EP2633533A1

EP2633533A1 - Umsteller

Info

Publication number: EP2633533A1
Application number: EP11776095.9A
Authority: EP
Inventors: Florian Hoppenthaler; 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: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2013-09-04
Also published as: WO2012055502A1; DE102010049813B3; CN103155074A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umsteller zur leistungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, als Schrittschaltgetriebe ein für die Verwendung in einem Umsteller weiterentwickeltes Planetenschrittgetriebe statt eines bisher in diesem Zusammenhang bekannten Maltesergetriebes zu verwenden. Das erfindungsgemäße Planetenschrittgetriebe weist dabei ein als Antriebswelle wirkendes Sonnenrad, mehrere radial um die Antriebswelle angeordnete und als Planetenräder wirkende Zahnräder und eine mit den Zahnrädern zeitweise, d. h. im Falle eines Umschaltvorgangs, in Eingriff bringbare Abtriebswelle auf, die mit der zentralen Schaltwelle des Umstellers verbunden ist.

Description

UMSTELLER

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umsteller zur leistungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.

Im Gegensatz zu einem Laststufenschalter, bei dem die Umschaltung unterbrechungslos unter Last erfolgt, muss bei einem zur Umschaltung vorgesehenen Umsteller der entsprechende

Stufentransformator vor Beginn der Umschaltung vollständig abgeschaltet sein und darf erst nach vollständiger Beendigung der Umschaltung wieder zugeschaltet werden. Ein solcher Umsteller ist beispielsweise aus der Firmendruckschrift der Anmelderin„Umsteller DEETAP® U, Betriebsanleitung BA 278/06" Druckimpressum 11/09 bereits bekannt. Dieser bekannte Umsteller arbeitet nach dem Prinzip eines Drehumstellers. Er weist ein Isolierstoffgerüst auf, an dem in mehreren horizontalen Ebenen jeweils kreisförmig feste Kontakte angeordnet sind. Im Inneren dieses Isolierstoffgerüstes befindet sich eine drehbare Isolierschaltwelle, die in jeder horizontalen Ebene mindestens einen Schaltkontakt trägt, durch den die korrespondierenden festen Kontakte abhängig von der jeweiligen Grundschaltung, z. B. als Sternpunkt-Anzapfumsteller, Einfach-Mittenumsteller, Doppel - Mittenumsteller, Reihen-Parallelumsteller, Stern-Dreieck-Umsteller, auf unterschiedliche Weise beschaltbar sind. Der Umsteller ist dabei in der Nähe der seitlichen Wandung im Transformatorkessel des Stufentransformators angeordnet.

Das Verstellen des Umstellers von einer Betriebsstellung in eine andere, d. h. das Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen des angeschlossenen Stufentransformators, wird, wie bereits erwähnt, bei abgeschalteten Stufentransformator, d. h. im ström- und spannungsfreien Zustand, durch Drehen der Isolierschaltwelle bewirkt. Die Drehung der Isolierschaltwelle erfolgt üblicherweise mittels eines Schrittgetriebes, insbesondere einem Maltesergetriebe, auf das ein elektrischer Motorantrieb oder auch ein mechanischer Handantrieb wirkt. Den oberen Abschluss des bekannten Umstellers bildet der Umstellerkopf mit der angebauten oberen Getriebestufe und dem darunter befindlichen Maltesergetriebe zum Antrieb der Isolierschaltwelle. An eine äußere

Wellenkupplung an der oberen Getriebestufe wird eine vom jeweiligen Motor- oder Handantrieb kommende Welle angeschlossen; deren Drehbewegung wird in der oberen Getriebestufe über ein Schneckengetriebe auf eine senkrechte im Umstellerkopf gelagerte Antriebswelle übertragen, die wiederum an ihrem unteren Ende eine Malteserkurbel aufweist. Die Malteserkurbel greift in ein Malteserrad ein, das am oberen Ende fest an der Isolierschaltwelle angeordnet ist.

Dieser beschriebene und seit Jahrzehnten im Stand der Technik gängige Aufbau ist jedoch für den Trafobauer platzraubend, da er einen relativ großen Bauraum innerhalb des Transformatorkessels einnimmt und damit die Freiheitsgrade des Trafobauers bei der Konstruktion des eigentlichen Transformators im platzmaßig beengten Transformatorkessel einschränkt. Letzen Endes deshalb, weil der Umsteller in einem gewissen dielektrischen Abstand zu den einzelnen Wicklungen des

Transformators innerhalb des Transformatorkessels und den Wandungen des Transfomriatorgehäuses angeordnet werden muss. Einen wesentlichen Platzbedarf innerhalb des Transformatorkessels nimmt dabei, neben dem Umsteller selbst, die Installation der einzelnen, dielektrisch isolierten

Kupferleitungen von den entsprechenden Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des

Transformators zu den jeweiligen Anschlusskontakten des Umstellers in Anspruch. Die

Leitungsführung, am Transformatoraktivteil befestigt durch das Ableitgerüst, ist aber nicht nur zeitaufwändig in seiner Installation, sondern auf Grund seiner geforderten elektrisch leitenden

Eigenschaften aus Kupfer gefertigt und damit sehr teuer.

Neuere Entwicklungen von Umstellern bestehen im Wesentlichen aus mehreren kreisförmig um eine zentrale Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben, die gleichzeitig die festen Kontakte bilden, und einer zentralen, drehbar gelagerten Schaltwelle, an der eine Kontaktanordnung befestigt ist, die das bewegliche Kontaktsystem bildet. Ein derartiger Umsteller ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 020 040.9 der Anmelderin beschrieben. Die bewegliche, um eine zentrale Schaltwelle drehbar gelagerte Kontaktanordnung dient der elektrischen Kontaktierung von zwei zueinander, vorzugsweise benachbarten, festen Kontaktstäben, um dadurch ein definiertes Transformationsverhältnis des mit dem Umsteller in Wirkverbindung stehenden Stufentransformtors zu bewirken. Die Halterung sowohl der kreisförmig angeordneten Kontaktstabe, als auch der zentralen drehbeweglichen Schaltwelle erfolgt beidseitig mittels eines flächig, plattenartig ausgebildeten

Fixierelements. Die elektrischen Leitungen werden dabei direkt stirnseitig an den Kontaktstäben, d. h. an der Ober- und Unterseite des Umstellers, angeschlossen und längs der Mittelachse des Umstellers innerhalb des Stufentransformator weitergeführt.

Diese neuartige Umstellergeneration der DE 10 2010 020 040.9 ermöglicht dabei eine besonders platzsparende Positionierung direkt am Aktivteil, d. h. in unmittelbarer Nähe der einzelnen

Stufenwicklungen des Transformators, direkt an dessen Joch. Damit können die

Verbindungsleitungen zwischen den entsprechenden Anschlusskontakten des Umstellers und den einzelnen Wicklungsanzapfungen der Regelwicklungswicklung des Stufentransformators auf ein Minimum verkürzt werden. Insbesondere macht dies die aufwändige und teure Leitungsführung mit samt dem Ableitgerüst entbehrlich. Jedoch ist auf Grund der nun technisch zwingend notwendigen axialen Leitungsführung und der erforderlichen dielektrischen Abstände zwischen den einzelnen Leitungen, aber auch zu den Windungen der Stufenwicklung des Transformators, die Verwendung eines aus dem Stand der Technik bekannten und seit Jahrzehnten bewährten Maltesergetriebes nicht mehr möglich. Dies deshalb, weil der für ein Maltesergetriebe erforderliche Platzbedarf direkt am Kopf des Umstellers auf Grund der axialen Leitungsführung nun nicht mehr vorhanden ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Umsteller für einen Stufentransformator anzugeben, der ein Schrittgetriebe aufweist, das die erforderlichen dielektrischen Abstände zwischen den einzelnen Leitungen, aber auch zu den Windungen der Stufenwicklung des Transformators einhält und zudem kostengünstig herstellbar ist. Gleichzeitig soll das Getriebe aus nur wenig

Einzelbauteilen bestehen und einfach und zuverlässig in der Handhabung sein.

Diese Aufgabe wird durch einen Umsteller für einen Stufentransformator mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte

Weiterbildungen der Erfindung.

Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, als Schrittschaltgetriebe ein für die Verwendung in einem Umsteller weiterentwickeltes Planetenschrittgetriebe statt eines bisher in diesem

Zusammenhang bekannten Maltesergetriebes zu verwenden. Das erfindungsgemäße

Planetenschrittgetriebe weist dabei ein als Antriebswelle wirkendes Sonnenrad, mehrere radial um die Antriebswelle angeordnete und als Planetenräder wirkende Zahnräder und eine mit den Zahnrädern zeitweise, d. h. im Falle eines Umschaltvorgangs, in Eingriff bringbare Abtriebswelle auf, die mit der zentralen Schaltwelle des Umstellers verbunden ist. Indem das für den Umstellereinsatz

erfindungsgemäß weiterentwickelte Planetenschrittgetriebe, statt des aus dem Stand der Technik bekannten Maltesergetriebes, verwendet wird, kann der eigentliche Umsteller direkt am Aktivteil des Stufentransformators platziert werden. Dies deshalb, weil das Planetenschrittgetriebe platzsparend mittig zu den axial an den Kontaktstäben befestigten Leitungen, also in Verlängerung der

Mittellängsachse, montiert werden kann.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert werden.

Es zeigen

Figur 1 einen Umsteller mit einem erfindungsgemäßen Planetenschrittgetriebe

Figur 2 das erfindungsgemäße Planetenschrittgetriebe in einer seitlichen

Detaildarstellung. Figur 1 zeigt einen Umsteller 1 mit einem erfindungsgemäßen Planetenschrittgetriebe 2. Der

Umsteller 1 weist zwei im Wesentlichen horizontal zueinander beabstandete Fixierelemente 3.1 und 3.2 auf, zwischen den mehrere sich in Längsrichtung erstreckende, um eine gemeinsame

Mittellängsachse angeordnete und rohrförmig ausgebildete elektrisch leitende Kontaktstäbe 4 angeordnet sind. Jeder dieser vorzugsweise holen Kontaktstäbe 4 bildet dabei einen Festkontakt und ist über seine jeweilige elektrische Anschlussleitung 5, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nur im hinteren Bereich des Umstellers 2 dargestellt sind, mit der korrespondierenden Wicklungsanzapfung eines in dieser Abbildung ebenfalls nicht dargestellten Stufentransformators verbunden. Zudem ist zwischen den Fixierelementen 3.1 und 3.2 zentrisch im Inneren der mehreren Kontaktstäben 4, eine zentrale Schaltwelle 6 vorgesehen, an der mehrere identisch aufgebaute Kontaktanordnungen 7 befestigt sind, die das bewegliche Kontaktsystem bilden. Die mehreren beweglichen, mittels einer zentrale Schaltwelle 6 drehbar gelagerten Kontaktanordnungen 7 dienen der elektrischen

Kontaktierung zwei zueinander, vorzugsweise benachbarter, festen Kontaktstäben 4, um dadurch ein definiertes Transformationsverhältnis des mit dem Umsteller 1 in Wirkverbindung stehenden

Stufentransformators herzustellen. In axialer Verlängerung der Schaltwelle 6 und mit dieser über eine Abtriebswelle 8 drehfest verbunden ist das erfindungsgemäße Planetenschrittgetriebe 2 zwischen den stromführenden Anschlussleitungen 5 vorgesehen. Gehalten wird das Planetengetriebe 2 über eine Befestigung 13 an dem oberen Fixierelement 3.1.

In Figur 2 ist das erfindungsmäße Planetenschrittgetriebe 2 in einer seitlichen Schnittdarstellung, auf dem Kopf stehend, d. h. mit der Abtriebswelle 8 nach oben zeigend, dargestellt. Die Abtriebswelle 8 weist dabei einen vollumfänglich verzahnten Teilbereich 8.1 und einen unverzahnten Teilbereich 8.2 auf. An dem vollumfänglich verzahnten Teilbereich 8.1 der Abtriebswelle 8 schließt sich stirnseitig eine Antriebswelle 9 an, an der ebenfalls ein vollumfänglich verzahnter Teilbereich 9.1 und ein

unverzahnter Teilbereich 9.2 vorgesehen sind. Der unverzahnte Teilbereich 9.2 der Antriebswelle 9 wirkt im endmontierten Zustand des Umstellers 1 mit einem Motor- oder alternativ einem Handantrieb zusammen, wohingegen der vollumfänglich verzahnte Teilbereich 9.1 der Antriebswelle 9 mit mehreren als Planetenräder ausgebildeten Zahnrädern 10, 11 und 12 in Verzahnungseingriff gebracht werden kann. Jedes der Zahnräder 10, 1 1 und 12 besteht aus einem vollumfänglich verzahnten Teilbereich 10.1 , 1 1.1 und 12.1 , einem teilumfänglich verzahnten Teilbereich 10.2, 1 1.2 und 12.2 und einer Sperrscheibe 10.3, 11.3 und 12.3, die in der Rastposition des Planetenschrittgetriebes 1 die Abtriebswelle 8 drehfest fixiert. Dafür ist an der Abtriebswelle 8 eine in dieser Darstellung nicht erkennbare weitere Sperrscheibe vorgesehen, die eine zur Kontur der Sperrscheiben 10.3, 11.3 und 12.3 der Zahnräder 10, 1 1 und 12 gegenläufig ausgebildete Kontur aufweist, derart, dass die

Abtriebswelle 8 nur dann für einen definierten Schaltschritt freigegeben wird, wenn der teilverzahnte Teilbereich der Zahnräder 10, 11 und 12 mit dem vollumfänglich verzahnten Teilbereich 8.1 der Abtriebswelle 8 in Eingriff gebracht wird. Dabei ist der gewünschte Schaltwinkel über die Anzahl der Zacken des teilverzahnten Teilbereiches der Zahnräder 10, 11 und 12 steuerbar. Die Lagerung der Zahnräder 10, 11 und 12 erfolgt durch an den jeweiligen Stirnseiten vorgesehene Nadellager, die in einem zweiteilig ausgebildeten Gehäuse 13 aufgenommen werden, von dem in dieser Darstellung jedoch nur der untere Teil abgebildet ist. Alle Bauteile, d. h. Abtriebswelle 8, Antriebswelle 9, Zahnräder 10, 11 und 12 und deren jeweilige Lager, sind dabei im Betriebszustand in dem zweiteiligen Gehäuse 13 aufgenommen und werden durch speziell vorgesehene Ausnehmungen in den Gehäuseschalen fixiert und nur in der ihnen bestimmten Drehrichtungen im Falle einer Umschaltung freigegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Umsteller für einen Stufentransformator,

aufweisend mehrere zueinander parallele, beabstandete und kreisförmig um eine gemeinsame Mittellängsachse angeordnete Kontaktstäbe,

eine gegenüber den Kontaktstäben drehbeweglich und an einer Schaltwelle fixierte Kontaktanordnung zum beschälten der Kontaktstäbe,

zumindest zwei zueinander horizontal beabstandete Fixierelemente, die die mehreren Kontaktstäbe und die Schaltwelle aufnehmen,

und ein mit der Schaltwelle in Wirkverbindung stehendes Schrittgetriebe,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Schrittgetriebe als Planetenschrittgetriebe (2) ausgebildet ist, das ein als Antriebswelle (9) wirkendes Sonnenrad, mehrere radial um die Antriebswelle (9) angeordnete und als Planetenräder wirkende Zahnräder (10, 11 , 12) und eine mit den Zahnrädern (10, 11 , 12) drehwinkelabhängig in Eingriff bringbare und mit der Schaltwelle (6) verbundene Abtriebswelle (8) aufweist,

dass das als Antriebswelle (9) ausgebildete Sonnenrad einen vollumfänglich verzahnten Teilbereich (9.1) und einen unverzahnten Teilbereich (9.2) aufweist

und dass die Abtriebswelle (8) einen vollumfänglich verzahnten Teilbereich (8.1) und einen unverzahnten Teilbereich (8.2) aufweist.

2. Umsteller nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die jeweiligen als Planetenräder ausgebildeten Zahnräder (10, 11 , 12) einen vollumfänglich verzahnten Teilbereich (10.1 , 11.1 , 12.1), einen teilumfänglich verzahnten Teilbereich (10.2, 11.2, 12.2) und eine Sperrscheibe (10.3, 11.3, 12.3) aufweisen, derart, dass der Teilbereich der vollumfänglichen Verzahnung (10.1 , 11.1, 12.1) der Zahnräder (10, 11 , 12) mit der Antriebwelle (9) und der Teilbereich der teilumfänglichen Verzahnung (10.2, 11.2, 12.2) mit der Abtriebwelle (8) drehwinkelabhängig in Wirkverbindung steht.

3. Umsteller nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Antriebwelle (9) mit einem Motor- oder Handantrieb verbunden ist.

4. Umsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Planetenschrittgetriebe (2) an einem der beiden Fixierelemente (3.1 , 3.2) mittels Befestigung 13 gehalten wird.