EP2569786B1

EP2569786B1 - Schaltanordnung

Info

Publication number: EP2569786B1
Application number: EP11706753.8A
Authority: EP
Inventors: Thomas Schuster
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: DE102010020040A1; CN102906842A; DE102010020040B4; CN102906842B; EP2569786A1; WO2011141079A1; HK1178678A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gattungsgemäße Schaltanordnungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Sie finden in Umstellern von Transformatoren, insbesondere von Stufentransformatoren Anwendung und dienen dem leistungslosen, d.h. spannungs- bzw. stromlosen Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen des am Umsteller angeschlossenen Transformators.
Eine derartige Schaltanordnung besteht im Wesentlichen aus mehreren kreisförmig um eine zentrale Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben und einer zentralen, drehbar gelagerten Schaltwelle, an der eine Kontaktanordnung befestigt ist. Die Kontaktanordnung dient der elektrischen Kontaktierung von zwei zueinander, vorzugsweise benachbarten, Kontaktstäben, um dadurch ein definiertes Transformationsverhältnis des mit der Schaltanordnung verbundenen Transformators zu bewirken.
Die aus dem Stand der Technik wie z.B. aus US 4 496 805 A bekannten Kontaktanordnungen weisen Rollerkontakte auf, d.h. die mit den Kontaktstäben in Verbindung stehenden Kontaktelemente sind rollen- oder walzenförmig ausgebildet und drehbar in der Kontaktanordnung gelagert. Beim Umstellen der Schaltanordnung aus einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung wird durch die Reibung der Rollerkontakte gegenüber den Kontaktstäben eine Drehbewegung der Rollerkontakte bewirkt, so dass sich die Rollerkontakte umfangsseitig an den Kontaktstäben abrollen.
Nachteilig an derartigen Rollerkontakten ist, dass durch das Abrollen der Rollerkontakte an den festen Kontaktstäben dort entstandene Rückstände, beispielsweise kohlenartige Rückstände bzw. Trennschichten, die elektrisch schlecht oder nicht leitend sind, durch die Abrollbewegung auf den Kontaktstäben bzw. den Rollerkontakten festgedrückt werden und damit den elektrischen Kontakt zunehmend verschlechtern. Der erhöhte Kontaktwiderstand führt zu einer zunehmenden Erwärmung der Kontaktfläche und damit zu einer Verringerung der Kontaktlebensdauer bzw. zu einer Verringerung der Lebensdauer der gesamten Schaltanordnung.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktsystem aufzuzeigen, das beim Umschaltvorgang eine Selbstreinigung der Kontakte bewirkt und einfach zu montieren ist. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Kontaktfläche der Kontaktelemente zumindest einen Mittelbereich und beidseitig daran anschließende Randbereiche aufweist, die derart geformt sind, dass der radiale Abstand der Kontaktfläche zur Mittellängsachse im Mittelbereich der Kontaktelemente kleiner ist als der radiale Abstand der Kontaktfläche zur Mittellängsachse in den Randbereichen. Durch den reduzierten radialen Abstand der Kontaktfläche zum Drehpunkt der Kontaktanordnung, und zwar der Mittellängsachse, wird im Bereich zwischen den Kontaktstellen gezielt eine Ausnehmung vorgesehen. Mittels der erfindungsgemäßen zwischen den Kontaktstellen angeordneten Ausnehmung wird eine Zwischenschaltstellung ermöglicht, bei der die Ausnehmung einem Kontaktstab radial gegenüber zu liegen kommt und die Kontaktelemente keinen Kontakt zu den benachbarten Kontaktstäben herstellen. In dieser Zwischenschaltstellung ist die Schaltwelle zusammen mit der Kontaktanordnung in den Zwischenraum zwischen den kreisförmig angeordneten Kontaktstäben axial einbringbar. Dadurch wird eine leichte Montage und Entnahme der Schaltwelle samt Kontaktanordnung möglich.
Vorzugsweise schließt sich an die Ausnehmung des Mittelbereichs, die vorzugsweise konkav gewölbt oder eben ausgebildet ist, zu beiden Seiten hin jeweils ein Zwischenbereich an, der konvex nach außen gewölbt ist. Vorgenannte und im Weiteren folgende Wölbungsangaben beziehen sich stets auf die Mittellängsachse, um welche die die Kontaktanordnung tragende Schaltwelle drehbar gelagert ist. Die konvex gewölbten Zwischenbereiche weisen ein Wölbungsmaximum auf, dessen Abstand zur Mittellängsachse größer ist als der Abstand der Kontaktfläche im Mittelbereich zur Mittellängsachse, sodass der Mittelbereich seitlich durch die Wölbungsmaxima der angrenzenden Zwischenbereiche begrenzt wird.
Vorzugsweise schließen sich jeweils an die Zwischenbereiche nach außen hin erste Randbereichsabschnitte an, die eben oder konkav bezogen auf die Mittellängsachse gewölbt sind. Vorzugsweise sind die ersten Randbereichsabschnitte kreisbogenförmig ausgebildet. An diesen ersten Randbereichsabschnitten liegt in der Schaltstellung jeweils ein Kontaktstab an. In der Schaltstellung befinden sich die Wölbungsmaxima der Zwischenbereiche zumindest teilweise im Zwischenraum zwischen den elektrisch kontaktierten Kontaktstäben. Bei Herausdrehen der Kontaktanordnung aus der Schaltstellung ist ein Gleiten der Kontaktfläche des Kontaktstabes über das Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs in Drehrichtung erforderlich. Dies führt zu einer verbesserten Klemmung der Kontaktanordnung in Bezug auf den Kontaktstab, sodass erst nach Drücken der federnd radial verschiebbar gegenüber der Schaltwelle angeordneten Kontaktelemente in Richtung der Mittellängsachse der Kontaktstab am Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs vorbei gleiten kann und damit die Schaltstellung verlassen werden kann. Somit wird durch die in den Zwischenraum zwischen die elektrisch kontaktierten Kontaktstäbe hineinragenden Wölbungsmaxima der Zwischenbereiche zum einen ein ungewolltes Verdrehen der Kontaktanordnung aus der Schaltstellung verhindert, zum anderen wird eine Selbstjustierung der Kontaktanordnung in der jeweiligen Schaltstellung erreicht. Des Weiteren wird durch die Schleifbewegung der Kontaktflächen der Kontaktelemente an den Kontaktstäben beim Herausdrehen der Kontaktanordnung aus der jeweiligen Schaltstellung eine Reibung erzeugt, die zu einer Selbstreinigung der Kontaktflächen der Kontaktelemente bzw. der mit diesen Kontaktflächen in Wirkverbindung stehenden Außenflächenbereiche der Kontaktstäbe führt.
Vorzugsweise schließt sich an den ersten Randbereichsabschnitt ein zweiter konvex gewölbter Randbereichsabschnitt an. Dieser zweite Randbereichsabschnitt kann ebenfalls ein Wölbungsmaximum aufweisen, das zusammen mit dem Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs den ersten Randbereichsabschnitt seitlich begrenzt. Insbesondere bei konkav ausgebildetem erstem Randbereichsabschnitt bildet sich dort eine Ausnehmung zwischen dem Zwischenbereich und dem zweiten Randbereichsabschnitt aus, die einem ungewollten Herausdrehen der Kontaktanordnung aus der jeweiligen Schaltstellung entgegenwirkt.
Weiterhin bevorzugt können an den zweiten Randbereichsabschnitten drehbar gelagerte Rollen vorgesehen sein, die umfangsseitig gegenüber den zweiten Randbereichsabschnitten vorstehen. Durch diese Rollen wird beim Hineindrehen bzw. Herausdrehen der Kontaktanordnung in eine bzw. aus einer Schaltstellung eine Verringerung des aufzuwendenden Drehmoments erreicht, da nach einer Schleifbewegung der ersten Randbereichsabschnitte an den Kontaktstäben die Rollen gegenüber diesen zur Anlage gelangen und mittels dieser an den Kontaktstäben abrollen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein mit der Schaltwelle verbundenes Gehäuse angeordnet, in dem die Kontaktanordnung zumindest teilweise aufgenommen ist. Die Kontaktelemente der Kontaktanordnung sind als Kontaktlamellenpaket realisiert und einzeln federnd gegenüber dem Gehäuse verschiebbar. Vorzugsweise sind Federn vorgesehen, die als Druckfedern ausgebildet sind und einen radial nach außen wirkenden Anpressdruck der Kontaktelemente an die Kontaktstäbe bewirken. Durch die einzelne Verschiebbarkeit der Kontaktelemente kann auch bei erhöhter Oberflächenrauhigkeit der Kontaktstäbe bzw. der Kontaktelemente, beispielsweise durch Abnutzung ein elektrisches Kontaktieren sichergestellt werden, da sich die einzelnen Kontaktelemente an die Oberflächenstruktur anpassen können. Dabei ist stets sichergestellt, dass jedes Kontaktelement stets mit mindestens zwei Kontaktpunkten gegenüber den jeweiligen Kontaktstäben anliegt.
Vorzugsweise weisen die Kontaktelemente jeweils zumindest zwei Langlöcher zur verschiebbaren Befestigung der Kontaktelemente im Gehäuse auf, wobei durch die Langlöcher ein Verschiebungsbereich für die Kontaktelemente definiert wird. Bei Einnehmen einer Schaltstellung zur elektrischen Kontaktierung von zwei benachbarten Kontaktstäben sind die Kontaktelemente zumindest teilweise in das Gehäuse zurückgeschoben. Bei Positionierung der Kontaktanordnung in der Zwischenschaltstellung, bei der der Mittelbereich einem Kontaktstab gegenüberliegt, werden die Kontaktelemente maximal aus dem Gehäuse herausgeschoben und von den Langlöchern begrenzt beabstandet zum Kontaktstab gehalten.
Besonders bevorzugt sind die Kontaktelemente als Schleifkontaktelemente bzw. Schleifkontaktlamellen ausgebildet. Diese Schleifkontaktelemente zeichnen sich insbesondere durch einen stetigen Verlauf der Kontaktflächen aus, sodass beim Drehen der Kontaktanordnung gegenüber den Kontaktstäben die Kontaktelemente eine Schleifbewegung an den Kontaktstäben vollziehen und damit eine Reinigung der Kontaktflächen bewirkt wird.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Zudem ergeben sich Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Figuren. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinesfalls auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll. Es zeigen:

Fig. 1: beispielhaft eine gattungsgemäße Schaltanordnung in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 2: beispielhaft ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung in einer Draufsicht;
Fig. 3: beispielhaft die erfindungsgemäßen Schaltanordnung gemäß Fig.2 in einer Zwischenschaltstellung;
Fig. 4: beispielhaft ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung in einer Draufsicht;
Fig. 5: beispielhaft eine Schnittdarstellung einer Kontaktanordnung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung in einer Seitenansicht und
Fig. 6: beispielhaft eine Schnittdarstellung der Kontaktanordnung aus Fig. 5 entlang der Schnittlinie A-A.
Fig.7: beispielhaft ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung in einer Draufsicht;
Fig. 8: beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltanordnung mit randseitig angeordneten Rollen in einer Draufsicht.

In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine erfindungsgemäße Schaltanordnung gezeigt. Die Schaltanordnung 1 kann insbesondere in einem Umsteller zur Veränderung des Transformationsverhältnisses eines Transformators Verwendung finden.
Die Schaltanordnung 1 besteht im Wesentlichen aus mehreren zueinander parallelen, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse MLA angeordneten Kontaktstäben 2, die durch zwei zueinander beabstandete Käfigringe 8 hindurchgeführt sind und über diese in vorgegebenen Positionen gehalten werden. Ebenfalls durch die Käfigringe 8 gehalten bzw. geführt ist eine Schaltwelle 3, die entlang der Mittellängsachse MLA verläuft und drehbar um diese gelagert ist, vorzugsweise in zumindest einem der Käfigringe 8.
In Bereich zwischen den beiden Käfigringen 8 ist eine Kontaktanordnung 4 mit mehreren Kontaktelementen 5 vorgesehen, die mit der um die Mittellängsachse MLA drehbar gelagerten Schaltwelle 3 verbunden ist. Die Kontaktelemente 5 sind in radialer Richtung gegenüber der Schaltwelle 3 verschiebbar und zur elektrischen Kontaktierung von zwei zueinander benachbarten Kontaktstäben 2 ausgebildet. Die Kontaktelemente 5 sind insbesondere federbelastet verschiebbar und werden durch Druckfedern in einer bezogen auf die Mittellängsachse MLA radial nach außen vorgeschobenen Position in Richtung der Kontaktstäbe 2 gedrückt gehalten.
Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Schaltanordnung 1 besteht aus sechs Kontaktstäben 2. Die Kontaktanordnung 4 kann somit durch Drehen der Schaltwelle 3 um die Mittellängsachse MLA sechs unterschiedliche Schaltstellungen annehmen, wobei durch die verschiedenen Schaltstellungen der Schaltanordnung 1 unterschiedliche Transformationsverhältnisse eines mit der Schaltanordnung 1 verbundenen Transformators einstellbar sind.
Erfindungsgemäß ist die den Kontaktstäben 2 zugewandte Kontaktfläche 6 der Kontaktelemente 5 derart geformt, dass der radiale Abstand d₁ der Kontaktfläche 6 zur Mittellängsachse MLA im Mittelbereich 6.1 der Kontaktelemente 5 kleiner ist als der radiale Abstand d₃, d₄ in den beiderseitig an den Mittelbereich 6.1 anschließenden Randbereichen 6.3, 6.3', 6.4, 6.4'. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Mittelbereich 6.1 und den Randbereichen 6.3, 6.3', 6.4, 6.4' noch ein Zwischenbereichen 6.2, 6.2' vorgesehen, der den Übergang zwischen genannten Bereichen bildet.
In den Figuren 2 und 3 ist jeweils eine mittels der Schaltwelle 3 drehbare Kontaktanordnung 4 in einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die Figur 2 die Kontaktanordnung 4 in einer Schaltstellung positioniert zeigt, bei der zwei Kontaktstäbe 2 elektrisch leitend über die Kontaktanordnung 4 miteinander verbunden sind und die Figur 3 eine zwischen zwei, möglichen Schaltstellungen befindliche Zwischenschaltstellung zeigt, bei der die Kontaktanordnung 4 gegenüber den Kontaktstäben 2 freigeschaltet ist, d.h. die Kontaktflächen 6 der Kontaktelemente 5 nicht an einem oder mehreren Kontaktstäben 2 anliegen.
Die Kontaktanordnung 4 ist symmetrisch zu einer Symmetrieachse SA aufgebaut, und zwar vorzugsweise spiegelsymmetrisch. Die Symmetrieachse SA verläuft hierbei durch die Mittellängsachse MLA sowie den Mittelbereich 6.1. In der Schaltstellung, d.h. die benachbarten Kontaktstäbe 2 sind durch die Kontaktanordnung 4 elektrisch miteinander verbunden, teilt die Symmetrieachse SA näherungsweise den Zwischenraum 9 zwischen zwei Kontaktstäben 2 in näherungsweise zwei gleiche Hälften auf.
Der die Symmetrieachse SA einschließende Mittelbereich 6.1 der Kontaktfläche 6 ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel konkav gewölbt. Diese Wölbungsangabe bezieht sich, wie auch sämtliche weitere Wölbungsangaben, auf die Mittellängsachse MLA der Schaltanordnung 1. Durch diese konkave Wölbung bildet sich im Mittelbereich 6.1 eine Ausnehmung aus, in deren Minimum ein radialer Abstand d₁ zwischen Mittellängsachse MLA und der Kontaktfläche 6 des Kontaktelements 5 vorliegt, der kleiner ist als der radiale Abstand d₂ zwischen den jeweils beidseitig an den Mittelbereich 6.1 anschließenden Zwischenbereichen 6.2, 6.2' sowie die radialen Abstände d₃, d₄ zwischen den ersten bzw. zweiten Randbereichen 6.3, 6.3', 6.4, 6.4'.
Die radialen Abstände d₁, d₂, d₃, d₄ sind aufgrund der Verschiebbarkeit der Kontaktelemente 5 gegenüber der entlang der Mittellängsachse MLA verlaufenden Schaltwelle 3 variabel. Jedoch bedingt die individuelle Verschiebung der einzelnen Kontaktelemente 5 gegenüber der Schaltwelle 3 eine Veränderung jeweils sämtlicher Abstände d₁, d₂, d₃, d₄ eines Kontaktelementes 5, so dass das Größenverhältnis der Abstände d₁, d₂, d₃, d₄ zueinander stets erhalten bleibt.
Vorzugsweise ist der radiale Abstand d₁ des Mittelbereichs 6.1 zur Mittellängsachse MLA derart gewählt, dass die Kontaktanordnung 4 eine zwischen zwei Schaltstellungen liegende Zwischenschaltstellung gegenüber den Kontaktstäben 2 einnehmen kann, bei der die Symmetrieachse SA der Kontaktanordnung 4 durch einen Kontaktstab 2 verläuft. In dieser Zwischenschaltstellung nimmt der radiale Abstand d₁ der Kontaktfläche 6 im Mittelbereich zur Mittellängsachse MLA einen Maximalwert an. Dieser Maximalwert des Abstands d₁ ist jedoch kleiner als der radiale Abstand d₅ der Außenflächen der Kontaktstäbe 2 zur Mittellängsachse MLA, d.h. die Kontaktfläche 6 im Mittelbereich 6.1 einen ausreichenden Abstand zum gegenüberliegenden Kontaktstab 2 aufweist. Durch diese Dimensionierung kann die Schaltwelle 3 mit der Kontaktanordnung 4 berührungslos in die kreisförmige Anordnung der Kontaktstäbe 2 eingeschoben werden, so dass eine einfache Montage und Demontage der Schaltanordnung 1 gewährleistet ist.
An den Mittelbereich 6.1 schließen sich zu beiden Seiten hin symmetrisch zur Symmetrieachse SA jeweils ein Zwischenbereich 6.2 an, deren Abstand d₂ zur Mittellängsachse MLA hin größer ist als der Abstand d₁. Die radiale Abstandsvergrößerung zwischen dem Mittelbereich 6.1 und dem Zwischenbereich 6.2 vollzieht sich stetig, wobei die konkave Wölbung des Mittelbereichs 6.1 im Zwischenbereich 6.2, 6.2' in eine konvexe Wölbung übergeht und im Wölbungsmaximum den radialen Abstand d₂ zur Mittellängsachse MLA erreicht. Der Winkelabstand α der Wölbungsmaxima der beiden Zwischenbereiche 6.2, 6.2' ist derart gewählt, dass die Wölbungsmaxima der konvex gewölbten Zwischenbereiche 6.2, 6.2' zumindest teilweise innerhalb des Zwischenraums 9 zu liegen kommen bzw. teilweise in diesen hineinragen.
Durch die symmetrische Anordnung der Wölbungsmaxima wird eine Selbstjustierung der Kontaktanordnung 4 in der Schaltstellung erreicht, da eine Verdrehung der Kontaktanordnung 4 zu einem Einschieben der Kontaktelemente 5 führen würde. Durch dieses Einschieben werden Rückstellkräfte bewirkt, die zu einem Rückstellen der Kontaktanordnung 4 in die Position führen, in der die Symmetrieachse SA mittig durch den Zwischenraum 9 zwischen den elektrisch verbundenen Kontaktstäben 2 führt.
An den Zwischenbereich 6.2, 6.2' schließen sich jeweils nach außen hin erste und zweite Randbereichsabschnitte 6.3, 6.4, 6.3', 6.4' an, wobei die ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3' im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet sind. Die ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3' der Kontaktfläche 6 liegen damit in der Schaltstellung zumindest teilweise an den Kontaktstäben 2 an. Durch die ebene oder im Wesentlichen ebene Ausbildung der ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3' verringert sich der radiale Abstand d₃ des ersten Randbereichsabschnitts 6.3, 6.3' zur Mittellängsachse MLA in Richtung des zweiten Randbereichsabschnitts 6.4, 6.4', wobei der radiale Abstand d₃ stets kleiner ist als der radiale Abstand d₂ zwischen dem Zwischenbereich 6.2, 6.2' und der Mittellängsachse MLA. Durch diese geometrische Dimensionierung wird ein ungewolltes Verdrehen der Kontaktanordnung 4 aus der Schaltstellung heraus verhindert, da abhängig von der Drehrichtung ein Zwischenbereich 6.2, 6.2' mit seinem Wölbungsmaximum beim Herausdrehen der Kontaktanordnung 4 aus der Schaltstellung zur Anlage gegenüber dem Kontaktstab 2 gelangt und dabei durch das Einschieben der Kontaktelemente 5 in Richtung der Schaltwelle 3 eine erhöhte Klemmung erzielt wird, die einem ungewollten Umschalten entgegenwirkt.
Nach außen hin schließt sich jeweils an den ersten Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' der zweite Randbereichsabschnitt 6.4, 6.4' an, der vorzugsweise konvex - bezogen auf die Mittellängsachse MLA - gewölbt ist. Diese zweiten Randbereichsabschnitte 6.4, 6.4' bilden eine seitliche Abrundung der Kontaktelemente 5, so dass beim Drehen der Kontaktanordnung 4 um die Mittellängsachse MLA die Kontaktelemente 5 mit dem zweiten Randbereichsabschnitt 6.4, 6.4' an dem Kontaktstab 2 entlang schleifen und die Kontaktanordnung 4 unter radialem Einschieben der Kontaktelemente 5 in Richtung der Mittellängsachse MLA mit geringem Kraftaufwand in die Schaltstellung bewegt werden können.
In Figur 4 ist in eine weitere Ausführungsform der Kontaktfläche 6 der Kontaktelemente 5 gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu der in Figur 2 und Figur 3 gezeigten Kontaktflächenform besteht darin, dass zum einen der erste Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' jeweils leicht konkav gewölbt gegenüber der Mittellängsachse MLA ausgebildet ist. Diese konkave Wölbung weist ein Wölbungsminimum auf, in dem der erste Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' einen radialen Abstand d₃ zum Mittellängsachse MLA aufweist. Durch die konkave Wölbung bildet sich eine Ausnehmung, in der in einer Schaltstellung der jeweilige Kontaktstab 2 zur Anlage kommt und dadurch eine definierte Arretierung erfährt.
Des Weiteren weisen die konvex bezüglich der Mittellängsachse MLA gewölbten zweiten Randbereichsabschnitte 6.4, 6.4' jeweils ein Wölbungsmaximum auf, in denen sie zur Mittellängsachse MLA einen radialen Abstand d₄ haben. Dieser radiale Abstand d₄ ist größer als der radiale Abstand d₃, sodass zumindest das Wölbungsmaximum gegenüber dem ersten Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' radial vorsteht. Somit wird der erste Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' seitlich zum einen durch das Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs 6.2, 6.2', zum anderen durch das Wölbungsmaximum des zweiten Randbereichsabschnitts 6.4, 6.4' begrenzt. Beim Ausdrehen der Kontaktanordnung 4 aus der Schaltstellung müssen diese Wölbungsmaxima überwunden werden, was zum einen einer ungewollten Umschaltung der Schaltanordnung 1 entgegenwirkt, zum anderen eine Selbst justierung der Kontaktanordnung 4 in der Schaltstellung bewirkt.
Figur 5 zeigt einen seitlichen Längsschnitt durch die Kontaktanordnung 4 einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung 1. Die Kontaktanordnung 4 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 7 mit einem ersten Gehäuseabschnitt 7.1, der eine halbrunde Ausnehmung 7.3 zur zumindest teilweisen Aufnahme der Schaltwelle 3 aufweist und einem zweiten Gehäuseabschnitt 7.2 mit einer Ausnehmung 7.4, innerhalb der eine Vielzahl von Kontaktelementen 5 beabstandet zueinander aufgenommen sind. Die Kontaktelemente 5 sind vorzugsweise als Kontaktlamellen, insbesondere Schleifkontaktlamellen realisiert
Die Kontaktelemente 5 sind jeweils federnd gegenüber dem Gehäuse 7 angeordnet und zwar über Federn 10, die beispielsweise als Druckfedern ausgebildet sind. Zur verschiebbaren Fixierung der Kontaktelemente 5 gegenüber dem Gehäuse 7 sind in den Stegen 7.5, 7.5', die die Ausnehmung 7.4 seitlich begrenzen, Fixierelemente 7.6 verankert, die in Querrichtung parallel zur Schaltwelle 3 durch die Ausnehmung 7.4 verlaufen und mittels eines Langlochs 5.1 durch die Kontaktelemente 5 hindurchgeführt sind. Durch die parallele Anordnung von mehreren, einzeln radial verschiebbaren Kontaktelementen 5 kann eine definierte Kontaktierung der Kontaktstäbe 2 durch die die Kontaktanordnung 4 erreicht werden.
Figur 6 zeigt einen Schnitt durch die an der Schaltwelle 3 angeordnete Kontaktanordnung 4 entlang der Schnittlinie A-A. Die Kontaktelemente 5 sind federbelastet verschiebbar gegenüber dem Gehäuse 7, und zwar zwischen einer durch die Langlöcher 5.1 vorgegebenen zurückgeschobenen bzw. vorgeschobenen Extremstellung. Bei Einnahme der Schaltstellung durch die Kontaktanordnung 4 sind die Kontaktelemente 5 vorzugsweise jeweils in eine zwischen diesen Extremstellungen befindliche Zwischenstellung positioniert. Damit werden sie federbelastet gegen die Kontaktstäbe 2 gedrückt, sodass eine optimale elektrische Kontaktierung erreicht wird. Bei Herausdrehen der Kontaktanordnung 4 aus einer Schaltstellung müssen die konvexen Wölbungen des Zwischenbereichs 6.2 bzw. des zweiten Randbereichsabschnitts 6.4 überwunden werden. Dabei werden die Kontaktelemente 5 in Richtung der Schaltwelle 3 soweit zurückgeschoben, bis die konvexen Wölbungsbereiche an den Kontaktstäben 2 vorbeischleifen können und die Kontaktanordnung 4 über eine Zwischenschaltstellung, bei der die Kontaktelemente 5 federbelastet maximal aus dem Gehäuse 7 herausgeschoben sind, in die benachbarte Schaltstellung überführt werden können.
Bei diesem Verdrehen der Schaltwelle 3 und damit der Kontaktanordnung 4 gegenüber den Kontaktstäben 2 um die Mittellängsachse MLA erfolgt eine Schleifbewegung der Kontaktflächen 6 der Kontaktelemente 5 an den Außenseiten der Kontaktstäbe 2, sodass beispielsweise durch Kontaktverkokung entstehende Fremdschichten an den Kontaktstäben 2 oder den Kontaktelementen 5 durch die Schleifbewegung entfernt und dadurch eine Selbstreinigung der Kontakte beim Umschaltvorgang erfolgt.
Figur 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Kontaktfläche 6 der Kontaktelemente 5. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Mittelbereich 6.1 eben ausgebildet, wobei die aufgespannte Ebene vorzugsweise senkrecht zur Symmetrieachse SA verläuft. Des Weiteren sind sowohl die ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3' als auch die zweiten Randbereichsabschnitte 6.4, 6.4' vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, wobei die Radien und Mittelpunkte der jeweiligen Kreisbögen der ersten und zweiten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3', 6.4, 6.4' unterschiedlich sind.
Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltanordnung gemäß der Ausführungsform nach Figur 7, wobei jeweils in den Randbereichsabschnitten 6.4, 6.4' Rollen 11 angeordnet sind, die drehbar gegenüber der Kontaktanordnung 4 gelagert sind und mit ihren Umfangsseiten geringfügig gegenüber den Kontaktelementen 5 vorstehen. Durch diese Rollen 11 wird eine Verringerung des aufzuwendenden Drehmoments beim Verdrehen der Kontaktanordnung 4 gegenüber den Kontaktstäben 2 erreicht. Bei Einnahme einer Schaltstellung, bei der zwei benachbarte Kontaktstäbe 2 miteinander elektrisch verbunden sind, gelangen die Rollen 11 nicht zur Anlage gegenüber den Kontaktstäben 2, so dass die ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3' weiterhin als Schleifkontakte an den Kontaktstäben 2 reiben und dadurch eine Selbstreinigung der Kontaktfläche bewirkt wird.

Bezugszeichenliste

1: Schaltanordnung
2: Kontaktstab
3: Schaltwelle
4: Kontaktanordnung
5: Kontaktelement
5.1: Langloch
6: Kontaktfläche
6.1, 6.1': Mittelbereich
6.2, 6.2': Zwischenbereich
6.3, 6.3': erster Randbereichsabschnitt
6.4, 6.4': zweiter Randbereichsabschnitt
7: Gehäuse
7.1: erster Gehäuseabschnitt
7.2: zweiter Gehäuseabschnitt
7.3: Ausnehmung
7.4: Ausnehmung
7.5, 7.5': Steg
7.6: Fixierelement
8: Käfigring
9: Zwischenraum
10: Feder
11: Rolle
a: Winkelabstand
d₁: Abstand
d₂: Abstand
d₃: Abstand
d₄: Abstand
d₅: Abstand
MLA: Mittellängsachse
SA: Symmetrieachse

Claims

Schaltanordnung für einen Transformator umfassend mehrere zueinander parallele, beabstandete und kreisförmig um eine Mittellängsachse (MLA) angeordnete Kontaktstäbe (2), eine entlang der Mittellängsachse (MLA) verlaufende und drehbar um diese gelagerte Schaltwelle (3) und eine an der Schaltwelle (3) befestigte Kontaktanordnung (4) mit mehreren Kontaktelementen (5), die zumindest radial verschiebbar gegenüber der Schaltwelle (3) angeordnet sind und die zumindest eine den Kontaktstäben (2) zugewandte Kontaktfläche (6) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (6) der Kontaktelemente (5) zumindest einen Mittelbereich (6.1) und beidseitig daran anschließende Randbereiche (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') aufweist, die derart geformt sind, dass der radiale Abstand (d₁) der Kontaktfläche (6) zur Mittellängsachse (MLA) im Mittelbereich (6.1) kleiner ist als der radiale Abstand (d₃, d₄) der Kontaktfläche (6) zur Mittellängsachse (MLA) in den Randbereichen (6.3, 6.4, 6.3', 6.4').
Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) im Mittelbereich (6.1) eine konkave Wölbung aufweisen oder eben ausgebildet sind.
Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) zwischen dem Mittelbereich (6.1) und den anschließenden Randbereichen (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') jeweils einen konvex ausgebildeten Zwischenbereich (6.2, 6.2') umfassen.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') zumindest einen ersten Randbereichabschnitt (6.3, 6.3') und einen zweiten Randbereichabschnitt (6.4, 6.4') aufweisen, wobei der erste Randbereichsabschnitt (6.3, 6.3') eben oder konkav gewölbt ausgebildet ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich jeweils an den ersten Randbereichsabschnitt (6.3, 6.3') anschließende zweite Randbereichsabschnitt (6.4, 6.4') konvex gewölbt ausgebildet ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') jeweils kreisbogenförmig ausgebildet sind.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (6.2) und/oder der zweite Randbereichsabschnitt (6.4) zumindest teilweise einen radialen Abstand (d₂, d₄) zur Mittellängsachse (MLA) aufweisen, der größer ist als der radiale Abstand (d₃) des ersten Randbereichsabschnitts (6.3) zur Mittellängsachse (MLA).
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Randbereichsabschnitten (6.4, 6.4') drehbar gelagerte Rollen (11) vorgesehen sind.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest teilweisen Aufnahme der Kontaktanordnung (4) ein Gehäuse (7) vorgesehen ist, welches mit der Schaltwelle (3) verbunden ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) in Form einer Kontaktlamelle, insbesondere einer Schleifkontaktlamelle realisiert sind.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (4) mehrere, parallel zueinander angeordnete Kontaktlamellen umfasst, die ein Kontaktlamellenpaket bilden, wobei die Kontaktlamellen (5) einzeln federnd gegenüber dem Gehäuse (7) verschiebbar sind.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) jeweils zumindest zwei Langlöcher (5.1) zur verschiebbaren Befestigung der Kontaktelemente im Gehäuse (7) aufweisen.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (d₁) der Kontaktfläche (6) zur Mittellängsachse (MLA) im Mittelbereich (6.1) der Kontaktelemente (5) derart gewählt ist, dass die Kontaktanordnung (4) in einer zwischen zwei Schaltstellungen liegenden Zwischenschaltstellung gegenüber den Kontaktstäben (2) freiliegt.