defects in the tap changer.

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  • Transmission Devices (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit einer Schaltüberwachung, wobei zum Zweck der Überwachung der Betätigung des Lastumschalters direkt die Drehbewegung der diesen nach Auslösung eines Kraftspeichers betätigenden Abtriebswelle in eine korrespondierende Drehbewegung einer Antriebswelle der Schaltüberwachung umgesetzt und diese zu separaten Schalt- bzw. Überwachungsmitteln übertragen wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Schaltüberwachung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches. Ein solcher Stufenschalter ist aus der Firmendruckschrift der Anmelderin "Stufenschalter Typ MD - Inspektionsanleitung" Druckimpressum IA 110/01 de bereits bekannt.
Der bekannte Stufenschalter ist für Dreiecksanwendung vorgesehen und zweisäulig aufgebaut. Die Säule 1 besteht dabei aus einem zweipoligen Lastumschalter und einem einpoligen Wähler, die Säule 2 dagegen aus einem einpoligen Lastumschalter und einem zweipoligen Wähler. Der Lastumschalter eines Pols der Säule 1 ist durch Wählerverbindungsleitungen an den Wähler der Säule 2 angeschlossen. Beide Stufenschaltersäulen 1 und 2 sind mechanisch über eine waagerechte Antriebswelle zwischen den Getriebestufen der Stufenschalterköpfe von Säule 1 und 2 miteinander gekuppelt und werden von einem Motorantrieb gemeinsam betätigt.
Jede Säule weist einen Kraftspeicher auf, der vom gemeinsamen Motorantrieb aufgezogen wird. Dazu besitzt der Kraftspeicher jeweils einen Aufziehschlitten und einen Sprungschlitten; zwischen diesen beiden Bauteilen sind Druckfedern angeordnet. Beim Aufziehen des Kraftspeichers wird dessen jeweiliger Aufziehschlitten relativ zur Stellung des noch feststehenden Sprungschlittens linear zu diesem hin bewegt, so dass die dazwischenliegenden Druckfedern gespannt werden. Ist die Endstellung des Aufziehschlittens erreicht, wird der bis dahin arretierte Sprungschlitten freigegeben und folgt sprungartig - deswegen der Name - ebenfalls linear der Bewegung des Aufziehschlittens nach. Die schnelle Längsbewegung des Sprungschlittens wird über einen Kurbelmechanismus in eine Drehbewegung der Abtriebswelle umgewandelt, die ihrerseits den jeweiligen Lastumschalter der entsprechenden Säule betätigt.
Die gleichzeitige Schaltung von Säule 1 und Säule 2 wird durch eine Schaltüberwachung ständig kontrolliert. Diese Schaltüberwachung stellt sicher, dass die Lastumschalter in beiden Säulen stets gemeinsam umschalten und dass im Störungsfall der gemeinsame Motorantrieb abgeschaltet wird. Diese Schaltüberwachung weist an jeder Säule eine Kulisse auf, die jeweils am Sprungschlitten des Kraftspeichers angeordnet ist und dessen - weiter oben bereits beschriebene - sprungartige Längsbewegung nach Auslösung mitvollzieht. In diese Kulisse greift eine Kurbel ein, die die beschriebene Längsbewegung der Kulisse in eine Drehbewegung einer Antriebswelle der Schaltüberwachung umwandelt. Diese Antriebswelle führt durch den Stufenschalter vom Bereich des Kraftspeichers senkrecht nach oben in den Bereich des jeweiligen Stufenschalterkopfes. Dort sind magnetisch betätigte Meldekontakte vorgesehen, die drehrichtungsabhängig je nach Stellung der Antriebswelle der Schaltüberwachung betätigt werden. In der jeweiligen Stellung des Lastumschalters sind die dazugehörigen Meldekontakte geschlossen. Bei verschiedener Stellung der beiden Lastumschalter in den Säulen und damit unterschiedlicher Stellung der Meldekontakte wird der Motorantrieb durch eine Überwachungsschaltung, in die die Meldekontakte einbezogen sind, sofort stillgesetzt.
Bei der bekannten Schaltüberwachung wird also die lineare Bewegung des Sprungschlittens des Kraftspeichers als Überwachungskriterium genutzt; diese lineare Bewegung wird in eine Drehbewegung der Antriebswelle und damit eine Schwenkbewegung von Metallfahnen an deren oberen Ende zur Betätigung der Meldekontakte verwendet.
Nachteilig ist dabei zunächst einmal, dass diese bekannte Schaltüberwachung ein ungleichmäßig übersetzendes Getriebe aufweist: Eine ablaufende Längsbewegung des Sprungschlittens wird mittels einer Kurbel in eine dazu ungleichförmige Drehbewegung der Antriebswelle der Schaltüberwachung umgewandelt. Für eine rein qualitative Aussage, ob sich die beiden Lastumschalter in den Säulen in gleicher Stellung befinden, mag dies ausreichen. Für weitergehende Überwachungen, etwa für Monitoringzwecke oder eine anderweitige Überwachung der bei einer Lastumschaltung ablaufenden Schaltsequenz, ist eine solch ungleichförmige Bewegungsübertragung ungeeignet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Bewegungsabgriff bereits an einem Glied bei der Bewegungserzeugung, d. h. zu Beginn der mechanischen Bewegungsübertragung auf den Lastumschalter im entsprechenden Getriebezug erfolgt. Treten Fehler auf dem Weg der Bewegung vom Sprungschlitten zu der den Lastumschalter betätigenden Abtriebswelle auf, etwa ein Bruch des Zapfens auf der Kurbel, der in Gleitsteinen läuft, Defekte an diesen Gleitsteinen oder am Kurbelmechanismus selbst, werden diese nicht erfasst, und ein dadurch verursachter Fehler wird nicht erkannt. Die bekannte Schaltüberwachung suggeriert in solchen Fällen eine gleiche Stellung der beiden Lastumschalter, obwohl diese tatsächlich nicht vorhanden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen gattungsgemäßen Stufenschalter mit einer verbesserten Schaltüberwachung anzugeben, die die beschriebenen Nachteile nicht mehr aufweist, sicher und zuverlässig arbeitet und ein gleichförmiges Bewegungsabbild des Umschaltvorganges bei jeder Lastumschaltung generiert.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders vorteilhaft am erfindungsgemäßen Stufenschalter ist zunächst einmal, dass durch die Schaltüberwachung ein direkter Bewegungsabgriff von der sich drehenden Abtriebswelle, die ihrerseits direkt den Lastumschalter betätigt, erfolgt. Die abgegriffene Bewegung weist damit genau denselben zeitlichen Verlauf auf wie die Bewegung der Abtriebswelle und damit die gesamte Schaltsequenz des Lastumschalters, dessen einzelne Kontakte von der Abtriebswelle betätigt werden. Der Bewegungsabgriff erfolgt bei der Erfindung weiterhin am letztmöglichen mechanischen Glied innerhalb des ganzen Getriebezuges. Damit besteht nicht mehr die Gefahr fehlerhafter Informationen über den Schaltablauf und den Status des Lastumschalters bei Störungen innerhalb des Getriebezuges, d. h. an den dem Kraftspeicher nachgeordneten Bauteilen. Das bei der Erfindung entstehende bereits erläuterte, gleichförmige Bewegungsabbild durch die Schaltüberwachung, bei der eine Drehbewegung der Abtriebswelle zum Lastumschalter in eine korrespondierende Drehbewegung der Antriebswelle der Schaltüberwachung umgewandelt wird, gestattet auf einfache Weise eine Vielzahl von Überwachungs- bzw. Monitoringfunktionen. Zum Beispiel ist eine Darstellung und Überwachung des Weg-Zeit-Verlaufes bzw. Drehwinkel-Zeit-Verlaufes bei der Lastumschaltung möglich.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand einer Zeichnung beispielhaft noch näher erläutert werden.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung verschiedene Baugruppen eines erfindungsgemäßen Kraftspeichers.
In der Figur nicht dargestellt ist das den gesamten Stufenschalter umgebende Ölgefäß. Innerhalb dieses Ölgefäßes befindet sich eine waagerechte Lagerplatte 1, in deren Mittelpunkt die zentrisch nach unten verlaufende Abtriebswelle 2 verläuft. Die Abtriebswelle 2 führt zum darunter angeordneten, hier nicht dargestellten Lastumschalter. Auf der Grundplatte 1 ist der ebenfalls hier nicht dargestellte Kraftspeicher angeordnet, der zu Beginn jeder Betätigung des Stufenschalters vom Motorantrieb auf bekannte Weise aufgezogen wird.
Entsprechende Kraftspeicher sind aus dem Stand der Technik in großer Zahl bekannt. So sind etwa aus der DE-PS 19 56 369 und der DE-PS 28 06 282 Kraftspeicher bekannt, bei denen zwischen einem Aufzugsschlitten und einem Sprungschlitten Kraftspeicherfedern angeordnet sind. Nach Auslösung vollführt der Sprungschlitten bei diesen Kraftspeichern eine lineare Bewegung, die mittels eines Kurbelmechanismus in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 2 umgesetzt wird.
In der nicht vorveröffentlichten DE 100 50 932.0 ist ein weiterer Kraftspeicher ebenfalls mit einem Aufzugsschlitten, einem Sprungschlitten und dazwischen angeordneten Kraftspeicherfedern vorgeschlagen, hierbei weist der Sprungschlitten eine Verzahnung auf, die direkt mit einer in der Figur dargestellten Verzahnung 3 auf der Antriebswelle 2 korrespondiert. Letztendlich ist es für die Erfindung unerheblich, auf welche Weise eine schnelle Bewegung des Sprungschlittens eines wie auch immer konstruktiv ausgebildeten Kraftspeichers in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 2 umgewandelt wird.
Auf der Abtriebswelle 2 ist erfindungsgemäß eine weitere Verzahnung als Zahnrad bzw. -segment 4 angeordnet, die mit einem separaten Zahnrad 5, das auf einer Achse 6 drehbar gelagert ist, zusammenwirkt. Das Zahnrad 5 seinerseits korrespondiert mit seiner Außenverzahnung mit einem Zahnsegment 7, das mit der in einem Lager 8 gelagerten Antriebswelle 9 der Schaltüberwachung in Verbindung steht. Diese Antriebswelle 9 führt auf bekannte Weise nach oben in den Bereich des hier nicht dargestellten Stufenschalterkopfes und betätigt dort ein hier nur schematisch dargestelltes Schaltüberwachungs-Kontaktmodul 10. Dieses Kontaktmodul 10 kann magnetisch betätigte Kontakte, Reedkontakte etwa, nach dem Stand der Technik aufweisen; stattdessen können am oberen Ende der Antriebswelle 9 auch andere Mittel zur Überwachung, z. B. Resolver o. dgl., vorgesehen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltüberwachung erfolgt also der Bewegungsabgriff nicht schon im Bereich des Kraftspeichers, sondern erst an der Abtriebswelle 2, die zum Lastumschalter führt, genauer gesagt deren Verzahnung 4. Damit werden die beiden bereits beschriebenen Vorteile der Erfindung auf einfache Weise erreicht; durch die beschriebenen zusammenwirkenden Verzahnungen erfolgt einerseits eine gleichförmige Bewegungsübertragung, andererseits wird wirklich genau die Bewegung erfasst - nämlich die Drehbewegung der Abtriebswelle 2 - die auch tatsächlich direkt und ohne Zwischenschaltung weiterer mechanischer Glieder auf den Lastumschalter und dessen in vorbestimmter Schaltsequenz nacheinander zu betätigenden einzelnen Kontakte wirkt.
Diese Erfindung ist im Übrigen nicht auf die eingangs erwähnte Überwachung von Stufenschaltern in zweisäuliger Anordnung für Dreiecksanwendungen beschränkt. Die Erfindung ist ebenso anwendbar, um den Schaltablauf eines normalen einsäuligen Stufenschalters zu überwachen bzw. zu visualisieren. Durch z. B. einen Resolver am oberen Ende der Antriebswelle 9 der Schaltüberwachung oder ähnliche technische Mittel ist es möglich, den gesamten Bewegungsablauf der Abtriebswelle 2 und damit die gesamte Schaltsequenz bei einer Lastumschaltung zu erfassen, z. B. als Weg-Zeit-Verlauf, d. h. hier als Drehwinkel-Zeit-Verlauf, und mit vorab gespeicherten Sollwerten zu vergleichen, um bei bestimmten Abweichungen Fehler- oder Warnmeldungen zu erzeugen. Beispielsweise ist eine nicht vollständige Drehung der Abtriebswelle 2 um einen vorgeschriebenen Drehwinkel ein Indiz dafür, dass der Lastumschalter nicht wieder verklinkt ist, d. h. seine neue Endstellung nicht erreicht hat. Ein Überschreiten der üblichen Zeit für eine Lastumschaltung dagegen ist z. B. ein Indiz für einen erhöhten mechanischen Widerstand, der überwunden werden musste und damit für mechanische Defekte im Stufenschalter.

Claims (4)

  1. Stufenschalter mit Schaltüberwachung für Regeltransformatoren,
    wobei ein Lastumschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Stufenwicklung des Regeltransformators vorgesehen ist,
    wobei weiterhin ein Kraftspeicher mit einem spannbaren Aufzugsteil und einem nach seiner Auslösung der Bewegung des Aufzugsteils sprungartig nachfolgenden Sprungteil vorgesehen ist,
    wobei das Sprungteil mit einer drehbaren Abtriebswelle in Verbindung steht, die ihrerseits den Lastumschalter nach der Auslösung des Kraftspeichers sprungartig betätigt
    und wobei die Schaltüberwachung Mittel zur Erfassung der durch das Sprungteil erzeugten Bewegung und Umwandlung dieser Bewegung in eine Drehbewegung, d. h. einen Drehwinkel aufweist und weiterhin eine Antriebswelle zur Übertragung des erfassten Drehwinkels zu Schalt- und Überwachungsmitteln aufweist, die durch den übertragenen Drehwinkel betätigbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung der durch das Sprungteil erzeugten Bewegung derart ausgebildet sind, dass die Drehung der Abtriebswelle (2) direkt in eine korrespondierende Drehung der Antriebswelle (9) der Schaltüberwachung um einen Drehwinkel umsetzbar ist.
  2. Stufenschalter nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung der durch das Sprungteil erzeugten Bewegung aus einem Zahnradgetriebe bestehen, aufweisend ein Zahnrad oder -segment (4) auf der Abtriebswelle (2) und ein weiteres Zahnrad oder -segment (7), das mit der Antriebswelle (9) der Schaltüberwachung in Verbindung steht.
  3. Stufenschalter nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zahnrad oder -segment (4) und weiterem Zahnrad oder -segment (7) ein drittes Zahnrad oder -segment (5), das auf einer separaten Achse (6) drehbar gelagert ist, vorgesehen ist.
  4. Stufenschalter nach einem der vorangegangenen Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schalt- und Überwachungsmittel aus mindestens einem Resolver bestehen.
EP01128800A 2000-12-15 2001-12-04 Stufenschalter mit Schaltüberwachung Withdrawn EP1215694A3 (de)

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