WO2002031847A1 - Kraftspeicher für einen stufenschalter - Google Patents

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guide rods
energy accumulator
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Reinhold Baertl
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • Y10T74/11—Tripping mechanism

Definitions

  • the invention relates to an energy accumulator for a tap changer according to the preamble of the first claim.
  • Such an energy accumulator is already known from DE-PS 19 56 369 and 28 06 282.
  • Such an energy accumulator is used for the sudden actuation of a diverter switch from a tap changer; it is pulled up by the drive shaft at the beginning of each actuation of the tap changer, d. H. curious; excited. It essentially consists of an elevator carriage and an output part, which is often also referred to as a spring carriage, between which one or more energy storage springs are arranged as energy stores.
  • the elevator carriage is moved linearly relative to the driven part by an eccentric connected to the drive shaft, as a result of which the force storage springs located between them are tensioned.
  • the locking of the driven part is released and the driven part is thus released.
  • This abrupt linear movement of the driven part is converted into a rotary movement of a drive shaft via a sliding block and a crank.
  • This then abruptly rotating output shaft in turn serves to actuate the diverter switch of the tap changer, d. H. for switching between the previous and the newly selected winding tapping under load.
  • this known energy accumulator has several disadvantages.
  • the conversion of the linear movement of the driven part via the sliding block and a pin and the crank into a rotary movement of the driven part results in a non-uniform power transmission or movement conversion.
  • this type of movement conversion and the practically possible lever ratios on the crank limit the resulting rotation angle of the output shaft in each shift.
  • this angle of rotation is approximately 75 degrees. This angle of rotation in turn limits the maximum possible switchover time that is available for actuating the diverter switch, ie the uninterrupted switchover. For many diverter switches, especially with those types of circuit in which a large number of contacts, for. B.
  • the object of the invention is therefore to provide a generic energy store that allows a uniform movement conversion, a significantly larger angle of rotation of the output shaft and, as a result, significantly longer switching times during load switching and is also space-saving and mechanically simple.
  • Fig. 1 shows a complete energy storage device according to the invention in perspective from obliquely above
  • FIG. 2 individual components of the energy store in perspective from obliquely below, certain parts are omitted here for better illustration
  • Fig. 3 is a partial side section in a schematic representation.
  • the bearing plate 1 fastening formations 2, 3 are arranged, one of which is made of insulating material existing stator 4 is attached.
  • the bearing plate 1 and the stator 4 attached to it are the central supporting elements for all components of the energy accumulator according to the invention, which are described in detail below.
  • the bearing plate 1 has a central opening 5, which will be discussed in more detail below.
  • Two guide rods 6, 7 are fastened to the side of the stator 4, vertically one above the other at a certain distance. In between is the elevator carriage 8, which is guided in a linearly movable manner by the guide rods 6, 7.
  • Elevator carriage 8 and stripping section 9 are thus nested; this can be clearly seen from the left side of FIG. 2 and particularly from FIG. 3.
  • a drive shaft 11 leads from above into the area of the energy accumulator, which has an eccentric 12 at its free end. This eccentric 12 corresponds to two driver blocks 13, 14 which are attached to the elevator carriage 8.
  • pawls 19, 20 are arranged, each of which is mounted in a pawl bearing 21, 22 and between which there is a pawl spring 23.
  • the free ends of the pawls correspond to catches 24 and 25 on the driven part 9.
  • the pawls 19, 20 are actuated by pawl rollers 31, 32, which run in a manner known per se on a release contour of the elevator carriage 8, not shown.
  • the driven part 9 has a toothing 26 on its underside, for example in the form of a linear toothed segment or a toothed rack.
  • a toothed wheel 27 is in constant engagement with this toothing 26 and is firmly connected to the output shaft 28 guided through the central opening 5.
  • the output shaft 28 is shown with a longitudinal toothing 29 on which the cam disks or the like described, not shown here, are guided such that they can be displaced in height by the lifting mechanism explained.
  • a particular advantage of the energy accumulator according to the invention consists first of all in the simple and uniform transmission of movement to the output shaft, as has been explained above.
  • a further advantage consists in the simple adaptation possibility - likewise explained - to a required angle of rotation of the output shaft 28 to the different requirements of the respective diverter switch, which in turn depend on the number, type and sequence of the switching means to be actuated in detail.
  • the energy accumulator according to the invention is particularly space-saving. This is due to the fact that elevator carriage 8 and driven part 9 are constructed nested one inside the other around the guide rods 6, 7 and that the driven part 9 partially encloses the elevator carriage 8 in cross section.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Stufenschalter, bei dem ein Aufzugsschlitten (8), der von einer Antriebswelle betätigbar ist, und ein Abtriebsteil (9), das seinerseits eine zum Lastumschalter führende Abtriebswelle betätigt, vorhanden sind, wobei sich auf bekannte Weise zwischen den beiden Bauteilen Aufzugsfedern (10) befinden. Beide Bauteile werden von Führungsstangen (6, 7) längs verschiebbar geführt, die seitlich untereinander angeordnet sind. Das Abtriebsteil (9) weist eine Verzahnung auf; seine Längsbewegung nach Auslösung wird mittels dieser Verzahnung und ein eingerücktes Zahnrad (27) direkt in eine Drehbewegung der Abtriebswelle (28) übertragen.

Description

Kraftspeicher für einen Stufenschalter
Die Erfindung betrifft einen Kraftspeicher für einen Stufenschalter gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches. Ein solcher Kraftspeicher ist aus den DE-PS 19 56 369 und 28 06 282 bereits bekannt.
Ein derartiger Kraftspeicher dient zur sprungartigen Betätigung eines Lastumschalters von einem Stufenschalter; er wird zu Beginn jeder Betätigung des Stufenschalters von dessen Antriebswelle aufgezogen, d. h. gespannt. Er besteht im Wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem Abtriebsteil, das oftmals auch als Sprungschlitten bezeichnet wird, zwischen denen eine oder mehrere Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind.
Der Aufzugsschlitten wird dabei durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Exzenter linear relativ zum Abtriebsteil hin bewegt, dadurch werden die dazwischen befindlichen Kraftspeicherfedern gespannt. Hat der Aufzugsschlitten seine neue Endposition erreicht, wird die Arretierung des Abtriebsteils aufgehoben und das Abtriebsteil damit gelöst. Dieses folgt nun sprungartig, da unter der Kraft der gespannten Kraftspeicherfedern stehend, der vorangegangenen linearen Bewegung des Aufzugsschlittens ebenfalls linear nach. Diese sprungartige lineare Bewegung des Abtriebsteils wird über einen Gleitstein und eine Kurbel in eine Drehbewegung einer Antriebswelle umgewandelt. Diese sich dann sprungartige drehende Abtriebswelle wiederum dient zur Betätigung des Lastumschalters des Stufenschalters, d. h. zur Umschaltung zwischen der bisherigen und der neu vorgewählten Wicklungsanzapfung unter Last.
Dieser bekannte Kraftspeicher weist jedoch mehrere Nachteile auf. Durch die Umwandlung der linearen Bewegung des Abtriebsteils über den Gleitstein und einen Zapfen sowie die Kurbel in eine Drehbewegung des Abtriebsteils erfolgt eine nichtgleichförmige Kraftübertragung bzw. Bewegungsumwandlung. Weiterhin ist durch diese Art der Bewegungsumwandlung und die dabei praktisch möglichen Hebelverhältnisse an der Kurbel der jeweils resultierende Drehwinkel der Abtriebswelle bei jeder Schaltung begrenzt. Bei praktischen Ausführungen des bekannten Kraftspeichers liegt dieser Drehwinkel bei ca. 75 Grad. Dieser Drehwinkel wiederum begrenzt die maximal mögliche Umschaltzeit, die für eine Betätigung des Lastumschalters, d. h. die unterbrechungslose Umschaltung, zur Verfügung steht. Für viele Lastumschalter, insbesondere mit solchen Schaltungsarten, bei denen bei jeder Betätigung eine Vielzahl von Kontakten, z. B. sowohl mechanische Kontakte als auch Vakuumschaltzeiien, in einer vorbestimmten Betätigungssequenz nacheinander betätigt werden müssen, reicht die mit dem bekannten Kraftspeicher mögliche Umschaltzeit, die sich, wie erläutert, aus dem begrenzten Drehwinkel ergibt, nicht aus. Schließlich erfordert der bekannte Kraftspeicher einen erheblichen Platzbedarf, da Aufzugsschlitten, Kraftspeicherfedern und Abtriebsteil übereinander in verschiedenen horizontalen Ebenen angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen gattungsgemäßen Kraftspeicher anzugeben, der eine gleichförmige Bewegungsumwandlung gestattet, einen deutlich größeren Drehwinkel der Abtriebswelle und in der Folge deutlich längere Umschaltzeiten bei der Lastumschaltung ermöglicht und zudem platzsparend und mechanisch einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kraftspeicher mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Zwar ist es aus der DE 199 13 814 C1 bereits bekannt, dass ein Abtriebsteil eines gattungsgemäßen Kraftspeichers an jeder seiner beiden Längsseiten jeweils eine nach innen gerichtete, parallele Längsverzahnung aufweist, in die, abhängig von der Auslöserichtung des Abtriebsteils, ein Zahnrad wahlweise einrückbar ist, das mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Diese bekannte Anordnung dient jedoch dazu, dass unabhängig von der Aufzugsrichtung des Kraftspeichers sich die Abtriebswelle immer in der gleichen Richtung drehen soll, wozu eine spezielle zusätzliche Vorrichtung zum entsprechend gesteuerten Einrücken des Zahnrades in verschiedene Seiten der Längsverzahnung erforderlich ist. Dies macht den dort beschriebenen Kraftspeicher zusätzlich kompliziert und beansprucht noch mehr Platz als nach dem sonstigen Stand der Technik ohnehin erforderlich. Zur vorliegende Erfindung kann diese bekannte Lösung nichts beitragen.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen kompletten erfindungsgemäßen Kraftspeicher perspektivisch von schräg oben
Fig. 2 einzelne Bestandteile des Kraftspeichers perspektivisch von schräg unten, wobei bestimmte Teile zur besseren Darstellung hier weggelassen sind
Fig. 3 einen auszugsweisen seitlichen Schnitt in schematischer Darstellung.
Zunächst soll der mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftspeichers erläutert werden. Auf einer Lagerplatte 1 sind Befestigungsanformungen 2, 3 angeordnet, an denen ein aus Isoliermaterial bestehender Stator 4 befestigt ist. Die Lagerplatte 1 und der an ihr befestigte Stator 4 sind die zentralen Tragelemente für alle, nachfolgend im Einzelnen beschriebenen, Bauteile des erfindungsgemäßen Kraftspeichers. Die Lagerplatte 1 weist eine zentrische Öffnung 5 auf, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird. Seitlich am Stator 4 sind, vertikal in einem gewissen Abstand übereinander liegend, zwei Führungsstangen 6, 7 befestigt. Dazwischen befindet sich der Aufzugsschlitten 8, der von den Führungsstangen 6, 7 linear beweglich geführt ist. Im Bereich um die Führungsstangen 6, 7 herum befindet sich ferner das Abtriebsteil 9, das ebenfalls von den Führungsstangen 6, 7 linear beweglich geführt ist. Aufzugsschlitten 8 und Abtriebsteil 9 sind also ineinander verschachtelt ausgeführt; dies ist aus der linken Seite von Figur 2 und besonders aus der Figur 3 deutlich zu erkennen. Zwischen Aufzugsschlitten 8 und Abtriebsteil 9 befinden sich zwei Aufzugsfedern 10, die jeweils um eine der beiden Führungsstangen 6 bzw. 7 verlaufen. Von oben führt eine Antriebswelle 11 in den Bereich des Kraftspeichers, die an ihrem freien Ende einen Exzenter 12 aufweist. Dieser Exzenter 12 korrespondiert mit zwei Mitnehmerklötzen 13, 14 die am Aufzugsschlitten 8 befestigt sind. Bei Drehung der Antriebswelle 11 läuft also, je nach Drehrichtung, der Exzenter 12 auf einen Mitnehmerklotz 13 bzw. 14 auf und verschiebt damit den Aufzugsschlitten 8 linear nach rechts oder links auf den Führungsstangen 6, 7. Seitlich ist am Aufzugsschlitten 8 noch eine Kontur 15 dargestellt, in der eine Rolle 16 geführt ist, die mit einer Hubstange 17 in Verbindung steht. Diese Hubstange 17 ist durch eine weitere Öffnung 18 in der Lagerplatte 1 nach unten in den Bereich des Lastumschalters geführt und dient dort zur Verschiebung von Kurvenscheiben o. ä. zur Betätigung der Schaltmittel des Lastumschalters in unterschiedliche horizontale Ebenen. Eine solche Hubmechanik ist aus der vorveröffentlichten WO 89/08924 bereits bekannt. Da sie nicht direkt zur Erfindung gehört, soll sie hier nicht weiter erläutert werden. An der Unterseite des Stators 4 sind zwei Klinken 19, 20 angeordnet, die jeweils in einem Klinkenlager 21 , 22 gelagert sind und zwischen denen sich eine Klinkenfeder 23 befindet. Die freien Enden der Klinken korrespondieren mit Rasten 24 bzw. 25 am Abtriebsteil 9. Betätigt werden die Klinken 19, 20 durch Klinkenrollen 31 , 32, die auf an sich bekannte Weise auf einer nicht dargestellten Auslösekontur des Aufzugsschlittens 8 laufen.
Weiterhin weist das Abtriebsteil 9 an seiner Unterseite eine Verzahnung 26, etwa in Form eines linearen Zahnsegmentes oder einer Zahnstange, auf. In ständigem Eingriff mit dieser Verzahnung 26 steht ein Zahnrad 27, das fest mit der durch die zentrische Öffnung 5 geführten Abtriebswelle 28 verbunden ist. Unterhalb des Kraftspeichers ist die Abtriebswelle 28 mit einer Längsverzahnung 29 gezeigt, auf der die beschriebenen, hier nicht dargestellten, Kurvenscheiben o. ä. von der erläuterten Hubmechanik höhenverschiebbar geführt sind.
Schließlich ist unterhalb der erläuterten Kontur 15 noch eine weitere Führungskontur 33 gezeigt, die sich in Bewegungsrichtung des Aufzugsschlittens 8 erstreckt und in der Führungsrollen 34 geführt sind. Diese zusätzliche Führung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kraftspeichers ist folgende: Zu Beginn jeder Umschaltung dreht sich die Antriebswelle 11 und mit ihr der Exzenter 12, der auf einen der beiden Mitnehmerklötze 13 oder 14 aufläuft und den Aufzugsschlitten 8 drehrichtungsabhängig nach rechts oder links auf den Führungsstangen 6, 7 verschiebt. Durch dieses Verschieben des Aufzugsschlittens 8 relativ hin zum Abtriebsteil 9 werden die dazwischen angeordneten Aufzugsfedern 10 gespannt. Hat der Aufzugsschlitten 8 seine neue Endposition erreicht, so läuft, abhängig von der Bewegungsrichtung, eine der beiden Klinkenrollen 31 oder 32 auf die Auslösekontur auf, die nicht dargestellt ist. In der Folge wird die entsprechende Klinke 19 oder 20 aus der jeweiligen Raste 24 oder 25 des Abtriebsteils
9, mit der sie bisher in Eingriff stand, ausgelenkt. Das bis dahin arretierte Abtriebsteil 9 folgt jetzt sprungartig der Bewegung des Aufzugsschlittens 8 nach. Das Abtriebsteil 9 ist dabei ebenfalls auf den Führungsstangen 6, 7 geführt; durch die sprungartige Bewegung entspannen sich die Aufzugsfedern
10. Hat das Abtriebsteil 9 seine neue Endposition erreicht, gerät eine der beiden Klinken 19 oder 20 wieder in Eingriff mit der jeweiligen Raste 24 oder 25 und arretiert das Abtriebsteil 9 wieder. Bei der beschriebenen sprungartigen linearen Bewegung des Abtriebsteils 9 wird durch die diese Bewegung mitvollziehende Verzahnung 26 das Zahnrad 27 auf der Abtriebswelle 28 mitgenommen und damit die Abtriebswelle 28 gedreht. Durch entsprechende Dimensionierung der Verzahnung 26, Zahl, Größe und Art der Zähne etwa, und des korrespondierenden Zahnrades 27, z. B. seines Durchmessers, ist auf einfache Weise in weiten Grenzen der resultierende Drehwinkel der Abtriebswelle 28 wählbar. Schließlich sind noch Traglaschen 30 an der Lagerplatte 1 gezeigt, mit denen diese Lagerplatte 1 beispielsweise am Ölgefäß des Stufenschalters auf vielfältige Weise befestigt werden kann.
Es ist auch möglich, zusätzlich auf der Lagerplatte 1 eine Dämpfungseinrichtung 35 vorzusehen, die mit einer oder mit mehreren nicht dargestellten Anschlägen, die ihrerseits mit der Abtriebswelle 28 oder dem Zahnrad 27 in Verbindung stehen, korrespondiert. Dadurch ist eine Dämpfung der sprungartigen Bewegung der Abtriebswelle 28 kurz vor Erreichen der jeweiligen neuen Endposition auf einfache Weise möglich.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftspeichers besteht zunächst einmal in der einfachen und gleichmäßigen Bewegungsübertragung auf die Abtriebswelle, wie dies weiter oben erläutert worden ist. Ein weiterer Vorteil besteht in der - ebenfalls erläuterten - einfachen Anpassungsmöglichkeit an einen erforderlichen Drehwinkel der Abtriebswelle 28 an die unterschiedlichsten Anforderungen des jeweiligen Lastumschalters, die wiederum von Zahl, Art und Sequenz der im Einzelnen zu betätigenden Schaltmittel abhängen. Schließlich ist der erfindungsgemäße Kraftspeicher besonders platzsparend aufgebaut. Dies dadurch, dass Aufzugsschlitten 8 und Abtriebsteil 9 ineinander verschachtelt um die Führungsstangen 6, 7 herum aufgebaut sind und das Abtriebsteil 9 den Aufzugsschlitten 8 im Querschnitt teilweise umschließt. Bezugszeichenaufstellung:
1 Lagerplatte
2 Befestigungsanformung
3 Befestigungsanformung
4 Stator
5 zentrische Öffnung
6 Führungsstange
7 Führungsstange
8 Aufzugsschlitten
9 Abtriebsteile
10 Aufzugsfeder
11 Antriebswelle
12 Exzenter
13 Mitnehmerklotz
14 Mitnehmerklotz
15 Kontur
16 Rolle
17 Hubstange
18 weitere Öffnung
19 Klinke
20 Klinke
21 Klinkenlager
22 Klinkenlager
23 Klinkenfeder
24 Raste
25 Raste
26 Verzahnung
27 Zahnrad
28 Abtriebswelle
29 Längsverzahnung
30 Traglasche
31 Klinkenrolle
32 Klinkenrolle
33 Führungskontur
34 Führungskontur
35 Dämpfungseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Kraftspeicher für einen Stufenschalter, wobei ein längsbeweglicher, mit einer Antriebswelle in Verbindung stehender Aufzugsschlitten und ein ebenfalls längsbewegliches, mit einer Abtriebswelle in Verbindung stehendes Abtriebsteil vorgesehen sind, wobei Aufzugsschlitten und Abtriebsteil durch mindestens zwei sich in deren Bewegungsrichtung erstreckende parallele Führungsstangen geführt sind, wobei zwischen Aufzugsschlitten und Abtriebsteil mindestens eine Aufzugsfeder vorgesehen ist, wobei der Aufzugsschlitten bei jeder Schaltung des Stufenschalters durch die sich drehende
Antriebswelle in jeweils eine von zwei Richtungen linear bewegbar ist, derart, dass die mindestens eine Aufzugsfeder spannbar ist und wobei nach Erreichen der neuen Endstellung des Aufzugsschlittens das bis dahin arretierte
Abtriebsteil auslösbar ist, derart, dass es sprungartig der linearen Bewegungsrichtung des
Aufzugsschlittens folgt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei parallelen Führungsstangen (6, 7) seitlich untereinander in einer vertikalen
Ebene angeordnet sind, dass das Abtriebsteil (9) den Aufzugsschlitten (8) im Querschnitt teilweise umschließt, dass das Abtriebsteil (9) eine in dessen Bewegungsrichtung verlaufende Verzahnung (26) aufweist und dass ein mit der Abtriebswelle (28) verbundenes Zahnrad (27) mit der Verzahnung (26) in Eingriff steht.
2. Kraftspeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei parallelen Führungsstangen (6, 7) seitlich untereinander in einer vertikalen Ebene, die der axialen Richtung von Antriebswelle (11) und Abtriebswelle (28) entspricht, angeordnet sind.
3. Kraftspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (26) als Zahnstange ausgebildet ist.
4. Kraftspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als tragendes Element des Kraftspeichers eine horizontale Lagerplatte (1) vorgesehen ist, auf der Führungsstangen (6, 7) und, von diesen geführt, Aufzugsschlitten (8) und Abtriebsteil (9) angeordnet sind.
5. Kraftspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lagerplatte (1) ein Stator (4) als weiteres Tragelement befestigt ist, an dem wiederum die Führungsstangen (6, 7) angeordnet sind.
6. Kraftspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lagerplatte (1) eine Dämpfungseinrichtung (35) angeordnet ist, die mit mindestens einem mit der Abtriebswelle (28) in Verbindung stehenden Anschlag korrespondiert.
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