EP3022755B1

EP3022755B1 - Lastwähler

Info

Publication number: EP3022755B1
Application number: EP14736675.1A
Authority: EP
Inventors: Silke Wrede; Eduard Schmidt
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: JP2016529701A; UA118564C2; CN105378876A; DE102013107550B4; WO2015007472A1; EP3022755A1; US10102990B2; CN105378876B; DE102013107550A1; JP6539265B2; US20160133406A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastwähler. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Lastwähler, der ein um eine Achse drehbares Schaltrohr, mindestens ein am Schaltrohr befestigtes Schaltsegment und mindestens zwei Vakuumschaltröhren umfasst. Die Vakuumschaltröhren sind in dem mindestens einen Schaltsegment angeordnet. Jede Vakuumschaltröhre hat in Richtung der Achse des Schaltrohrs einen beweglichen Kontakt, der an seinem freien Ende mit einem Betätigungshebel zusammenwirkt.
Derartige Lastwähler gehören zu Laststufenschaltern (im Englischen "on-load tap-changers", abgekürzt OLTC) und sind im Stand der Technik allseits bekannt und gebräuchlich. Sie dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren.
Ganz allgemein werden Laststufenschalter bei der Umschaltung von einem Motorantrieb betätigt. Durch den Motorantrieb wird eine Abtriebs- beziehungsweise Eintriebswelle bewegt, die einen Kraftspeicher aufzieht. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt im Zeitraum von Millisekunden (ms) einen Lastumschaltereinsatz, der dann einen spezifischen Schaltablauf während der Lastumschaltung vollführt. Dabei werden dann verschiedene Steuerkontakte, auch Schaltkontakte genannt, und Widerstandskontakte in bestimmter zeitlicher Reihenfolge betätigt. Die Steuerkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände. Vorteilhafterweise werden Vakuumschaltröhren (Vakuumschaltzellen) als Schaltelemente zur Lastumschaltung eingesetzt. Dies beruht darauf, dass die Verwendung von Vakuumschaltröhren zur Lastumschaltung eine Lichtbogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des Lastumschalteröles verhindert, wie beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE 195 10 809 C1 und DE 40 11 019 C1 sowie den deutschen Offenlegungsschriften DE 42 31 353 A1 und DE 10 2007 004 530 A1 beschrieben.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Vielzahl von Vakuumschaltröhrengleichsinnig und stehend auf Kontaktträgern beziehungsweise Kontaktgehäusen eines Lastwählers angeordnet ist. Dabei ist mit dem Begriff "gleichsinnig" im Sinne der nachfolgend beschriebenen Erfindung gemeint, dass die beweglichen Betätigungskontakte sämtlicher Vakuumschaltröhren eines Lastwählers nur in einer Richtung bewegt werden können, um den elektrischen Kontakt in der Vakuumschaltröhre zu öffnen oder zu schließen.
Die europäische Patentschrift EP 1 078 380 B1 beschreibt beispielsweise einen Lastwähler für Stufentransformatoren, wobei mehrere Vakuumschaltröhren ringförmig und gleichsinnig stehend auf Kontaktträgern angeordnet sind, da die Kontaktanordnung aus mehreren in einem Kreis an einem Zylinder fest angeordneten Stufenkontakten besteht. Die Kontaktträger weisen Schleifkontakte auf, die durch Rollen in einem Ableitring geführt werden. Die Vakuumschaltröhren werden durch Steuernocken in diesem Ableitring (Betätigungselement) gesteuert. Insbesondere werden die Vakuumschaltröhren jeweils durch eine untere Nockenbahn und eine obere Nockenbahn gesteuert. Beide Nockenbahnen (Steuerkurven) sind jeweils auf einem konzentrischen Kreis in Höhe der Betätigungskontakte (Betätigungsstößel) der Vakuumschaltröhren angeordnet. Die beiden konzentrischen Kreise liegen unmittelbar und direkt zueinander benachbart, so dass sie gemeinsam eine obere Kreisscheibe bilden, in der sich ausschließlich die Betätigungsstößel der Vakuumschaltröhren befinden. Gegenüber liegend befinden sich die unteren Enden der Vakuumschaltröhren ohne Betätigungsstößel auf dem Kontaktträger und bilden eine untere Kreisscheibe ohne Betätigungskontakte. Die beiden Kreisscheiben sind beabstandet und dazwischen sind die Mittelteile, wie beispielsweise die Bälge, der Vakuumschaltröhren angeordnet.
Bei der CN 101320650 A , CN 101154497 A , DE 2020 1100963 U1 , DE 2914928 C2 , DE 3833126 A1 , WO 2010/142680 A1 und WO 2012 003863 A1 sind die Vakuumschaltröhren ebenfalls gleichsinnig ringförmig angeordnet mit einem Steuerring, der ein oder zwei direkt und unmittelbar benachbarte ringförmige Nockenbahnen umfasst.
Üblicherweise verjüngen sich die Vakuumschaltröhren in Richtung der Betätigungselemente, wohingegen sie sich in Richtung der gegenüberliegenden Enden verbreitern. Somit ist die äußere Form von Vakuumschaltröhren üblicherweise zumindest annähernd kegelförmig. Ein Nachteil dieser äußeren Formgebung bei Lastwählern mit gleichsinnig angeordneten Vakuumschaltröhren ist, dass das Ölgefäß (Isolierzylinder, Kontaktzylinder) des Lastwählers, in welchem Ölgefäß die Vakuumschaltröhren gleichsinnig angeordnet sind, einen großen Durchmesser aufweisen muss, so dass die Lastwähler entsprechend wenig kompakt und platzsparend sind.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen kompakten und platzsparenden Lastwähler zu schaffen, der stets gleiche vorgegebene Schaltabläufe vollführen kann und zudem einen begrenzten Bauraum montage- und servicefreundlich ausnutzt.
Diese Aufgabe wird durch einen Lastwähler gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Der erfindungsgemäße Laststufenschalter umfasst einen Lastumschaltereinsatz mit einem um eine Achse drehbaren Schaltrohr, mindestens ein am Schaltrohr befestigtes Schaltsegment und mindestens zwei Vakuumschaltröhren. Die mindestens zwei Vakuumschaltröhren sind in dem mindestens einen Schaltsegment angeordnet. Jede Vakuumschaltröhre hat in Richtung der Achse des Schaltrohrs einen beweglichen Kontakt, der an seinem freien Ende mit einem Betätigungshebel zusammenwirkt. Erfindungsgemäß sind die Vakuumschaltröhren derart abwechselnd gegensinnig angeordnet, dass die beweglichen Kontakte der Vakuumschaltröhren in abwechselnd entgegengesetzter Richtung bezüglich der Achse des Schaltrohrs bewegbar sind. Insbesondere bedeutet das für vertikal angeordnete Laststufenschalter, dass die beweglichen Kontakte der Vakuumschaltröhren im jeweiligen Schaltsegment abwechselnd nach oben und unten ausgerichtet und die festen Kontakte der Vakuumschaltröhren entsprechend ebenfalls abwechselnd umgekehrt nach unten und oben ausgerichtet sind (siehe Fig. 5 und 6). Solch eine Anordnung ist platzsparend, da die annähernd kegelförmigen Vakuumschaltröhren derart abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, dass die "Kegelspitzen" mit den freien Enden der beweglichen Kontakte neben den "Kegelböden" mit den festen Enden der Vakuumschaltröhren angeordnet sind. Der Bauraum des Lastwählers kann durch diese Anordnung besser ausgenutzt werden. Weniger Material muss bei der Herstellung solch eines kompakten Lastwählers verwendet werden, was sowohl die Herstellungskosten des Lastwählers als auch die Standortkosten des Lastwählers reduziert.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers umfasst jedes Schaltsegment einen Kontaktträger, in dem bewegliche Kontakte für einen Ableit-/Führungsring, bewegliche Kontakte für mindestens einen Stufenkontakt und die mindestens zwei Vakuumschaltröhren gehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers hat der Kontaktträger ferner für jeden Betätigungshebel einen Lagerbock ausgebildet. Der Kontaktträger zusammen mit den Lagerböcken ist bevorzugt einstückig aus Kunststoff hergestellt. Der Kontaktträger kann eine Schwenkachse quer zur Achse des Schaltrohrs umfassen. Der Kontaktträger weist in diesem Fall bevorzugt ein oberes Gehäuseteil und ein unteres Gehäuseteil auf, zwischen denen die Vakuumschaltröhren abwechselnd gegensinnig in den Kontaktträger eingesetzt sind. Das heißt dass bezüglich benachbarter Vakuumschaltröhren abwechselnd ein beweglicher Kontakt mit dem freien Ende der jeweiligen Vakuumschaltröhre durch das obere Gehäuseteil beziehungsweise durch das untere Gehäuseteil greift. Entsprechend umgekehrt ist abwechselnd ein festes Ende der jeweiligen Vakuumschaltröhre im unteren Gehäuseteil beziehungsweise im oberen Gehäuseteil befestigt.
In einer Ausführungsform besitzt jedes Schaltsegment zwei Vakuumschaltröhren.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers ist jedem Schaltsegment ein Betätigungselement zur Betätigung der Betätigungshebel zugeordnet. Dabei ist das Betätigungselement an einer Innenwand eines Ölgefäßes angeordnet. In dem Betätigungselement sind mindestens zwei Steuerkurven, eine obere und eine untere Steuerkurve, zur mechanischen Betätigung der Betätigungshebel der Vakuumschaltröhren an gegenüberliegenden Enden des Betätigungselements ausgebildet. Die Betätigungshebel sind korrespondierend zu den freien Enden der beweglichen Kontakte der Vakuumschaltröhre abwechselnd gegenüber liegend im Schaltsegment angeordnet.
In einer weiteren kostengünstigen und platzsparenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers ist das Betätigungselement einstückig und an die Kontur der Innenwand des Ölgefäßes angepasst. Zudem hat das Betätigungselement die obere Steuerkurve und die untere Steuerkurve ausgebildet. Das einstückige Betätigungselement kann beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt sein, insbesondere beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder ein Umformverfahren.
Jeder Betätigungshebel eines Schaltsegments trägt eine Rolle, die mit der oberen Steuerkurve beziehungsweise mit der unteren Steuerkurve des Betätigungselements zusammenwirkt. Ein Wirkende des Betätigungshebels steht mit dem freien Ende des beweglichen Kontaktes der jeweiligen Vakuumschaltröhre im Wirkzusammenhang. In jeder Steuerkurve können mindestens zwei Steuernocken ausgeformt sein, die mit den Rollen der Betätigungshebel zusammenwirken.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers sind im Betätigungselement Bohrungen vorgesehen, die zur Befestigung des Betätigungselements an der Innenwand des Ölgefäßes dienen. Schirmkappen an der Außenwand des Ölgefäßes im Zusammenspiel mit Halteelementen der Stufenkontakte und der Ableit-/Führungsringe an der Innenfläche des Betätigungselements halten die Betätigungselemente an der Innenwand des Ölgefäßes.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Lastwähler drei Phasen. Jeder Phase sind mindestens ein Schaltsegment und mindestens ein Betätigungselement zugeordnet. Bei der ersten Phase ist an der Innenfläche des entsprechenden Betätigungselements ein Ableit- / Führungsring ein elektrisch leitfähiger Ableitkontakt, der beispielsweise über ein elektrisches Anschlusselement durch eine Schirmkappe zur Außenwand des Ölgefäßes geführt ist. Bei den zweiten und dritten Phasen an der Innenfläche des entsprechenden mindestens einen Betätigungselements besteht der Ableit- / Führungsring aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material und ist mit mehreren Halteelementen an der Innenfläche des entsprechenden Betätigungselements verbunden. Bei allen drei Phasen ist ein elektrisches Anschlusselement des jeweiligen Stufenkontakts zur Außenwand des Ölgefäßes durch die jeweilige Schirmkappe hindurch geführt und über ein Halteelement an der Innenfläche des entsprechenden mindestens einen Betätigungselements montiert.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers ist der elektrisch leitfähige Ableitkontakt der ersten Phase ein durchgehender Schleifring.
In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lastwählers umfasst das mindestens eine Schaltsegment der ersten Phase mehrere bewegliche Kontakte für den Ableit-/ Führungsring und mehrere bewegliche Kontakte für die Stufenkontakte und/oder das mindestens eine Schaltsegment der zweiten und dritten Phase lediglich mehrere bewegliche Kontakte für die Stufenkontakte.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers, wobei der Lastwähler drei Phasen aufweist;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Lastwählers entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie A-A;
Fig. 3 eine Perspektivansicht des Schaltrohres des dreiphasigen Lastwählers nach Fig. 1, wobei die drei am Schaltrohr befestigten Schaltsegmente und das massereiche Element zu sehen sind;
Fig. 4 eine weitere Perspektivansicht des Schaltrohres des dreiphasigen Lastwählers nach Fig. 1, wobei die drei am Schaltrohr befestigten Widerstandsanordnungen und das massereiche Element dargestellt sind;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Ausschnitts der ersten Phase einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers;
Fig. 6 eine perspektivische Sicht des Ausschnitts des Lastwählers aus Fig. 5;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines einzelnen Betätigungselements für den erfindungsgemäßen Lastwähler, wobei das Betätigungselement an die Kontur der Innenfläche des Ölgefäßes angepasst ist;
Fig. 8 eine Perspektivansicht eines einzelnen Schaltsegments für den erfindungsgemäßen Lastwähler nach Fig. 5 und 6; und
Fig. 9 eine weitere Perspektivansicht des Schaltsegments nach Fig. 8.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie der erfindungsgemäße Lastwähler ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters beziehungsweise Lastwählers 1. Der Lastwähler 1 weist einen Antrieb 3, wie beispielsweise einen Elektromotor mit einem Getriebe 5 auf, der einen nicht dargestellten Kraftspeicher aufzieht. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt ein Schaltrohr 15 eines Lastumschaltereinsatzes 14. Das um eine Achse A rotierende Schaltrohr 15 ist dabei in einem Ölgefäß 18 gehaltert. Das Ölgefäß 18 ist mit einem Deckel 19 verschlossen und trägt ferner einen Boden 21.
Der erfindungsgemäße Lastwähler 1 besitzt in einer Ausführungsform, wie in Fig. 1 dargestellt, eine erste Phase L1, eine zweite Phase L2 und eine dritte Phase L3, die übereinander im Ölgefäß 18 angeordnet sind. Über den drei Phasen L1, L2, L3 sitzt ein Vorwähler 37. In der hier dargestellten Ansicht sind elektrische Anschlusselemente 38 für Vorwählerkontakte an der Ölgefäßwand 17 des Ölgefäßes 18 vorgesehen. Elektrische Anschlusselemente 39 für Stufenkontakte 392 (siehe Fig. 5 und 6) der drei Phasen L1, L2, L3 sind ebenfalls dabei derart am Lastwähler 1 angeordnet, dass sie durch die Ölgefäßwand 17 des Ölgefäßes 18 greifen.
Bevorzugt ist jeder Phase L1, L2, L3 mindestens ein Schaltsegment 25 und mindestens ein Betätigungselement 50 zugeordnet (siehe hierzu Fig. 2, 5, 6). Die Schaltsegmente 25 sind am Schaltrohr 15 befestigt.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 1 des Lastwählers 1, wobei eine Draufsicht auf die erste Phase L1 dargestellt ist. An einer Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 sind für die erste Phase L1 mehrere an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angepasste Betätigungselemente 50, die eine Betätigungsanordnung 41 darstellen, angeordnet. Mittels der Betätigungselemente 50 werden die Vakuumschaltröhren 33, 34 (siehe Fig. 5 und 6) betätigt. Elektrische Anschlusselemente 39 für die Stufenkontakte 392 (siehe Fig. 5 und 6) und ein elektrisches Anschlusselement 68 für Ableitkontakt 392 (als Ableitring ausgebildet) greifen durch die entsprechenden Betätigungselemente 50 und durch die Ölgefäßwand 17 zur Außenwand 16. Schirmkappen 30, die mit Halteelemente (nicht dargestellt) zusammenwirken, halten an der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 die an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angeordneten Betätigungselemente 50. Hierzu wirken die elektrischen Anschlusselemente 39 für die hier nicht dargestellten Stufenkontakte beziehungsweise das Halteelement 31 für das einzige elektrisches Anschlusselement 68 für den Ableitkontakt 392 der ersten Phase L1 über die Schirmkappen 30 mit den Stufenkontakten beziehungsweise mit dem Ableitkontakt 392 zusammen, so dass die Betätigungselemente 50 an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 gehaltert sind. Die Schirmkappen 30 liegen auf der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 auf. Jedes der Betätigungselemente 50 hat mindestens zwei Steuerkurven 51, 52 (siehe Fig. 7) ausgebildet, die mit entsprechenden und mit Rollen 43 versehenen Betätigungshebeln 45 des Schaltsegments 25 der entsprechenden Phase L1, L2, L3 zusammenwirken.
Das Schaltrohr 15 trägt in jeder Phase L1, L2, L3 eine Halterung 40, an der das massereiche Element 36, die Widerstandsanordnung 27 mit mehreren einzelnen Widerstandselementen 28 und das Schaltsegment 25 montiert sind. Das Schaltsegment 25 ist dabei derart montiert, dass die Rollen 43 der Betätigungshebel 45 mit den entsprechenden Steuerkurven 51, 52 (siehe Fig. 7) der Betätigungselemente 50 zur Betätigung der jeweiligen Vakuumschaltröhren 33, 34 (siehe Fig. 5 und 6) zusammenwirken. Die Widerstandselemente 28 sitzen in einem sektorförmigen Träger 29.
Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Perspektivansichten des Lastumschaltereinsatzes 14 des dreiphasigen Lastwählers 1 nach Fig. 1. Am Schaltrohr 15 des Lastumschaltereinsatzes 14 sind drei Schaltsegmente 25 befestigt, so dass der Lastwähler 1 in die drei Phasen L1, L2, L3 unterteilt ist. Neben den Schaltsegmenten 25 sind am Schaltrohr 15 ebenso Widerstandsanordnungen 27 befestigt, die den einzelnen Phasen L1, L2, L3 des Lastwählers 1 zugeordnet sind. Durch ein Drehen des Schaltrohres 15 können Kontakte 29S für Stufenkontakte 392 oder Kontakte 29A für den Ableit-/ Führungsring 391 direkt beschaltet werden. Ein vorgegebener Schaltablauf wird mittels der Steuerkurven 51, 52 (siehe Fig. 7) realisiert, so dass eine Mehrzahl von Vakuumschaltröhren 33, 34 (siehe Fig. 5 und 6) in den einzelnen Schaltsegmenten 25 geöffnet beziehungsweise geschlossen werden.
Die beweglichen Kontakte 29A für den Ableit-/ Führungsring 391 der ersten Phase L1 und die beweglichen Kontakte 29S für die Stufenkontakte 392 sind in der hier dargestellten Ausführungsform als Finger ausgebildet.
Jedes Schaltsegment 25 hat paarweise gegenüber liegend angeordnete Führungsrollen 26, zwischen denen die Ableit-/ Führungsringe 391 (siehe Fig. 5 und 6) beziehungsweise aller Phasen L1, L2 und L3 jeweils geführt sind. Hierdurch wird auch eine Führung der einzelnen Schaltsegmente 25 bei der Drehung des Schaltrohrs 15 erreicht.
Eine Schwungmasse 35 ist am Schaltrohr 15 montiert. Zudem ist ein massereiches Element 36 am Schaltrohr 15 angebracht. Bevorzugt kann das massereiche Element 36 mit der Schwungmasse 35 in einem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt sein. Es ist von Vorteil, wenn das massereiche Element 36 ebenfalls eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Diese kann durch das massereiche Element 36 selbst bereitgestellt werden oder das massereiche Element kann hierfür entsprechende Leiteranordnungen tragen. Das massereiche Element 36 wird zur Unterstützung des zeitlichen Bewegungsablaufs des Schaltvorgangs benötigt, damit die eine Schwenkung oder Drehung des Schaltrohres 15 bewirkende Auslösung des Kraftspeichers (nicht dargestellt) eine definierte Schaltung beziehungsweise definierte Einstellung der einzelnen Schaltzustände des Lastwählers 1 vollzieht. Wie hier gezeigt, ist für jede der drei Phasen L1, L2, L3 (siehe Figur 2) eine Halterung 40 am Schaltrohr 15 befestigt, die das Schaltsegment 25, die Widerstandsanordnung 27 und das massereiche Element 36 haltert.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts der ersten Phase L1 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers 1. Fig. 6 zeigt eine perspektivische Sicht des Ausschnitts des Lastwählers aus Fig. 5. Wie bereits zuvor beschrieben, umfasst der erfindungsgemäße Lastwähler 1 einen Lastumschaltereinsatz 14 mit einem um eine Achse A drehbaren Schaltrohr 15, mindestens ein am Schaltrohr 15 befestigtes Schaltsegment 25 und mindestens zwei Vakuumschaltröhren 33, 34, die in dem mindestens einen Schaltsegment 25 angeordnet sind. Jede Vakuumschaltröhre 33, 34 hat in Richtung der Achse A des Schaltrohrs 15 einen beweglichen Kontakt 334, der an seinem freien Ende 331 mit einem Betätigungshebel 45 zusammenwirkt.
Erfindungsgemäß sind die Vakuumschaltröhren 33, 34 derart abwechselnd gegensinnig angeordnet, dass die beweglichen Kontakte 334 der mindestens zwei Vakuumschaltröhren 33, 34 in abwechselnd entgegengesetzter Richtung bezüglich der Achse A bewegbar sind. Insbesondere bedeutet das für vertikal angeordnete Laststufenschalter, dass die beweglichen Kontakte mit den freien Enden 331 der Vakuumschaltröhren 33, 34 im jeweiligen Schaltsegment 25 abwechselnd nach oben und unten ausgerichtet und die festen Kontakte beziehungsweise Enden 332 der Vakuumschaltröhren 33 entsprechend ebenfalls abwechselnd umgekehrt nach unten und oben ausgerichtet sind. Diese Anordnung ist platz- und materialsparend und nutzt den Bauraum des Lastwählers 1 optimal aus, wie oben bereits beschrieben. Insbesondere sind die Vakuumschaltröhren 33, 34 im Schaltsegment 25 parallel zueinander und parallel zur Achse A des Schaltrohrs 15 angeordnet.
Bevorzugt ist jedem Schaltsegment 25 mindestens ein Betätigungselement 50 zur Betätigung der Betätigungshebel 45 der Vakuumschaltröhren 33, 34 zugeordnet ist. Das mindestens eine Betätigungselement 50 ist an einer Innenwand 20 eines Ölgefäßes 18 angeordnet. Im Betätigungselement 50 sind mindestens zwei Steuerkurven 51, 52 zur mechanischen Betätigung jeweils eines Betätigungshebels 45 einer einzelnen Vakuumschaltröhre 33, 34 an gegenüberliegenden Enden des Betätigungselements 50 ausgebildet. Die Betätigungshebel 45 sind korrespondierend zu den freien Enden 331 der beweglichen Kontakte 334 der Vakuumschaltröhre 33, 34 abwechselnd gegenüber liegend im Schaltsegment 25 angeordnet. Die obere und die untere Steuerkurve 51, 52 wirkt mit den Rollen 43 der jeweiligen Betätigungshebel 45 des Schaltsegments zusammen.
Weiter bevorzugt ist das Betätigungselement 50 einstückig und an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angepasst, in dem die Steuerkurven 51, 52 an den gegenüberliegenden Enden des Betätigungselements 50 ausgeformt beziehungsweise ausgebildet sind.
Weiter bevorzugt sind in den identischen Betätigungselementen 50 Bohrungen 60 und Durchbrüche 62 (siehe auch Fig. 7) zur Befestigung des Betätigungselements 50 an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 vorgesehen. Dabei ist bei der gemäß Fig. 5 und 6 dargestellten ersten Phase L1 im Durchbruch eines jeden Betätigungselements 50 für den Ableit-/ Führungsring 391 ein entsprechendes elektrisches Halteelement 31 mit elektrischen Anschlusselement (nicht dargestellt) und in zwei weiteren Betätigungselementen 50 für den Ableit-/ Führungsring 391 mit je einem Halteelement 31 zur Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 durchgeführt.
Bei den zweiten und dritten Phasen L2, L3 (siehe Fig. 2) sind stattdessen im Durchbruch 62 des entsprechenden Betätigungselements 50 der Führungsring 391 mit mehreren Halteelementen 31 verbunden, die über jeweils eine Schirmkappe 30 an der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 zusammenwirken. Dabei ist der Ableit-/ Führungsring 391 der zweiten und dritten Phase L2, L3 im Gegensatz zum Ableit-/ Führungsring 391 in der ersten Phase L1 mit keinem elektrischen Anschlusselement verbunden, also lediglich ein Führungsring.
Bei allen drei Phasen L1, L2, L3 sind elektrische Anschlusselemente 39 der jeweiligen Halteelemente 31 mit Stufenkontakten 392 zur Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 geführt. Die Anschlusselemente 39 wirken über Halteelemente 31 mit jeweiligen Schirmkappen 30 an der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 zusammen, so dass die Stufenkontakte 392 mittels Halteelement 31 in der Bohrung 60 des entsprechenden mindestens einen Betätigungselements 50 montiert sind.
Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist der Ableit-/ Führungsring in der ersten Phase L1 ein elektrisch leitfähiger Ableitkontakt 391, der ein durchgehender Schleifring ist. Jedes Schaltsegment 25 besitzt zwei Vakuumschaltröhren 33, 34. Das mindestens eine Schaltsegment 25 der ersten Phase L1 umfasst mehrere bewegliche Kontakte 29A für den Ableit-/Führungsring 391 und mehrere bewegliche Kontakte 29S für die Stufenkontakte 392.
Das mindestens eine Schaltsegment 25 der zweiten und dritten Phase L2, L3 umfasst lediglich mehrere bewegliche Kontakte 29S für die Stufenkontakte 392 und in dieser Ausführung keine beweglichen Kontakte 29A, da der Ableit- /Führungsring 391 keine elektrische Ableitfunktion wie in der ersten Phase L1 hat, sondern nur ein Führungsring ist.
Bevorzugt trägt jeder Betätigungshebel 45 eines Schaltsegments 25 eine Rolle 43, die mit einer oberen Steuerkurve 51 beziehungsweise einer unteren Steuerkurve 52 eines jeden Betätigungselements 50 der Betätigungsanordnung 41 zusammenwirkt. Jeder Betätigungshebel 45 ist um eine Schwenkachse 46 schwenkbar, so dass ein Hebelende des Betätigungshebels 45 einen beweglichen Kontakt 331 der zugeordneten Vakuumröhre 33 oder 34 betätigt und das andere Hebelende des Betätigungshebels 45, das die Rolle 43 trägt, mit der entsprechend zugeordneten Steuerkurve 51 beziehungsweise 52 zusammenwirkt. Mittels der oberen Steuerkurve 51 und der unteren Steuerkurve 52 werden die entsprechend zugeordneten Betätigungshebel 45 betätigt, die dann eine Bewegung auf den beweglichen Kontakt 334 der entsprechenden Vakuumröhre 33, 34 übertragen.
Jedes Schaltsegment 25 umfasst einen Kontaktträger 82 für die mindestens zwei Vakuumschaltröhren 33, 34 und die beweglichen Kontakte 29A und 29S. Der Kontaktträger 82 ist bevorzugt einstückig aus Kunststoff hergestellt. Der Kontaktträger 82 besitzt ferner für jeden Betätigungshebel 45 einen Lagerbock 47, wobei der Kontaktträger 82 zusammen mit den Lagerböcken 47 bevorzugt aus Kunststoff hergestellt ist.
Eine Schwenkachse 81 des Kontaktträgers 82 ist zudem bevorzugt quer zur Achse A des Schaltrohrs 15 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltsegmente 25 beim Einbau des Lastumschaltereinsatzes 14 in das Ölgefäß 18 im Besonderen mit den beweglichen Kontakten 29S für die Stufenkontakte 392 des Schaltsegments 25 leicht und sicher mit den Stufenkontakten 392 beziehungsweise die beweglichen Kontakte 29A der ersten Phase L1 für den Ableit-/ Führungsring 391 mit dem Ableit-/ Führungsring 391 in Wirkzusammenhang treten.
Fig. 7 zeigt eine Perspektivansicht eines einzelnen Betätigungselements 50, das an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 20 angepasst ist. Jedes der erfindungsgemäß verwendeten Betätigungselemente 50 im Lastwähler 1 ist identisch aufgebaut. Das Betätigungselement 50 weist mindestens eine Bohrung 60 für die Montage und die Durchführung der elektrischen Anschlusselemente 39 der Stufenkontakte 392 (siehe Fig. 5, 6) und der Positionierung des Betätigungselements 50 auf. An jeder Bohrung 60 ist jeweils mindestens eine Positionierungsnut 61 angeordnet, um so einen jeweiligen Stufenkontakt 392 genau zu positionieren und zu verhindern, dass sich der Stufenkontakt 392 während des Betriebes verdreht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes Betätigungselement 50 über zwei Stufenkontakte 392, die über jeweils ein Halteelement 31 und ein elektrisches Anschlusselement 39 des Stufenkontakts 392 verfügen, mit der Ölgefäßwand 17 verbunden.
Weiterhin weist jedes Betätigungselement 50 mindestens einen Durchbruch 62 mit jeweils einem Anschlag 63 auf. Die Durchbrüche 62 dienen der Durchführung eines Halteelementes 31 oder eines Halteelements 31 mit einem elektrischen Anschlusselemente 68 für den Ableit-/ Führungsring 391, über die der Ableit-/Führungsring 391 fixiert wird. Der Anschlag 63 ist derart ausgebildet, dass das elektrische Anschlusselement 68 mit Halteelement 31 (siehe Fig. 9) beziehungsweise Halteelemente 31 (siehe Fig. 5 und 6) alleine derart dazu korrespondieren, dass diese beim Montieren nicht verdreht werden können. Bevorzugt ist das einstückige Betätigungselement 50 aus einem Kunststoff hergestellt und an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angepasst.
Fig. 8 zeigt eine Perspektivansicht eines einzelnen Schaltsegments 25 für die erste Phase L1 des erfindungsgemäßen Lastwählers 1 nach Fig. 5 und 6. Fig. 9 zeigt eine weitere Perspektivansicht des Schaltsegments 25 nach Fig. 8. Alle Elemente wurden bereits zuvor beschrieben.
Zusammenfassend ist der beschriebene Kontaktträger 82 für die gegensinnig angeordneten Vakuumschaltröhren 33, 34 und für die beweglichen Kontakte 29A und 29S der ersten Phase L1 oder die beweglichen Kontakte 29S der zweiten und dritten Phase L2 und L3 als preiswertes Kunststoffteil ausgebildet. Somit wird ein kompakter Lastwähler 1 mit hoher Funktionsintegrierung und modularem Aufbau aus Schaltsegmenten 25 und Betätigungselementen 50 bereitgestellt.
Der Kontaktträger 82 hat ein oberes Gehäuseteil 83 und ein unteres Gehäuseteil 84 ausgebildet, zwischen denen die Vakuumschaltröhren 33, 34 abwechselnd gegensinnig in den Kontaktträger 82 eingesetzt sind. Somit greift abwechselnd ein beweglicher Kontakt 334 mit dem freien Ende 331 der jeweiligen Vakuumschaltröhre 33, 34 durch das obere Gehäuseteil 83 beziehungsweise durch das untere Gehäuseteil 84. Den freien Enden 331 gegenüberliegend weisen die Vakuumschaltröhren 33, 34 jeweils ein festes Ende 332 auf. Die festen Enden 332 sind entsprechend umgekehrt abwechselnd im unteren Gehäuseteil 84 beziehungsweise im oberen Gehäuseteil 83 befestigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind im Kontaktträger 82 zwei Vakuumschaltröhren 33, 34 abwechselnd gegensinnig angeordnet.
Die Anmeldung wurde unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Die voran stehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein. So ist beispielsweise für einen Fachmann offensichtlich, dass die gegensinnige Anordnung der Vakuumschaltröhren 33, 34 beim erfindungsgemäßen Lastwähler 1 auch in einem Laststufenschalter oder Lastwähler vorgenommen werden kann, der nicht dreiphasig ist.

Bezugszeichenliste

1: Laststufenschalter, Lastwähler
3: Antrieb
5: Getriebe
14: Lastumschaltereinsatz
15: Schaltrohr
16: Außenwand des Ölgefäßes
17: Ölgefäßwand
18: Ölgefäß
19: Deckel
20: Innenwand des Ölgefäßes
21: Boden
25: Schaltsegment
26: Führungsrolle
27: Widerstandsanordnung
28: Widerstandselement
29: sektorförmiger Träger
29A: beweglicher Kontakt für Ableitkontakt
29S: beweglicher Kontakt für Stufenkontakt
30: Schirmkappe
31: Halteelement
33: Vakuumschaltröhre
34: Vakuumschaltröhre
331: freies Ende der Vakuumschaltröhre
332: festes Ende der Vakuumschaltröhre
334: beweglicher Kontakt der Vakuumschaltröhre
35: Schwungmasse
36: massereiches Element
37: Vorwähler
38: elektrisches Anschlusselement für Vorwählerkontakt
39: elektrisches Anschlusselement für Stufenkontakt
391: Ableitkontakt; Ableit-/Führungsring
392: Stufenkontakt
40: Halterung
41: Betätigungsanordnung
43: Rolle
45: Betätigungshebel
46: Schwenkachse des Betätigungshebels
47: Lagerbock
48: Wirkende des Betätigungshebels
50: Betätigungselement
51: obere Steuerkurve
52: untere Steuerkurve
53: Innenfläche des Betätigungselements
60: Bohrung
62: Durchbruch
63: Anschlag
64: Positionierungsnut
68: elektrisches Anschlusselement für Ableitkontakt
81: Schwenkachse des Kontaktträgers
82: Kontaktträger
83: oberes Gehäuseteil
84: unteres Gehäuseteil
A: Achse
A-A: Schnittlinie
L1: erste Phase
L2: zweite Phase
L3: dritte Phase

Claims

Lastwähler (1) mit
einem Lastumschaltereinsatz (14) mit einem um eine Achse (A) drehbaren Schaltrohr (15),
mindestens ein Schaltsegment (25), das am Schaltrohr (15) befestigt ist, und mindestens zwei Vakuumschaltröhren (33, 34), die in dem mindestens einen Schaltsegment (25) angeordnet sind, wobei jede Vakuumschaltröhre (33, 34) in Richtung der Achse (A) des Schaltrohrs (15) einen beweglichen Kontakt (334) hat, der an seinem freien Ende (331) mit einem Betätigungshebel (45) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vakuumschaltröhren (33, 34) derart abwechselnd gegensinnig angeordnet sind, dass die beweglichen Kontakte (334) der mindestens zwei Vakuumschaltröhren (33, 34) in abwechselnd entgegengesetzter Richtung ausgerichtet und bezüglich der Achse (A) bewegbar sind.
Lastwähler (1) nach Anspruch 1, wobei jedes Schaltsegment (25) einen Kontaktträger (82) umfasst, in dem bewegliche Kontakte (29A) für einen Ableit-/ Führungsring (391), bewegliche Kontakte (29S) für mindestens einen Stufenkontakt (392) und die mindestens zwei Vakuumschaltröhren (33, 34) halterbar sind.
Lastwähler (1) nach Anspruch 2, wobei der Kontaktträger (82) ferner für jeden Betätigungshebel (45) einen Lagerbock (47) trägt.
Lastwähler (1) nach Anspruch 3, wobei der Kontaktträger (82) und die Lagerböcken (47) bevorzugt aus Kunststoff hergestellt ist.
Lastwähler (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Kontaktträger (82) eine Schwenkachse (81) quer zur Achse (A) des Schaltrohrs (15) umfasst.
Lastwähler (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Kontaktträger (82) ein oberes Gehäuseteil (83) und ein unteres Gehäuseteil (84) aufweist, zwischen denen die Vakuumschaltröhren (33, 34) abwechselnd gegensinnig in den Kontaktträger (82) eingesetzt sind, so dass abwechselnd ein beweglicher Kontakt (334) mit dem freien Ende (331) der Vakuumschaltröhren (33, 34) durch das obere Gehäuseteil (83) beziehungsweise durch das untere Gehäuseteil (84) greift.
Lastwähler (1) nach Anspruch 6, wobei abwechselnd ein festes Ende (332) der Vakuumschaltröhren (33, 34) im unteren Gehäuseteil (84) beziehungsweise im oberen Gehäuseteil (83) befestigt ist.
Lastwähler (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes Schaltsegment (25) zwei Vakuumschaltröhren (33, 34) besitzt.
Lastwähler (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedem Schaltsegment (25) mindestens ein Betätigungselement (50) zur Betätigung der Betätigungshebel (45) zugeordnet ist, wobei das Betätigungselement (50) an einer Innenwand (20) eines Ölgefäßes (18) angeordnet ist,
in dem Betätigungselement (50) mindestens eine obere Steuerkurve (51) und eine untere Steuerkurve (52) zur mechanischen Betätigung der Betätigungshebel (45) der Vakuumschaltröhren (33, 34) ausgebildet sind, und
die Betätigungshebel (45) korrespondierend zu den freien Enden (331) der beweglichen Kontakte (334) der Vakuumschaltröhre (33, 34) abwechselnd gegenüber liegend im Schaltsegment (25) angeordnet sind.
Lastwähler (1) nach Anspruch 9, wobei das Betätigungselement (50) einstückig und an die Kontur der Innenwand (20) des Ölgefäßes (18) angepasst ist und die obere Steuerkurve (51) und die untere Steuerkurve (52) ausgebildet hat.
Lastwähler (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei
jeder Betätigungshebel (45) eines Schaltsegments (25) eine Rolle (43) trägt, die mit der oberen Steuerkurve (51) beziehungsweise mit der unteren Steuerkurve (52) des Betätigungselements (50) zusammenwirkt, und
ein Wirkende (48) des Betätigungshebels (45) mit dem freien Ende (331) des beweglichen Kontaktes (334) der Vakuumschaltröhre (33, 34) im Wirkzusammenhang steht.
Lastwähler (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit drei Phasen (L1, L2, L3), wobei
jeder Phase (L1, L2, L3) mindestens ein Schaltsegment (25) und mindestens ein Betätigungselement (50) zugeordnet ist, wobei
bei einer ersten Phase (L1) an der Innenfläche (53) des entsprechenden Betätigungselements (50) ein Ableit- / Führungsring (391) ein elektrisch leitfähiger Ableitkontakt ist,
bei einer zweiten und dritten Phase (L2, L3) an der Innenfläche (53) des entsprechenden mindestens einen Betätigungselements (50) der Ableit- / Führungsring (391) mit mehreren Halteelementen (31) am entsprechenden Betätigungselement (50) gehaltert ist, und
bei allen drei Phasen (L1, L2, L3) ein elektrisches Anschlusselement (39) des jeweiligen Stufenkontakts (392) zur Außenwand (16) des Ölgefäßes (18) durch die jeweilige Schirmkappe (30) hindurch geführt ist und über ein Halteelement (31) an der Innenfläche (53) des entsprechenden mindestens einen Betätigungselements (50) montiert ist.
Lastwähler (1) nach Anspruch 12, wobei das Material des Ableit- / Führungsrings (391) ein elektrisch nicht leitfähiges Material ist.
Lastwähler (1) nach Anspruch 12, wobei das mindestens eine Schaltsegment (25) einer ersten Phase (L1) mehrere bewegliche Kontakte (29A) für den Ableit-/ Führungsring (391) und mehrere bewegliche Kontakte (29S) für die Stufenkontakte (392) umfasst.
Lastwähler (1) nach den Ansprüchen 12 bis 14, wobei das mindestens eine Schaltsegment (25) einer zweiten und einer dritten Phase (L2, L3) lediglich mehrere bewegliche Kontakte (29S) für die Stufenkontakte (392) umfasst.