EP3022757B1 - Laststufenschalter und verfahren zur notbetrieblichen einstellung einer definierten schaltposition eines laststufenschalters - Google Patents

Laststufenschalter und verfahren zur notbetrieblichen einstellung einer definierten schaltposition eines laststufenschalters Download PDF

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EP3022757B1
EP3022757B1 EP14738425.9A EP14738425A EP3022757B1 EP 3022757 B1 EP3022757 B1 EP 3022757B1 EP 14738425 A EP14738425 A EP 14738425A EP 3022757 B1 EP3022757 B1 EP 3022757B1
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EP
European Patent Office
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transmission
load tap
tap changer
shaft
protective cap
Prior art date
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Active
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EP14738425.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3022757A1 (de
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Gerhard FELIXBERGER
Johann Jobst
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H9/0027—Operating mechanisms
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
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    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
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    • H01H3/3005—Charging means
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
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    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/056—Tools for actuating a switch

Definitions

  • the present invention relates to an on-load tap-changer.
  • the on-load tap-changer has an electric motor and a force accumulator, which are mechanically coupled via a transmission provided with a transmission housing.
  • the transmission has a gear shaft on which a toothing is formed.
  • the invention relates to a method for emergency operation setting a defined switching position of an on-load tap-changer.
  • On-load tap-changers (abbreviated OLTC) are well known and commonly used in the art. They are used for uninterrupted switching between different winding taps of tapped transformers. On-load tap-changers are divided into load selectors and diverter switches with selectors.
  • a diverter switch with selector such as in the German patent DE 100 55 406 C1 discloses the selector, consisting of a fine selector and possibly a preselector, arranged below the diverter switch.
  • the selector is used for powerless selection of the respective new winding tapping of the tapped transformer to be switched to.
  • the diverter switch is used for subsequent rapid and uninterrupted switching from the wired to the new, preselected winding tap to be wired.
  • the Chinese utility model font CN 2870107 Y discloses a steering drive for an on-load tap changer comprising a transmission with a horizontal drive shaft. One end of the drive shaft can be coupled to a drive motor. The remaining gear surrounded by a gearbox.
  • the horizontal drive shaft transmits its rotational movement via an angular gear consisting of a bevel pinion of the drive shaft and a bevel gear of the input shaft, transmits to the input shaft.
  • the Chinese patent application CN 102623210 A discloses a motor-driven transmission with a planetary gear and a position indicator for an on-load tap-changer.
  • the Chinese utility model font CN 202258744 U relates to a transmission and a transmission control for on-load tap-changer, in particular with an electrical system for emergency operation.
  • a transmission housing a vertically mounted output shaft and a drive shaft are provided.
  • the drive shaft is provided with a cross member and a thrust bearing.
  • a worm wheel on the output shaft is connected via a worm shaft to the drive shaft.
  • the electrical system and the transmission control allow switching between electrical and manual operation of the on-load tap-changer.
  • the Bulgarian patent BG 66062 B1 discloses a transmission for the electromotive actuation of an on-load tap-changer.
  • Via a worm gear a control shaft is mechanically coupled to the drive shaft.
  • One end of the control shaft is guided out of a gear housing and carries a disc with one or more recesses, which cooperate with a control unit.
  • the German patent application DE 35 41 888 A1 discloses a transmission for stepwise actuating a diverter switch converter with a hand crank actuatable manual drive shaft.
  • An output shaft can be coupled to one with the Umstellerwelle and performs one switching step per switching step.
  • a housing includes a transmission gear coupling the manual drive shaft and output shaft and a switch position indicator with viewing window.
  • Hand drive shaft and output shaft are arranged in parallel and are mechanically coupled by an orthogonally arranged gear shaft via a respective worm thread. By varying the pitch of these two threads, the gearbox can translate one revolution of the drive shaft into 81 ⁇ 2 revolutions on the crankshaft that an operator must apply in manual mode.
  • EP 2 535 911 A1 discloses an on-load tap changer according to the preamble of claim 1.
  • An object of the invention is to provide a simple, low-cost and low-maintenance on-load tap-changer in which a defined shift position can be set in a safe, damage-free, ergonomic and easy-to-use manner in the manual emergency drive.
  • This object is achieved by an on-load tap changer according to claim 1.
  • Another object of the invention is to provide a method by which a defined shift position of an on-load tap-changer can be set in a safe, damage-free, ergonomic and easy-to-use manner in the manual emergency drive.
  • the on-load tap-changer comprises a drive, preferably an electric motor, for mounting an energy accumulator which effects the actual switching of the on-load tap-changer.
  • Electric motor and energy storage are mechanically coupled via a gearbox.
  • the transmission is provided with a transmission housing and has a transmission shaft on which a toothing, such as a screw thread, is formed.
  • an extension is formed, which has a free end for attaching a tool for mounting the force accumulator.
  • the free end can be designed as an adapter for the form-fitting attachment of a tool.
  • the adapter may for example be a hexagon head, which can be operated with a corresponding tool. Adapter and tool cooperate according to the key lock principle, so that the gear shaft can be operated accordingly.
  • the free end of the extension of the gear shaft can protrude from an opening in the gear housing, so as to set the tool at the free end.
  • the free end of the extension of the transmission shaft may be accessible via the opening of the transmission housing. In this case, the tool protrudes into the gear housing to operate the gear shaft emergency operation.
  • the opening in the driveline housing can be provided with a protective cap which is detachably mounted on the transmission housing and in particular positively covers the free end of the extension of the transmission shaft and also the opening of the transmission housing.
  • the protective cap is provided with a sealing element to prevent dirt or moisture entry into the transmission.
  • the protective cap can be configured and arranged such that it, mounted on the transmission housing, actuates a circuit breaker arranged in the transmission housing.
  • the circuit breaker can, for example, enable the circuit of the electric motor as soon as it is actuated. Consequently, the circuit of the electric motor is disconnected when the protective cap is removed for safety reasons. For an operator of the tool attached to the free end of the gear shaft, it is ensured that the gear is not damaged by an erroneous drive of the electric motor or the operator himself is injured.
  • a projection on the protective cap is formed. When mounted on the transmission housing cap the projection protrudes through the opening into the transmission housing and actuates the circuit breaker, so that the circuit of the electric motor is closed.
  • the electric motor may be mechanically coupled to the transmission shaft via a first speed translator and the transmission shaft to a drive shaft of the energy accumulator via a second speed multiplier.
  • a speed converter according to the invention is, for example, a preferably slip-free, gearless transmission with a 1: 1 different speed ratio between input speed and output speed.
  • the first speed translator may be constructed of a pinion and a gear mechanically coupled thereto.
  • the pinion with the electric motor and the gear with the gear shaft are each rigidly connected.
  • the second speed multiplier can be constructed from the toothing of the transmission designed as a worm thread and a worm gear mechanically coupled thereto.
  • the helical gear is rigidly connected to the input shaft.
  • the invention further relates to a method for emergency operation setting a defined switching position of an on-load tap-changer.
  • a protective cap mounted on a transmission housing is removed.
  • the protective cap covers a free end of an extension of a transmission shaft of a transmission.
  • the transmission mechanically couples an electric motor with a force accumulator for actuating a preselector and / or a Switching column of the on-load tap-changer.
  • a tool is attached to the free end of the extension of the transmission shaft.
  • the gear shaft is rotated by turning the tool by an operator until the energy storage is fully wound up. As soon as the energy accumulator is fully wound up, it is released by a mechanical device and its relaxation movement is converted into a defined rotational movement of a switching column and / or for actuating a preselector of the on-load tap-changer.
  • An advantage of the invention is the simple, safe, robust and cost-effective design of a transmission for an on-load tap-changer.
  • the transmission shaft has the extension, the free end can be used as an approach for the manual emergency drive of the on-load tap-changer.
  • the electric motor does not have to be dismantled in emergency operation, but only a protective cap has to be removed.
  • emergency operation the operator and the on-load tap-changer are additionally protected, since the protective cap triggers a circuit breaker only in the state mounted on the gearbox housing, which releases the circuit of the electric motor.
  • the electric motor is de-energized.
  • the number of rotations that the electric motor or an operator must perform with the at the free end of the extension of the transmission shaft with the attached tool to raise the power storage can be set independently.
  • the energy accumulator can be fully wound by a rotation of the input shaft with a torque of typically 150 Nm.
  • an operator for example, must apply only 10 Nm of torque to completely raise the power storage with 25.5 turns.
  • the electric motor can be operated at much higher and more power efficient speed and torque ranges, e.g. with 128 revolutions per circuit or a torque of only 2.3 Nm.
  • Fig. 1 shows a perspective view of an on-load tap changer according to the invention in the form of a three-phase load selector 1.
  • the load selector 1 has an electric motor 3 with a gear 5, which raises a force accumulator 13. If the energy storage device 13 is fully wound, ie tensioned, it is unlatched, releases its energy abruptly and actuates a switching tube 15.
  • the rotating switching tube 15 is rotatably supported in the oil vessel 18.
  • the oil vessel 18 is closed at the top with a lid 19 and also carries a bottom element 21st
  • the load selector 1 has three phases L1, L2, L3, which are arranged one above the other in the oil vessel 18. About the three phases L1, L2, L3 sits a preselector 37. Electrical connection elements 39 for Ableitromee or stage contacts of the preselector 37 and the three phases L1, L2, L3 are arranged on the load selector 1, that they through a wall 17 of the oil vessel 18th to grab.
  • Fig. 2 shows a sectional view along the line AA of the load selector 1 from Fig. 1 , wherein a plan view of the phase L2 is shown.
  • On an inner wall 20 of the oil vessel 18 for the phase L2 a plurality of plate-shaped and adapted to the contour of the inner wall 20 of the oil vessel 18 plate-shaped elements 411, which constitute an actuating element 41, respectively.
  • the electrical connection elements 39 via protective caps 30 with the Ableittitleen not shown or the step contacts not shown together, so that the plate-shaped elements 411 are supported on the inner wall 20 of the oil vessel 18.
  • the protective caps 30 rest on the outer wall 16 of the oil vessel 18.
  • Each of the plate-shaped elements 411 has at least two control cams 31 which cooperate with corresponding and provided with rollers 43 operating levers 45 of the switching segment 25 of the corresponding phase L1, L2, L3.
  • the switching tube 15 carries in each phase L1, L2, L3 a holder 50 to which the high-mass element 36, the resistor assembly 27 and the switching segment 25 are mounted.
  • the switching segment 25 is mounted in such a way that the rollers 43 of the actuating lever 45 cooperate with the corresponding control cams 31 of the plate-shaped elements 411.
  • 3 and 4 show different perspective views of the switching tube 15 of the three-phase load selector 1 after Fig. 1 , with three attached to the switching tube 15 switching segments 25, so that the load selector 1 (see FIG. 2 ) comprises the three phases L1, L2, L3.
  • resistor arrangements 27 are also attached, which are assigned to the individual phases L1, L2, L3 of the load selector 1.
  • a predetermined switching sequence is by means of the control cams 31 (see Fig. 2 ), so that a plurality of vacuum interrupters (not shown) in the individual switching segments 25 are opened or closed.
  • a flywheel 35 In the embodiment of 3 and 4 carries the switching tube 15 a flywheel 35, wherein also on the switching tube a massive element 36 is mounted. The massive element 36 can also sit on the flywheel.
  • Fig. 5 shows a perspective view of the transmission according to the invention 5, wherein parts of a transmission housing 90 are removed, in order to gain a better insight into the structure of the transmission 5.
  • An electric motor 3 is releasably attached to the transmission housing 90.
  • An unillustrated motor shaft of the electric motor 3 is connected to a pinion 53 of the transmission 5.
  • the pinion 53 engages in a gear 54 which is rigidly connected to a gear shaft 61.
  • the pinion 53 and the gear 54 form a first speed multiplier 51 which transmits the rotational motion of the motor shaft to the transmission shaft 61 at a first gear ratio.
  • the transmission shaft 61 is mounted between two bearings 67 in the transmission housing. Between the two camps 67 carries the Transmission shaft 61 designed as a worm thread teeth 55. This worm thread engages in a helical gear 56 which is rigidly connected to a drive shaft 9 for mounting an energy accumulator 13. Together, the worm thread and the helical gear 56 form a second speed translator 52 which transmits the rotational movement of the gear shaft 61 to the input shaft 9 at a second gear ratio. Since the first speed translator 51 and the second speed translator 52 are arranged in series, the effective transmission ratio of the motor shaft to the input shaft 9 is obtained by multiplying the first and second transmission ratios.
  • an extension 62 is formed with a free end 65 on the gear shaft 61.
  • the free end 65 carries in the present embodiment designed as a hexagon head, screw head, ring, etc. adapter 63 to which a commercial tool 95 can be applied.
  • the extension 62 of the transmission shaft 61 protrudes through an opening 93 so that it is not in contact with the transmission housing 90 and its free end 65 is outside the transmission housing 90. This facilitates the attachment of the tool 95 and the rotation of the tool 95th
  • the protective cap 91 covers the opening 93 of the gear housing 90 and the free end 65 of the extension 62 of the gear 61 when mounted with three fasteners 92 on the gear housing.
  • a projection 97 which is formed on the protective cap 91, projects through the opening 93 into the transmission housing 90.
  • the projection 97 may be formed as a tube.
  • the projection 97 actuates a circuit breaker 70, which is arranged in a closed circuit breaker chamber 73 of the gear housing 90.
  • the gear housing 90 can be attached to a cover 19 of the on-load tap-changer 1 or to an intermediate housing 94.
  • Fig. 6 shows a partial perspective view of the transmission housing 90 after Fig. 5 with the opening 93 formed in the gear housing 90 and the protective cap 91 for closing the same.
  • an assembly aid 99 is formed, with which a recess 98 formed on one side on the protective cap corresponds.
  • the orientation in which the protective cap 91 can be mounted on the gear housing 90 clearly defined.
  • two terminals 74 are formed, through which the circuit breaker 70 is connected to the electrical lines of the circuit 71 of the electric motor 3.
  • the circuit breaker 70 interrupts the circuit 71 as soon as the projection 97 of the protective cap 91 no longer acts on it.

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)
  • Gear-Shifting Mechanisms (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter. Im Besonderen hat der Laststufenschalter einen Elektromotor und ein Kraftspeicher, die über ein mit einem Getriebegehäuse versehenen Getriebe mechanisch gekoppelt sind. Das Getriebe weist eine Getriebewelle auf, auf der eine Zahnung ausgebildet ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur notbetrieblichen Einstellung einer definierten Schaltposition eines Laststufenschalters.
  • Laststufenschalter (im Englischen "on-load tap-changers", abgekürzt OLTC) sind im Stand der Technik allseits bekannt und gebräuchlich. Sie dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren. Laststufenschalter werden in Lastwähler und Lastumschalter mit Wähler unterteilt.
  • Bei einem Lastumschalter mit Wähler, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 100 55 406 C1 offenbart, ist der Wähler, bestehend aus einem Feinwähler und eventuell einem Vorwähler, unterhalb des Lastumschalters angeordnet. Der Wähler dient zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen neuen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll. Der Lastumschalter dient zur nachfolgenden schnellen und unterbrechungslosen Umschaltung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung, die zu beschalten ist.
  • Die chinesische Gebrauchsmusterschrift CN 2870107 Y offenbart einen Lenkantrieb für einen Laststufenschalter, der ein Getriebe mit eine horizontaler Antriebswelle umfasst. Ein Ende der Antriebswelle ist mit einem Antriebsmotor koppelbar ist. Das restliche Getriebe von einem Getriebegehäuse umgeben. Die horizontale Antriebswelle überträgt ihre Drehbewegung über ein Winkelgetriebe bestehend aus einem Kegelritzel der Antriebswelle und einem Kegelrad der Eintriebswelle, auf die Eintriebswelle überträgt.
  • Die chinesische Patentanmeldung CN 102623210 A offenbart ein motorgetriebenes Getriebe mit einem Planetengetriebe und einer Stellungsanzeige für einen Laststufenschalter.
  • Das chinesische Gebrauchsmusterschrift CN 202258744 U betrifft ein Getriebe und eine Getriebesteuerung für Laststufenschalter, insbesondere mit einem elektrischen System für den Notbetrieb. In einem Getriebegehäuse sind eine vertikal gelagerte Abtriebswelle und eine Antriebswelle vorgesehen. Die Antriebswelle ist mit einem Querträger und einem Axiallager versehen. Zusätzlich ist ein Schneckenrad auf der Abtriebswelle über eine Schneckenwelle mit der Antriebswelle verbunden. Das elektrische System und die Getriebesteuerung erlauben, zwischen elektrischem und manuellem Betrieb des Laststufenschalters umzuschalten.
  • Die bulgarische Patentschrift BG 66062 B1 offenbart ein Getriebe für die elektromotorische Betätigung eines Laststufenschalters. Die Verbindung der Welle des Elektromotors und die Antriebswelle des Laststufenschalters durch ein im Flansch des Elektromotors integriertes Planetengetriebe realisiert. Über ein Schneckengetriebe ist eine Steuerwelle mit der Antriebswelle mechanisch gekoppelt. Ein Ende der Steuerwelle wird aus einem Getriebegehäuse geführt und trägt eine Scheibe mit einer oder mehreren Aussparungen, die mit einer Steuereinheit zusammenwirken.
    Die deutsche Offenlegungsschrift DE 35 41 888 A1 offenbart ein Getriebe für das schrittweise Betätigen eines Umstellers für Stufentransformatoren mit einer mittels Handkurbel betätigbaren Handantriebswelle. Eine Abtriebswelle ist mit einer mit der Umstellerwelle koppelbar und führt pro Schaltschritt eine Umdrehung aus. Ein Gehäuse umfasst ein Übersetzungsgetriebe, das Handantriebswelle und Abtriebswelle koppelt, und eine Schaltstellungsanzeige mit Sichtfenster. Handantriebswelle und Abtriebswelle sind parallel angeordnet und werden durch eine orthogonal angeordnete Getriebewelle über je ein Schneckengewinde mechanisch gekoppelt. Durch unterschiedliche Steigung dieser beiden Gewinde kann das Getriebe eine Umdrehung der Antriebswelle in 8½ Umdrehungen an der Handkurbelwelle, die ein Bediener im Handbetrieb aufbringen muss, übersetzen. EP 2 535 911 A1 offenbart einen Laststufenschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten, kostengünstigen und wartungsarmen Laststufenschalter zu schaffen, an dem im manuellen Notantrieb eine definierte Schaltposition auf sichere, beschädigungsfreie, ergonomische und einfach zu bedienende Weise einstellbar ist.
    Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter nach Anspruch 1 gelöst.
    Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem im manuellen Notantrieb eine definierte Schaltposition eines Laststufenschalters auf sichere, beschädigungsfreie, ergonomische und einfach zu bedienende Weise einstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Der erfindungsgemäße Laststufenschalter umfasst einen Antrieb, bevorzugt einen Elektromotor, zum Aufziehen eines Kraftspeichers, der das eigentliche Schalten des Laststufenschalters bewirkt. Elektromotor und Kraftspeicher sind über ein Getriebe mechanisch gekoppelt. Das Getriebe ist mit einem Getriebegehäuse versehen und weist eine Getriebewelle auf, auf der eine Zahnung, wie z.B. ein Schraubgewinde, ausgebildet ist. An der Getriebewelle ist eine Verlängerung ausgebildet, die ein freies Ende zum Ansetzen eines Werkzeugs zum Aufziehen des Kraftspeichers aufweist. Insbesondere kann das freie Ende als Adapter zum formschlüssigen Ansetzen eines Werkzeugs ausgebildet sein. Der Adapter kann beispielsweise ein Innensechskantkopf sein, der mit einem entsprechenden Werkzeug bedient werden kann. Adapter und Werkzeug wirken nach dem Schlüssel- Schlossprinzip zusammen, so dass die Getriebewelle entsprechend bedient werden kann.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters kann das freie Ende der Verlängerung der Getriebewelle aus einer Öffnung im Getriebegehäuse herausragen, um so das Werkzeug am freien Ende anzusetzen. In einer alternativen Ausführungsform kann das freie Ende der Verlängerung der Getriebewelle über die Öffnung des Getriebegehäuses zugänglich sein. In diesem Fall ragt das Werkzeug in das Getriebegehäuse hinein, um die Getriebewelle notbetrieblich zu betätigen.
  • Die Öffnung im Getreibegehäuse kann mit einer Schutzkappe versehen sein, die lösbar am Getriebegehäuse montiert ist und das freie Ende der Verlängerung der Getriebewelle und auch die Öffnung des Getriebegehäuses insbesondere formschlüssig überdeckt. Vorzugsweise ist die Schutzkappe mit einem Dichtelement versehen, um Schmutz- oder Feuchtigkeitseintrag in das Getriebe zu verhindern.
  • Insbesondere kann die Schutzkappe derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass sie, am Getriebegehäuse montiert, einen im Getriebegehäuse angeordneten Schutzschalter betätigt. Der Schutzschalter kann beispielsweise den Stromkreis des Elektromotors freigeben, sobald er betätigt wird. Folglich ist der Stromkreis des Elektromotors bei abgezogener Schutzkappe aus Sicherheitsgründen unterbrochen. Für einen Bediener des am freien Ende der Getriebewelle angesetzten Werkzeugs ist sichergesellt, dass nicht das Getriebe von einer irrtümliche Ansteuerung des Elektromotors beschädigt oder der Bediener selbst verletzt wird. Zur Unterbrechung des Stromkreises des Elektromotors ist ein Vorsprung an der Schutzkappe ausgebildet. Bei am Getriebegehäuse montierter Schutzkappe ragt der Vorsprung durch die Öffnung in das Getriebegehäuse hinein und betätigt den Schutzschalter, so dass der Stromkreis des Elektromotors geschlossen ist.
  • In einer speziellen Ausführungsform kann der Elektromotor mit der Getriebewelle über einen ersten Drehzahlübersetzer und die Getriebewelle mit einer Eintriebswelle des Kraftspeichers über einen zweiten Drehzahlübersetzer mechanisch gekoppelt sein. Ein Drehzahlübersetzer im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein vorzugsweise schlupffreies, schaltungsloses Getriebe mit einem von 1:1 verschiedenen Drehzahlverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl. Der erste Drehzahlübersetzer kann aus einem Ritzel und einem damit mechanisch gekoppelten Zahnrad aufgebaut sein. Dabei sind das Ritzel mit dem Elektromotor und das Zahnrad mit der Getriebewelle jeweils starr verbunden. Der zweite Drehzahlübersetzer kann aus der als ein Schneckengewinde ausgebildeten Verzahnung des Getriebes und einem damit mechanisch gekoppelten Schraubrad aufgebaut sein. Das Schraubrad ist starr mit der Eintriebswelle verbunden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur notbetrieblichen Einstellung einer definierten Schaltposition eines Laststufenschalters. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine an einem Getriebegehäuse montierten Schutzkappe entfernt. Im montierten Zustand überdeckt die Schutzkappe ein freies Ende einer Verlängerung einer Getriebewelle eines Getriebes. Das Getriebe koppelt einen Elektromotor mechanisch mit einem Kraftspeicher zur Betätigung eines Vorwählers und/oder einer Schaltsäule des Laststufenschalters. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird ein Werkzeug am freien Ende der Verlängerung der Getriebewelle angesetzt. Im darauf folgenden Verfahrensschritt wird die Getriebewelle durch Drehen des Werkzeugs von einem Bediener gedreht, bis der Kraftspeicher vollständig aufgezogen ist. Sobald der Kraftspeicher vollständig aufgezogen ist, wird er durch eine mechanische Einrichtung freigegeben und seine Entspannungsbewegung wird in eine definierte Drehbewegung einer Schaltsäule und/oder zur Betätigung eines Vorwählers des Laststufenschalters umgewandelt.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen, sicheren, robusten und kostengünstigen Bauweise eines Getriebes für einen Laststufenschalter. Für den manuellen Notantrieb des Laststufenschalters bzw. um eine definierte Schaltstellung des Laststufenschalters zu erzielen, hat die Getriebewelle weist die Verlängerung auf, deren freies Ende als Ansatz für den manuellen Notantrieb des Laststufenschalters verwendet werden kann.
  • Insbesondere ist vorteilhaft, dass beim erfindungsgemäßen Laststufenschalter der Elektromotor im Notbetrieb nicht demontiert werden muss, sondern lediglich eine Schutzkappe abgenommen werden muss. Im Notbetrieb sind der Bediener und der Laststufenschalter zusätzlich geschützt, indem die Schutzkappe nur im am Getriebegehäuse montierten Zustand einen Schutzschalter auslöst, der den Stromkreis des Elektromotors freigibt. Im Notbetrieb ist der Elektromotor stromlos geschaltet.
  • Je nach Ausgestaltung des ersten und zweiten Drehzahlübersetzers kann die Anzahl der Drehungen, die der Elektromotor oder ein Bediener mit dem am freien Ende der Verlängerung der Getriebewelle mit dem angesetzten Werkzeug vollführen muss, um den Kraftspeicher aufzuziehen, unabhängig voneinander eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass der manuelle Notbetrieb mit dem Werkzeug und zugleich der Elektromotorbetrieb auf jeweils ergonomische Werte von Umdrehungen pro Spannvorgang des Kraftspeichers bzw. von Drehmomenten ausgelegt werden kann. Beispielsweise kann der Kraftspeicher durch eine Umdrehung der Eintriebswelle mit einem Drehmoment von typischerweise 150 Nm vollständig aufgezogen werden. Durch ein geeignet gewähltes Übersetzungsverhältnis des zweiten Drehzahlübersetzers muss ein Bediener beispielsweise nur 10 Nm Drehmoment aufbringen, um den Kraftspeicher mit 25,5 Umdrehungen vollständig aufziehen. Gleichzeitig kann durch geeignet gewähltes Übersetzungsverhältnis des ersten Drehzahlübersetzers der Elektromotor bei viel höheren und leistungseffizienteren Drehzahl- und Drehmomentbereichen betrieben werden, z.B. mit 128 Umdrehungen pro Schaltung bzw. einem Drehmoment von nur 2,3 Nm.
  • Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters in Form eines dreiphasigen Lastwählers;
    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 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 drei am Schaltrohr befestigten Widerstandsanordnungen und das massereiche Element zu sehen sind;
    Fig. 5
    zeigt eine Perspektivansicht auf das erfindungsgemäße Getriebe; und
    Fig. 6
    eine perspektivische Teilansicht des Getriebegehäuses nach Fig. 5 mit einer Öffnung im Getriebegehäuse und einer Schutzkappe zum Verschließen derselben.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Der Übersicht halber werden nur Bezugszeichen dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die beispielhaft dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laststufenschalters und des erfindungsgemäßen Getriebes für einen Kraftspeicher eines Laststufenschalters stellen keine Einschränkung des durch die Patentansprüche definierten Schutzbereichs für die Erfindung dar.
  • Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters in Form eines dreiphasigen Lastwählers 1. Der Lastwähler 1 weist einen Elektromotor 3 mit einem Getriebe 5 auf, der einen Kraftspeicher 13 aufzieht. Ist der Kraftspeicher 13 vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt ein Schaltrohr 15. Das rotierende Schaltrohr 15 ist dabei im Ölgefäß 18 drehbar gehaltert. Das Ölgefäß 18 ist nach oben hin mit einem Deckel 19 verschlossen und trägt ferner ein Bodenelement 21.
  • Der erfindungsgemäße Lastwähler 1 besitzt drei Phasen L1, L2, L3, die übereinander im Ölgefäß 18 angeordnet sind. Über den drei Phasen L1, L2, L3 sitzt ein Vorwähler 37. Elektrische Anschlusselemente 39 für Ableitkontakte oder Stufenkontakte des Vorwählers 37 und der drei Phasen L1, L2, L3 sind dabei derart am Lastwähler 1 angeordnet, dass sie durch eine Wand 17 des Ölgefäßes 18 greifen.
  • Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des Lastwählers 1 aus Fig. 1, wobei eine Draufsicht auf die Phase L2 dargestellt ist. An einer Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 sind für die Phase L2 mehrere plattenförmige und an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angepasste plattenförmige Elemente 411, die ein Betätigungselement 41 darstellen, angeordnet. Elektrische Anschlusselemente 39 für die Ableitkontakte oder Stufenkontakte greifen durch die entsprechenden plattenförmigen Elemente 411 und durch das Ölgefäß 18 zu dessen Außenwand 16. Schutzkappen 30 an der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 halten die an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angeordneten plattenförmigen Elemente 411. Hierzu wirken die elektrischen Anschlusselemente 39 über Schutzkappen 30 mit dem nicht dargestellten Ableitkontakten bzw. den nicht dargestellten Stufenkontakten zusammen, so dass die plattenförmigen Elemente 411 an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 gehaltert sind. Die Schutzkappen 30 liegen auf der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 auf. Jedes der plattenförmigen Elemente 411 hat mindestens zwei Steuerkurven 31 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 50, an der das massereiche Element 36, die Widerstandsanordnung 27 und das Schaltsegment 25 montiert sind. Das Schaltsegment 25 ist dabei derart montiert, dass die Rollen 43 der Betätigungshebel 45 mit den entsprechenden Steuerkurven 31 der plattenförmigen Elemente 411 zusammenwirken.
    Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Perspektivansichten des Schaltrohres 15 des dreiphasigen Lastwählers 1 nach Fig. 1, mit drei am Schaltrohr 15 befestigten Schaltsegmenten 25, so dass der Lastwähler 1 (siehe Figur 2) die drei Phasen L1, L2, L3 umfasst. Neben den Schaltsegmenten 25 am rotierenden Schaltrohr 15 sind ebenso Widerstandsanordnungen 27 befestigt, die den einzelnen Phasen L1, L2, L3 des Lastwählers 1 zugeordnet sind. Durch ein Drehen des Schaltrohres 15 können Kontakte für Stufenkontakte 29S und Kontakte für Ableitkontakte 29A direkt beschaltet werden, wobei die Kontakte für Stufenkontakte 29S und die Kontakte für Ableitkontakte 29A mit entsprechenden und hier nicht dargestellten Ableitkontakten bzw. den ebenfalls nicht dargestellten Stufenkontakten zusammenwirken. Ein vorgegebener Schaltablauf wird mittels der Steuerkurven 31 (siehe hierzu Fig. 2) realisiert, so dass eine Mehrzahl von Vakuumschaltröhren (nicht dargestellt) in den einzelnen Schaltsegmenten 25 geöffnet bzw. geschlossen werden. In der Ausführungsform von Fig. 3 und 4 trägt das Schaltrohr 15 eine Schwungmasse 35, wobei zudem am Schaltrohr ein massereiches Element 36 montiert ist. Das massereiche Element 36 kann ebenfalls auf der Schwungmasse aufsitzen. Das massereiche Element 36 und die Schwungmasse 35 dienen zur Unterstützung der Drehbewegung des Schaltrohres 15, um eine definiertes Schalten von einer Schaltposition in die nächste zu gewährleisten..
    Fig. 5 zeigt eine Perspektivansicht auf das erfindungsgemäße Getriebe 5, wobei Teile eines Getriebegehäuses 90 entfernt sind, um einen besseren Einblick in den Aufbau des Getriebes 5 zu erhalten. Ein Elektromotor 3 ist am Getriebegehäuse 90 lösbar angebracht. Eine nicht dargestellte Motorwelle des Elektromotors 3 ist mit einem Ritzel 53 des Getriebes 5 verbunden. Das Ritzel 53 greift in ein Zahnrad 54, das mit einer Getriebewelle 61 starr verbunden ist. Das Ritzel 53 und das Zahnrad 54 bilden einen ersten Drehzahlübersetzer 51, der die Drehbewegung der Motorwelle auf die Getriebewelle 61 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis überträgt. Die Getriebewelle 61 ist zwischen zwei Lagern 67 im Getriebegehäuse gelagert. Zwischen den beiden Lagern 67 trägt die Getriebewelle 61 eine als Schneckengewinde ausgestaltete Zahnung 55. Dieses Schneckengewinde greift in ein Schraubrad 56, das mit einer Eintriebswelle 9 zum Aufziehen eines Kraftspeichers 13 starr verbunden ist. Zusammen bilden das Schneckengewinde und das Schraubrad 56 einen zweiten Drehzahlübersetzer 52, der die die Drehbewegung der Getriebewelle 61 auf die Eintriebswelle 9 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis überträgt. Da der erste Drehzahlübersetzer 51 und der zweite Drehzahlübersetzer 52 seriell angeordnet sind, ergibt sich das effektive Übersetzungsverhältnis der Motorwelle auf die Eintriebswelle 9 durch Multiplikation des ersten und zweiten Übersetzungsverhältnisses.
  • Auf der dem Elektromotor 3 abgewandten Seite ist eine Verlängerung 62 mit einem freien Ende 65 an der Getriebewelle 61 ausgebildet. Das freie Ende 65 trägt im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen als Sechskantkopf, Schraubkopf, Ring etc. ausgebildeten Adapter 63, an dem ein handelsübliches Werkzeug 95 angesetzt werden kann. Die Verlängerung 62 der Getriebewelle 61 ragt durch eine Öffnung 93, so dass sie nicht mit dem Getriebegehäuse 90 in Kontakt ist und ihr freies Ende 65 außerhalb des Getriebegehäuses 90 liegt. Dies erleichtert das Ansetzen des Werkzeugs 95 und das Drehens am Werkzeug 95.
  • Die Schutzkappe 91 überdeckt die Öffnung 93 des Getriebegehäuses 90 und das freie Ende 65 der Verlängerung 62 des Getriebes 61 wenn sie mit drei Befestigungsmitteln 92, am Getriebegehäuse montiert ist. Dabei ragt ein Vorsprung 97, der an der Schutzkappe 91 ausgebildet ist, durch die Öffnung 93 in das Getriebegehäuse 90 hinein. Der Vorsprung 97 kann als Tubus ausgebildet sein. Im montierten Zustand der Schutzkappe 91 betätigt der Vorsprung 97 einen Schutzschalter 70, der in einer abgeschlossenen Schutzschalterkammer 73 des Getriebegehäuses 90 angeordnet ist. Über einen Flansch 94 kann das Getriebegehäuse 90 an einem Deckel 19 des Laststufenschalters 1 oder an einem Zwischengehäuse 94 angebracht werden.
  • Fig. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Getriebegehäuses 90 nach Fig. 5 mit der im Getriebegehäuse 90 ausgebildeten Öffnung 93 und der Schutzkappe 91 zum Verschließen derselben. Am Getriebegehäuse 90 ist eine Montagehilfe 99 ausgebildet, mit der eine einseitig an der Schutzkappe ausgebildete Aussparung 98 korrespondiert. Durch diese jeweils Anordnung wird die Orientierung, in der die Schutzkappe 91 am Getriebegehäuse 90 montiert werden kann, eindeutig festgelegt. In der nach außen abgeschlossenen Schutzschalterkammer 73 des Getriebegehäuses 90 sind zwei Anschlüsse 74 ausgebildet, durch die der Schutzschalter 70 mit den elektrischen Leitungen des Stromkreises 71 des Elektromotors 3 verbunden ist. Der Schutzschalter 70 unterbricht den Stromkreis 71, sobald der Vorsprung 97der Schutzkappe 91 nicht mehr auf ihn wirkt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Laststufenschalter, Lastwähler
    3
    Antrieb, Elektromotor
    5
    Getriebe
    13
    Kraftspeicher
    15
    Schaltrohr
    16
    Außenwand des Ölgefäßes
    17
    Wand
    18
    Ölgefäß
    19
    Deckel
    20
    Innenwand
    21
    Bodenelement
    25
    Schaltsegment
    27
    Widerstandsanordnung
    29A
    Kontakt für Ableitkontakt
    29S
    Kontakt Stufkontakt
    30
    Schutzkappe
    31
    Steuerkurve
    35
    Schwungmasse
    351
    erste Teilschwungmasse
    352
    zweite Teilschwungmasse
    36
    massereiches Element
    37
    Vorwähler
    39
    elektrisches Anschlusselement für Ableitkontakt oder Stufenkontakt
    41
    Betätigungselement
    43
    Rolle
    411
    plattenförmiges Element
    45
    Betätigungshebel
    51
    erster Drehzahlübersetzer
    52
    zweiter Drehzahlübersetzer
    53
    Ritzel
    54
    Zahnrad
    55
    Schraubrad
    56
    Schneckengewinde
    61
    Gewindewelle
    62
    freie Ende
    63
    Adapter
    70
    Schutzschalter
    71
    Stromkreises
    73
    Schutzschalterkammer
    74
    Anschlüsse
    75
    elektrische Leitungen
    81
    Motorwelle
    90
    Getriebegehäuse
    91
    Schutzkappe
    92
    Befestigungsmittel
    93
    Öffnung
    94
    Flansch
    95
    Werkzeug
    96
    Gegenadapter
    97
    Vorsprung
    98
    Aussparung
    99
    Montagehilfe
    P1, P2, P3
    Phase

Claims (9)

  1. Laststufenschalter (1) mit einem Elektromotor (3), der über ein mit einem Getriebegehäuse (90) versehenen Getriebe (5) mit einem Kraftspeicher (13) des Laststufenschalters (1) mechanisch gekoppelt ist, wobei das Getriebe (5) eine Getriebewelle (61) aufweist, auf der eine Zahnung (55) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Getriebewelle (61) eine Verlängerung (62) ausgebildet hat, die ein freies Ende (65) zum Ansetzen eines Werkzeugs (95) zum Aufziehen des Kraftspeichers (13) aufweist.
  2. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 1, wobei das freie Ende (65) der Verlängerung (62) aus einer Öffnung (93) des Getriebegehäuses (90) ragt oder über die Öffnung (93) des Getriebegehäuses (90) zugänglich ist.
  3. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Schutzkappe (91) über dem freien Ende (62) der Verlängerung (62) der Getriebewelle (51) lösbar am Getriebegehäuse (90) montiert ist.
  4. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 3, wobei ein im Getriebegehäuse (90) angeordneter Schutzschalter (70) über die am Getriebegehäuse (90) montierte Schutzkappe (91) betätigbar ist.
  5. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 4, wobei ein Vorsprung (97) an der Schutzkappe (91) ausgebildet ist, der bei am Getriebegehäuse (90) montierter Schutzkappe (91) durch die Öffnung (93) in das Getriebegehäuse (90) derart hineinragt, dass der Schutzschalter (70) betätigbar ist.
  6. Laststufenschalter (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Elektromotor (3) mit der Getriebewelle (61) über einen ersten Drehzahlübersetzer (51) und die Getriebewelle (61) mit einer Eintriebswelle (9) des Kraftspeichers (13) über einen zweiten Drehzahlübersetzer (52) mechanisch gekoppelt sind.
  7. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 6, wobei der erste Drehzahlübersetzer (51) aus einem Ritzel (53) und einem damit mechanisch gekoppelten Zahnrad (54) aufgebaut ist, wobei der Ritzel (53) mit dem Elektromotor (3) und das Zahnrad (54) mit der Getriebewelle (61) jeweils starr verbunden sind.
  8. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der zweite Drehzahlübersetzer (52) aus der als Schneckengewinde ausgebildeten Verzahnung (55) des Getriebes (5) und einem damit mechanisch gekoppelten Schraubrad (56) aufgebaut ist, wobei das Schraubrad (56) starr mit der Eintriebswelle (9) verbunden ist.
  9. Verfahren zur notbetrieblichen Einstellung einer definierten Schaltposition eines Laststufenschalters (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Entfernen einer an einem Getriebegehäuse (90) montierten Schutzkappe (91), eines Getriebes (5) für einem Kraftspeicher (13), wodurch die ein freies Ende (65) einer Verlängerung (62) einer Getriebewelle (61), zugänglich wird;
    Ansetzen eines Werkzeugs (95) am freien Ende (65) der Verlängerung (62) der Getriebewelle (61); und
    Drehen des Werkzeugs (95), bis der Kraftspeicher (13) vollständig aufgezogen ist.
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