WO2007042088A1 - Mechanischer schaltkontakt - Google Patents

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Günter Kloth
Silke Wrede
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0016—Contact arrangements for tap changers

Definitions

  • the invention relates to a mechanical switching contact for switching in a diverter switch of a tap changer.
  • a mechanical switching contact for double-pole break for a tap changer is known from DE-PS 100 50 821 C1.
  • the known mechanical switching contact has an insulating material carrier on which fixed contacts are arranged, which have spherically shaped contact areas. Furthermore, a contact carrier is rotatably mounted on this insulating carrier, which is in communication with a pivotable about a certain angle pivot arm. At the free end of the pivot arm, a contact piece is attached, which in turn has contact rollers at its two ends. These contact rollers make it possible to connect the fixed contacts. Depending on the position of the swivel arm, the contact rollers impinge on the spherical surface of corresponding, oppositely arranged fixed contacts and electrically connect them to one another.
  • the object of the invention is therefore to provide a mechanical switching contact that allows a reliable, secure, bounce and arc-free switching or contact even at high currents.
  • Figure 1 shows a mechanical switching contact according to the invention in perspective
  • Figure 4 is a shift lever of the switching contact alone
  • Figure 5 is a contact housing of the switching contact alone
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the interaction of the shift lever
  • FIG. 7 shows a combination of two switching contacts according to the invention according to Figure 1 as a single-phase assembly for main switching contact and
  • Resistance switching contact of a tap changer Figure 8 shows a circuit of a diverter switch a tap changer, as can be realized by mechanical switching contacts according to the invention.
  • the shift lever 2 which is again shown alone in Figure 4, is rotatably mounted by means of a bearing 21 on the bearing 16 of the insulating substrate 1. He has a pivot arm 22 which is pivotable about the bearing 21 and in turn has a driver 23 at its free end. Laterally in the Swivel arm 22 are two abutment mounts 24 are provided, which are formed dome-shaped and also serve to support the still to be described compression springs 8. At its other, opposite free end, the shift lever 2 on a fork-shaped actuating contour 25.
  • the contact housing 3 which is again shown alone in Figure 5, has a driving opening 31, in which the driver 23 of the shift lever 2 engages.
  • the contact housing 3 further comprises a contact receptacle 32 with spring guide 33 on which parallel contact fingers 9, 10, which are held by a bearing pin 35, are fixed.
  • the contact housing 3 is mounted by means of a bearing 34 and the bearing pin 35 on the bearing 17 of the insulating substrate 1 pivotally.
  • the parallel contact fingers 9, 10 fastened to it enable the respective fixed contacts 4, 5 or slide on the one-piece design Contact rail 6. It can be seen that the two contact fingers 9, 10 enclose the respective fixed contact on both sides.
  • the present in such parallel contact fingers contact springs to generate the necessary contact pressure are omitted here for clarity.
  • the illustrated components act according to the invention as a spatial 3-D gearbox.
  • FIG. 7 shows two of these switching contacts according to the invention, which are combined to form a complete mechanical switching unit for one phase of a diverter switch.
  • the one switching contact I acts as the main switching contact and the other switching contact Il as Resistance switching contact.
  • Identical parts are provided with the same reference numerals; It can be seen that both modules are constructed completely identical. For reasons of clarity, not all of the details explained have been provided with reference numerals in this representation; In addition to the components already described, electrical connection lines 7 are also indicated here.
  • the compression springs 8 are clearly visible, each located between a Kalottenage 18 of Isolierstoffehrs 1 and a dome-shaped abutment 24 of the shift lever 2.
  • FIG. 8 shows the electrical circuit of a tap changer, which can be realized with the arrangement of two switching contacts explained in FIG.
  • the selector of the tap changer is shown schematically, which makes a powerless preselection of the new winding tapping n + 1, to be switched to, while still the previous winding tap n is electrically connected.
  • the contacts MCA and MCD are the respective permanent main contacts, one of which is closed in stationary operation and thus energized.
  • MSV designates a vacuum switching cell in the main switching branch, TTV a vacuum switching cell in the resistance branch, which has the additional switching resistance R.
  • the dotted lines show the part of the circuit that is technically realized by the two mechanical switching contacts I and II according to the invention.
  • the acting as the main switching contact switching contact Il is referred to as MTF, as
  • Resistance switching contact acting mechanical switching contact I is referred to as TTF.
  • Y denotes the load derivation.

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  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Schaltkontakt mit einem Isolierstoff träger (1) , an dem feste Kontakte (4,5,6) angeordnet sind. Weiterhin ist am Isolierstoff träger (1) ein Schalthebel (2) drehbar gelagert, der einen Schwenkarm (22) aufweist. Zusätzlich ist am Isolierstoff träger (1) noch ein ver schwenkbares Kontaktgehäuse (3) gelagert, das parallele Kontaktfinger (9,10) trägt, die bei Kontaktgabe die jeweils beschalteten festen Kontakte (4,5,6) beidseitig umschließen.

Description

Mechanischer Schaltkontakt
Die Erfindung betrifft einen mechanischen Schaltkontakt zur Umschaltung bei einem Lastumschalter eines Stufenschalters.
Ein mechanischer Schaltkontakt zur doppelpoligen Unterbrechung für einen Stufenschalter ist aus der DE-PS 100 50 821 C1 bekannt. Der bekannte mechanische Schaltkontakt weist einen Isolierstoffträger auf, an dem feste Kontakte angeordnet sind, die ballig geformte Kontaktbereiche besitzen. Weiterhin ist an diesem Isolierstoffträger ein Kontaktträger drehbar gelagert, der mit einem um einen bestimmten Winkel verschwenkbaren Schwenkarm in Verbindung steht. Am freien Ende des Schwenkarmes ist ein Kontaktstück befestigt, das seinerseits an seinen beiden Enden Kontaktrollen aufweist. Durch diese Kontaktrollen sind die festen Kontakte wahlweise beschaltbar. Je nach Lage des Schwenkarmes treffen die Kontaktrollen auf die ballige Oberfläche korrespondierender, gegenüberliegend angeordneter fester Kontakte auf und verbinden diese elektrisch miteinander.
Dieser mechanische Schaltkontakt hat sich im praktischen Einsatz bewährt, bei der doppelpoligen Unterbrechung sehr hoher Ströme weist er jedoch Nachteile auf. Zum einen kann bei der beschriebenen konstruktiven Ausbildung der ballig geformten festen Kontakte und der schwenkbaren Kontaktrollen ein unerwünschtes Kontaktprellen auftreten, zum anderen ergeben sich bei dieser doppelpolig unterbrechenden Konstruktion hohe Stromkräfte, die den Anpressdruck der Kontaktrollen auf den jeweiligen festen Kontakt reduzieren. Dies ist durch den physikalischen Effekt begründet, dass in Folge der Stromeinschnürung an den Engstellen eines Flächenkontaktes abhebende Kräfte auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen mechanischen Schaltkontakt anzugeben, der auch bei hohen Strömen eine zuverlässige, sichere, prell- und lichtbogenfreie Umschaltung bzw. Kontaktgabe gestattet.
Diese Aufgabe wird durch einen mechanischen Schaltkontakt mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der beweglichen Kontakte als Kontaktfinger, die die jeweiligen festen Kontakte beidseitig umschließen, wird zunächst einmal eine Kontaktprellung verringert. Es ergibt sich weiterhin bei der erfindungsgemäßen Lösung ein hoher, gleichbleibender Kontaktdruck. Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen mechanischen Schaltkontakt in perspektivischer
Darstellung, komplett Figur 2 diesen mechanischen Schaltkontakt mit abgenommenem Oberteil des noch zu erläuternden Isolierstoffträgers
Figur 3 diesen Isolierstoffträger allein ohne montierte weitere Bauteile
Figur 4 einen Schalthebel des Schaltkontaktes allein
Figur 5 ein Kontaktgehäuse des Schaltkontaktes allein
Figur 6 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens von Schalthebel,
Kontaktgehäuse sowie Kontakten des erfindungsgemäßen Schaltkontaktes Figur 7 eine Kombination von zwei erfindungsgemäßen Schaltkontakten gemäß Figur 1 als einheitliche einphasige Baugruppe für Hauptschaltkontakt und
Widerstandsschaltkontakt eines Stufenschalters Figur 8 eine Schaltung eines Lastumschalters eines Stufenschalters, wie sie durch erfindungsgemäße mechanische Schaltkontakte realisierbar ist.
Zunächst soll der in den Figuren 1 und 2 dargestellte mechanische Schaltkontakt gemäß der Erfindung näher erläutert werden. Er weist einen zweiteiligen Isolierstoffträger 1 auf, der die weiteren, im Nachfolgenden beschriebene Bauteile aufnimmt und die gesamte Anordnung umschließt. In Figur 2 ist der obere Teil des zweiteiligen Isolierstoffträgers 1 weggelassen, um die im Inneren befindlichen Bauteile besser darstellen zu können. Der Isolierstoffträger 1 ist mit in jeweils einem angeformten Schaft verlaufenden Längsbohrungen 11...14 versehen, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird. Im Bereich einer weiteren Längsbohrung 15 ist ein Lager 16 vorgesehen, in dem ein Schalthebel 2 mittels eines hier nicht dargestellten Lagerbolzens drehbar gelagert ist. Seitlich ist ein weiteres Lager 17 angeordnet, das ein Kontaktgehäuse 3 aufnimmt, das weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Schließlich sind am Isolierstoffträger 1 noch Kalottenaufnahmen 18 vorgesehen, in denen sich Druckfedern 8 abstützen, die später ebenfalls noch beschrieben werden. Am Isolierstoffträger 1 sind zwei gegenüberliegende feste Kontakte 4, 5 sowie eine Kontaktschiene 6 angeordnet.
In Figur 3 ist der beschriebene Isolierstoffträger noch einmal separat dargestellt.
Der Schalthebel 2, der in Figur 4 noch einmal allein gezeigt ist, ist mittels eines Lagers 21 am Lager 16 des Isolierstoffträgers 1 drehbar befestigt. Er weist einen Schwenkarm 22 auf, der um das Lager 21 verschwenkbar ist und seinerseits einen Mitnehmer 23 an seinem freien Ende besitzt. Seitlich im Schwenkarm 22 sind zwei Widerlageraufnahmen 24 vorgesehen, die kalottenförmig ausgebildet sind und ebenfalls zur Abstützung der noch zu beschreibenden Druckfedern 8 dienen. An seinem anderen, gegenüberliegenden freien Ende weist der Schalthebel 2 eine gabelförmige Betätigungskontur 25 auf.
Das Kontaktgehäuse 3, das in Figur 5 noch einmal allein gezeigt ist, besitzt eine Mitnehmeröffnung 31 , in die der Mitnehmer 23 des Schalthebels 2 eingreift. Das Kontaktgehäuse 3 weist weiterhin eine Kontaktaufnahme 32 mit Federführung 33 auf, woran parallel angeordnete Kontaktfinger 9, 10, die durch einen Lagerbolzen 35 gehalten sind, befestigt sind. Das Kontaktgehäuse 3 ist mittels eines Lagers 34 und des Lagerbolzens 35 am Lager 17 des Isolierstoffträgers 1 verschwenkbar gelagert.
In Figur 6 ist noch einmal das Zusammenspiel von Schalthebel 2, Kontaktgehäuse 3, sowie den Kontaktfingern 9, 10 gezeigt. In dieser Darstellung ist die Kontaktschiene 6 durchgehend ausgebildet, d. h. einstückig. Dies ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, aber kein notwendiges Merkmal; genauso gut können statt einer solchen Kontaktschiene separate Kontakte, ebenso wie die Kontakte 4 und 5, als getrennte Kontaktstücke ausgebildet sein. An Hand dieser Figur soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen mechanischen Schaltkontaktes erläutert werden: Wird bei der Betätigung des Lastumschalters eine Rolle o. dgl. in die Betätigungskontur 25 des Schalthebels 2 bewegt und läuft auf dieser auf, so wird der gesamte Schalthebel 2 um sein Lager 21 verschwenkt. Sein Mitnehmer 23, der in der Mitnehmeröffnung 31 des Kontaktgehäuses 3 formschlüssig geführt ist, verschwenkt dieses Kontaktgehäuses 3 um dessen Lager 34. Damit beschälten die daran befestigten parallelen Kontaktfinger 9, 10 die jeweiligen festen Kontakte 4, 5 bzw. gleiten auf der hier einstückig ausgebildeten Kontaktschiene 6. Es ist zu sehen, dass die beiden Kontaktfinger 9, 10 den jeweiligen festen Kontakt beidseitig umschließen. Die bei solchen parallelen Kontaktfingern vorhandenen Kontaktfedern zum Erzeugung des notwendigen Kontaktdruckes sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die erläuterten Bauteile wirken erfindungsgemäß als räumliches 3-D- Getriebe.
Dabei wird der physikalische Effekt der Wirkung der Stromkräfte ausgenutzt: Liegen zwei Leitungen parallel und werden sie gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflössen, so stoßen sie sich gegenseitig ab, bei gleicher Stromrichtung hingegen ziehen sie sich an. Dieser physikalische Effekt des Sichanziehens wird hier durch die beiden parallelen Kontaktfinger 9, 10, die den jeweiligen festen Kontakt beidseitig umschließen und in gleicher Stromrichtung durchflössen sind, in Verbindung mit dem beschriebenen 3-D-Getriebe zu ihrer Betätigung realisiert. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.
In Figur 7 sind zwei dieser erfindungsgemäßen Schaltkontakte gezeigt, die zu einer kompletten mechanischen Schalteinheit für eine Phase eines Lastumschalters zusammengefasst sind. Hierbei wirkt der eine Schaltkontakt I als Hauptschaltkontakt und der andere Schaltkontakt Il als Widerstandsschaltkontakt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; es ist zu erkennen, dass beide Module völlig identisch aufgebaut sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in dieser Darstellung nicht alle der erläuterten Details mit Bezugszeichen versehen worden; zusätzlich zu den bereits erläuterten Bauteilen sind hier noch elektrische Anschlussleitungen 7 angedeutet. In dieser Figur sind die Druckfedern 8 gut zu erkennen, die sich jeweils zwischen einer Kalottenaufnahme 18 des Isolierstoffträgers 1 und einem kalottenförmigen Widerlager 24 des Schalthebels 2 befinden. Durch diese Druckfedern 8 wird eine Schnappwirkung erzielt; der jeweilige Schalthebel 2 wird gegen die Kraft der vorgespannten Druckfeder 8 verschwenkt und gelangt nach Überschreiten des Totpunktes zuverlässig in die andere Endposition. Beide Module sind, wie bereits erläutert, grundsätzlich identisch, es ist jedoch möglich und in vielen Fällen sinnvoll, die Betätigungskonturen 25 der beiden Schalthebel 2 unterschiedlich zu gestalten, um die Schaltfolge und -geschwindigkeit zu variieren.
In Figur 8 ist die elektrische Schaltung eines Stufenschalters gezeigt, die mit der in Figur 7 erläuterten Anordnung von zwei Schaltkontakten realisierbar ist. Im oberen Bereich der Schaltung ist der Wähler des Stufenschalters schematisch dargestellt, der eine leistungslose Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung n+1 , auf die umgeschaltet werden soll, vornimmt, während noch die bisherige Wicklungsanzapfung n elektrisch geschaltet ist. Darunter sind die beiden Seiten des Lastumschalters A und B, zwischen denen anschließend eine unterbrechungslose Umschaltung unter Last erfolgen soll, gezeigt. Die Kontakte MCA und MCD sind die jeweiligen Dauerhauptkontakte, von denen einer im stationären Betrieb geschlossen und damit stromführend ist. MSV bezeichnet eine Vakuumschaltzelle im Hauptschaltzweig, TTV eine Vakuumschaltzelle im Widerstandszweig, der den zusätzlichen Überschaltwiderstand R aufweist. Die strichlierten Linien zeigen den Teil der Schaltung, der von den erfindungsgemäßen beiden mechanischen Schaltkontakten I bzw. Il technisch realisiert wird. Der als Hauptschaltkontakt wirkende Schaltkontakt Il ist als MTF bezeichnet, der als
Widerstandsschaltkontakt wirkende mechanische Schaltkontakt I ist als TTF bezeichnet. Y bezeichnet die Lastableitung.
Bezugszeichenliste
1 Isolierstoffträger
11 Längsbohrung
12 Längsbohrung
13 Längsbohrung
14 Längsbohrung
15 Längsbohrung
16 Lager
17 weiteres Lager
18 Kalottenaufnahme
2 Schalthebel
21 Lager
22 Schwenkarm
23 Mitnehmer
24 kalottenförmiges Widerlager
25 Betätigungskontur, gabelförmig
3 Kontaktgehäuse
31 Mitnehmeröffnung
32 Kontaktaufnahme
33 Federführung
34 Lager
35 Lagerbolzen
4 fester Kontakt
5 fester Kontakt
6 Kontaktschiene
7 Anschlussleitung
8 Druckfeder
9 Kontaktfinger
10 Kontaktfinger

Claims

Patentansprüche
1. Mechanischer Schaltkontakt zur Umschaltung, insbesondere bei einem Laststufenschalter, wobei ein Isolierstoffträger (1 ) vorgesehen ist, an dem feste, beschaltbare Kontakte (4, 5, 6) angeordnet sind, wobei am Isolierstoffträger (1 ) ein Schalthebel (2) drehbar gelagert ist, der an einem seiner beiden freien Enden einen Schwenkarm (22) und am anderen freien Ende eine
Betätigungskontur (25) aufweist und wobei der Schalthebel (2) bei Krafteinwirkung auf die Betätigungskontur (25) sprungartig von einem seiner beiden stationären Zustände in den jeweils anderen sprungartig verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Isolierstoffträger (1 ) zusätzlich ein um ein separates Lager (34) verschwenkbares
Kontaktgehäuse (3) gelagert ist, dass das Kontaktgehäuse (3) zwei parallele, elektrisch miteinander verbundene Kontaktfinger
(9, 10) trägt, die die jeweils beschalteten festen Kontakte (4, 5, 6) beidseitig umschließen und dass das Kontaktgehäuse (3) mit dem Schalthebel (2) mechanisch in Verbindung steht und von diesem betätigbar ist.
2. Mechanischer Schaltkontakt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (2) einen Mitnehmer (23) aufweist, der formschlüssig in eine Mitnehmeröffnung (31 ) des Kontaktgehäuses (3) eingreift.
3. Mechanischer Schaltkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der festen Kontakte als Kontaktschiene (6) ausgebildet ist, auf der die Kontaktfinger (9, 10) bei Bewegung des Kontaktgehäuses (3) gleiten.
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