WO2013053510A1 - Laststufenschalter - Google Patents

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WO2013053510A1
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contact arms
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load tap
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Inventor
Michael Bisges
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0038—Tap change devices making use of vacuum switches

Definitions

  • the invention relates to a Lastbranschaiter for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.
  • a generic on-load tap changer for switching from one tap to the next with arranged on a circle, connected to the taps, fixed step contacts is known.
  • at least two switching contacts pivotable on the circle are simultaneously provided on a common contact carrier in each phase.
  • each phase in the pivotal contact carrier two with the switch contacts in series vacuum switch contacts are provided, which serve on the circle cam tracks for controlling rollers and thus to actuate the vacuum switch contacts.
  • a switch contact lying in series with a switching resistor is first pivoted to the adjacent tap contact, wherein a vacuum switch contact before lifting the switch contact from the (previous) tap contact opens and closes only after the concern of the switch contact on the next tap contact again.
  • the switching then follows the opening of a vacuum switching contact, which is electrically in series with a switching contact, so that the load current commutated to the vacuum switching contact and the other switching contact.
  • the vacuum switching contacts are arranged lying on the contact carrier.
  • Vacuum interrupters on each contact carrier is electrically connected to a respective load discharge.
  • the vacuum interrupters are arranged upright.
  • the underlying electrical circuit corresponds to the already known from the earlier DE 38 33 126 A1 and explained above circuit.
  • Step contact to the next adjacent step contact The total switching time is determined by this movement from one fixed tap contact to the next; since, for obvious reasons, in particular to minimize the arc that occurs during switching, the switching time should be as short as possible, a sophisticated mechanism for realizing a fast switching is required. Furthermore, system-related in the known on-load tap changers always only one switching by one stage, d. H. from a fixed step contact to (next to each other) adjacent next step contact possible.
  • the object of the invention is to provide an on-load tap-changer of the type mentioned, in which the switching time is minimized. This object is achieved by an on-load tap changer having the features of the first claim.
  • the subclaims relate to advantageous developments of the invention.
  • the invention is based on the general inventive concept, not deviating from the prior art, the contact to move during its electrical wiring. In other words, there is a separation between the mechanical movement of the contact arm and the electrical wiring of the components arranged thereon.
  • two separate contact arms are used, which are particularly preferably each consist of two separate contact branches with and without switching resistance and in which each contact branches separately via switching means, preferably via a (separate) vacuum interrupter can be disconnected from the network.
  • the two contact arms can be moved spatially independently, but always remain electrically connected to each other via a common main contact.
  • the particular advantage of the invention is the realization of very short switching times, which are limited only by the type-specific switching times of the switching means, so preferably the
  • Vacuum interrupters While one contact arm is in electrical engagement, the other contact arm can be moved without power to another fixed tap contact. Only then is the electrical connection made. Finally, the invention also makes it possible to enable a switching of spatially further apart fixed step contacts and thus to skip several voltage stages.
  • Figure 1 shows an on-load tap-changer according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows this on-load tap-changer with different electrical wiring
  • FIG. 3 shows a detail of a load tap changer according to the invention
  • Figure 4 shows a switching sequence in a diverter switch according to the invention when changing from a fixed tap contact to an adjacent further tap contact.
  • a first movable contact arm A is shown, which is actuated via a drive A.1.
  • the drive A.1 is shown linearly, but it can also be a rotational actuation done.
  • a second movable contact arm B is shown, which is also actuated by a further drive B.1, regardless of the drive A.1.
  • Both movable contact arms A, B are electrically connected via a respective sliding contact A.2, B.2 with a main contact H.
  • solid fixed step contacts n, n + 1, n + 2, n + 3, which can be connected independently of each other by both movable contact arms A, B, are shown, which are connected in a known manner to the corresponding winding leads of the device to be controlled
  • Stepped transformer are electrically connected.
  • the stage contact n + 2 is connected; the load current leads via the stage contact n + 2 here via the first contact arm A on the main contact H. This in turn leads to a load dissipation.
  • FIG. 2 shows this on-load tap-changer according to the invention in a different circuit, in this case the load current leads from the tap contact n + 3 via the second movable contact arm B to the main contact H.
  • FIG. 3 shows this on-load tap-changer according to the invention in detail.
  • the first movable contact arm A has a first branch with a vacuum interrupter V1 and a second branch with a series connection of a reverse resistor R A and a vacuum interrupter V2. Both branches can each be electrically connected together with one of the fixed stage contacts n ... n + 3.
  • the second movable contact arm B also has two branches in a completely identical manner, namely a first branch with a vacuum interrupter V3 and a second branch with a series connection of a further interchange resistor R B and a further vacuum interrupter V4.
  • the two branches of the second movable contact arm B can also be electrically connected together with one of the step contacts n... N + 3 - independently of the branches on the first movable contact arm A.
  • FIG. 4 shows a switching sequence in the case of a circuit from a fixed step contact n to an adjacent fixed step contact n + 1. For clarity, only at the first
  • Figure 4a shows the initial position, the electrical connection is the fixed stage contact n on the
  • Vacuum switch tube V1 led to the main contact H.
  • FIG. 4b shows that subsequently the vacuum interrupter V4 of the other contact arm B
  • FIG. 4c shows that subsequently the vacuum interrupter V1 of the first contact arm A which until then led the load current opens.
  • FIG. 4d again shows the closing of the vacuum interrupter V3 of the second
  • FIG. 4e shows that the vacuum interrupter V4 is opened again, and thus the override resistance R B is disconnected; the load current now flows from the new fixed stage contact n + 1 via the vacuum interrupter V3 to the main contact H - the switching is completed. If a new switch is to be made, first the first movable contact arm A, which is now fully open, moved without power to the new winding tapping; this does not necessarily have to be the neighboring one. Only then does the electrical wiring in an analogous manner. The means for sequence-dependent actuation of the vacuum interrupters themselves are off
  • both fixed step contacts n... N + 3 and contact arms A, B are geometrically designed in such a way that they are independent of one another and without alternating one another
  • Impairment of each fixed stage contact n ... n + 3 of each contact A, B is connectable.
  • each branch of each contact arm A, B has a series connection of a
  • Overload resistor (R A , RB) can be briefly switched on or off during a switchover.
  • the switchover from a fixed tap contact to another fixed tap contact takes place without actuation of the contact arms A or B, but only by the connection and disconnection of the vacuum interrupters V1 ... V4.
  • the on-load tap-changer according to the invention is shown schematically in a linear arrangement. It is also possible within the scope of the invention, a rotary arrangement
  • Contact arms A, B are independently movable and that the wiring of the arranged on them vacuum interrupters V1 ... V4 is performed only after the completion of the movement.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei als bewegliche Kontakte zwei Kontaktarme vorgesehen sind, die unabhängig voneinander bewegbar sind und gemeinsam mit einer Lastableitung elektrisch verbunden sind. Auf den beiden Kontaktarmen sind elektrische Schaltmittel angeordnet, die im Ruhezustand der Kontaktarme jeweils betätigbar sind.

Description

Laststufenschalter
Die Erfindung betrifft einen Laststufenschaiter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
Aus der DE 38 33 126 A1 ist ein gattungsgemäßer Laststufenschalter zum Umschalten von einer Anzapfung zur nächsten mit auf einem Kreis angeordneten, mit den Anzapfungen verbundenen, festen Stufenkontakten bekannt. Dabei sind in jeder Phase mindestens zwei auf dem Kreis gleichzeitig verschwenkbare Schaltkontakte auf einem gemeinsamen Kontaktträger vorgesehen. Weiterhin sind je Phase in dem schwenkbaren Kontaktträger zwei mit den Schaltkontakten in Reihe liegende Vakuumschaltkontakte vorgesehen, wobei auf dem Kreis Nockenbahnen zur Steuerung von Rollen und damit zur Betätigung der Vakuumschaltkontakte dienen. Bei einer Umschaltung wird zunächst ein in Reihe mit einem Überschaltwiderstand liegender Schaltkontakt auf den benachbarten Stufenkontakt geschwenkt, wobei ein Vakuumschaltkontakt vor dem Abheben des Schaltkontaktes vom (bisherigen) Stufenkontakt öffnet und erst nach dem Anliegen des Schaltkontaktes am nächsten Stufenkontakt wieder schließt. Innerhalb des Umschaltvorgangs folgt dann die Öffnung eines Vakuumschaltkontaktes, der elektrisch in Reihe mit einem Schaltkontakt liegt, so dass der Laststrom auf den Vakuumschaltkontakt und den anderen Schaltkontakt kommutiert. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Vakuumschaltkontakte liegend auf dem Kontaktträger angeordnet.
Aus der DE 198 21 775 C1 ist ein weiterer gattungsgemäßer Laststufenschalter bekannt, der einen Isolierstoffzylinder als Gehäuse aufweist. Auch hierbei sind feste Stufen kontakte im Inneren des Isolierstoffzylinders für jede Phase einer horizontalen Ebene kreisförmig angeordnet und auch hier befindet sich im Zentrum eine drehbare Schaltwelle, die für jede horizontale Ebene von festen Stufenkontakten einen ebenfalls drehbaren Kontaktträger aufweist. Der Kontaktträger besitzt mindestens zwei mechanische Kontakte. Einer davon steht direkt mit einer ersten Vakuumschaltröhre in Verbindung; der andere steht über einen zwischengeschalteten Überschaltwiderstand mit einer weiteren Vakuumschaltröhre elektrisch in Verbindung. Die jeweils andere Seite beider
Vakuumschaltröhren auf jedem Kontaktträger ist elektrisch mit jeweils einer Lastableitung verbunden. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Vakuumschaltröhren stehend angeordnet. Die zugrunde liegende elektrische Schaltung entspricht der bereits aus der früheren DE 38 33 126 A1 bekannten und oben erläuterten Schaltung.
Diese bekannten Laststufenschalter vom Lastwähler-Typ lassen sich durch den Verzicht auf die Trennung des Wählers vom eigentlichen Lastumschalter weniger aufwändig herstellen. Sie weisen jedoch dennoch verschiedene Nachteile auf: Sie erfordern einen komplexen Schaltvorgang während der Umschaltung, d. h. Bewegung des Kontaktträgers bzw. Kontaktarmes von einem festen
Stufenkontakt zum benachbarten nächsten Stufenkontakt. Die Schaltzeit insgesamt wird durch diese Bewegung von einem festen Stufenkontakt hin zum nächsten bestimmt; da aus naheliegenden Gründen, insbesondere um den Lichtbogen, der bei der Umschaltung auftritt, zu minimieren, die Schaltzeit möglichst kurz sein soll, ist eine anspruchsvolle Mechanik zur Realisierung einer schnellen Umschaltung erforderlich. Weiterhin ist systembedingt bei den bekannten Laststufenschaltern stets nur eine Umschaltung um eine Stufe, d. h. von einem festen Stufenkontakt zum (beidseitig) benachbarten nächsten Stufenkontakt möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Schaltzeit minimiert wird. Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die allgemeine erfinderische Idee zugrunde, abweichend vom Stand der Technik den Kontaktarm während seiner elektrischen Beschaltung nicht zu bewegen. Mit anderen Worten: Es erfolgt eine Trennung zwischen der mechanischen Bewegung des Kontaktarmes und der elektrischen Beschaltung der auf ihm angeordneten Bauelemente. Bei der Erfindung werden zwei separate Kontaktarme verwendet, die besonders bevorzugt jeweils aus zwei separaten Kontaktzweigen mit und ohne Überschaltwiderstand bestehen und bei denen jeder Kontaktzweigen separat über Schaltmittel, bevorzugt über eine (eigene) Vakuumschaltröhre vom Netz getrennt werden kann. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die beiden Kontaktarme unabhängig voneinander räumlich bewegt werden, bleiben aber stets über einen gemeinsamen Hauptkontakt elektrisch miteinander verbunden.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in der Realisierung sehr kurzer Schaltzeiten, die nur begrenzt sind durch die typenspezifischen Schaltzeiten der Schaltmittel, bevorzugt also der
Vakuumschaltröhren. Während ein Kontaktarm im elektrischen Eingriff steht, kann der andere Kontaktarm leistungslos auf einen anderen festen Stufenkontakt bewegt werden. Erst danach wird die elektrische Verbindung hergestellt. Schließlich ermöglicht es die Erfindung auch, eine Umschaltung von räumlich weiter auseinander liegenden festen Stufenkontakten zu ermöglichen und damit mehrere Spannungsstufen zu überspringen.
Zwar ist es aus der DE 44 07 945 C1 bereits prinzipiell bekannt, zwei Kontaktarme vorzusehen, die voneinander unabhängig und ohne mechanische Kopplung und Beeinflussung bewegbar sind.
Allerdings ist bei dieser bekannten Lösung es notwendig, dass unabhängig von der Schaltrichtung stets derselbe erste Kontaktarm direkt als Hauptschaltkontakt und stets der zweite Kontaktarm als Widerstandsschaltkontakt mit der Lastableitung verbunden wird. Auch bei dieser bekannten
Ausführung erfolgen also mechanische Bewegung der Kontaktarme und elektrische Beschaltung der Kontaktelemente gleichzeitig. Die Erfindung kann durch diese bekannte Lösung, bei der sich die beiden Kontaktarme schaltrichtungsabhängig überholen können, nicht nahegelegt werden; es handelt sich um eine völlig andere Schaltung.
Im stationären Betrieb liegen bei der Erfindung die beiden Kontaktarme auf unterschiedlichen
Anzapfungen, d. h. unterschiedlichen festen Kontakten. Dies ist der prinzipielle Unterschied zum Stand der Technik; dort befinden sich alle Kontakte auf dem aktuell geschalteten festen Stufenkontakt.
Bei der Erfindung werden die beiden Grundprinzipien von Laststufenschaltern, nämlich die
Ausführung als Lastwähler einerseits und die Trennung von Wähler und Lastumschalter andererseits, kombiniert. Damit wird ein langsamer Kontaktwechsel möglich bei dennoch kurzen Schaltzeiten.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Figuren noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in schematischer Darstellung
Figur 2 diesen Laststufenschalter mit anderer elektrischer Beschaltung
Figur 3 eine Detaildarsteilung eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters
Figur 4 eine Umschaltsequenz bei einem erfindungsgemäßen Lastumschalter beim Wechsel von einem festen Stufenkontakt auf einen benachbarten weiteren Stufenkontakt.
In Figur 1 ist ein erster beweglicher Kontaktarm A gezeigt, der über einen Antrieb A.1 betätigbar ist. In dieser Prinzipdarstellung ist der Antrieb A.1 linear dargestellt, es kann aber ebenso auch eine rotatorische Betätigung erfolgen. Gegenüberliegend ist ein zweiter beweglicher Kontaktarm B gezeigt, der ebenfalls durch einen weiteren Antrieb B.1 , unabhängig vom Antrieb A.1 , betätigbar ist. Beide bewegliche Kontaktarme A, B sind über jeweils einen Schleifkontakt A.2, B.2 mit einem Hauptkontakt H elektrisch verbunden. Ferner sind in der Figur noch feste, von beiden beweglichen Kontaktarmen A, B unabhängig voneinander beschaltbare feste Stufenkontakte n, n+1 , n+2, n+3, gezeigt, die auf bekannte Weise mit den entsprechenden Wicklungsausleitungen des zu regelnden
Stufentransformators elektrisch verbunden sind. In dieser Darstellung ist der Stufenkontakt n+2 beschaltet; der Laststrom führt über den Stufenkontakt n+2 hier über den ersten Kontaktarm A auf den Hauptkontakt H. Dieser wiederum führt zu einer Lastableitung.
Figur 2 zeigt diesen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in anderer Beschaltung, hierbei führt der Laststrom von dem Stufenkontakt n+3 über den zweiten beweglichen Kontaktarm B zum Hauptkontakt H.
Figur 3 zeigt diesen erfindungsgemäßen Laststufenschalter im Detail. Neben den bereits oben erläuterten elektrischen Bauteilen ist hier noch detailliert dargestellt, dass der erste bewegliche Kontaktarm A einen ersten Zweig mit einer Vakuumschaltröhre V1 sowie einem zweiten Zweig mit einer Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand RA und eine Vakuumschaltröhre V2 besitzt. Beide Zweige können jeweils gemeinsam mit einem der festen Stufenkontakte n...n+3 elektrisch in Verbindung gebracht werden. Weiterhin ist gezeigt, dass der zweite bewegliche Kontaktarm B auf ganz identische Weise ebenfalls zwei Zweige aufweist, nämlich wiederum einen ersten Zweig mit einer Vakuumschaltröhre V3 und einem zweiten Zweig mit einer Reihenschaltung aus einem weiteren Überschaltwiderstand RB und einer weiteren Vakuumschaltröhre V4. Auch die beiden Zweige des zweiten beweglichen Kontaktarmes B können gemeinsam mit einem der Stufenkontakte n...n+3 elektrisch beschaltet werden - und zwar unabhängig von den Zweigen auf dem ersten beweglichen Kontaktarm A.
Figur 4 zeigt eine Umschaltsequenz bei einer Schaltung von einem festen Stufenkontakt n auf einen benachbarten festen Stufenkontakt n+1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur bei der ersten
Lage, der Ausgangslage des Laststufenschalters, Bezugszeichen vorgesehen.
Figur 4a zeigt die Ausgangslage, die elektrische Verbindung wird vom festen Stufenkontakt n über die
Vakuumschaltröhre V1 zum Hauptkontakt H geführt.
Figur 4b zeigt, dass nachfolgend die Vakuumschaltröhre V4 des anderen Kontaktarmes B
geschlossen wird, damit wird der Überschaltwiderstand RB elektrisch geschaltet.
Figur 4c zeigt, dass anschließend die bis dahin den Laststrom führende Vakuumschaltröhre V1 des ersten Kontaktarmes A öffnet.
Figur 4d zeigt wiederum nachfolgend das Schließen der Vakuumschaltröhre V3 des zweiten
Kontaktarmes B, die den Laststrom übernimmt.
In Figur 4e schließlich ist gezeigt, dass die Vakuumschaltröhre V4 wieder geöffnet und damit der Überschaltwiderstand RB getrennt ist; der Laststrom fließt jetzt von dem neuen festen Stufenkontakt n+1 über die Vakuumschaltröhre V3 hin zum Hauptkontakt H - die Umschaltung ist beendet. Soll eine neue Umschaltung vorgenommen werden, wird zunächst der erste bewegliche Kontaktarm A, der jetzt vollständig geöffnet ist, leistungslos auf die neue Wicklungsanzapfung bewegt; dies muss nicht zwingend die benachbarte sein. Erst danach erfolgt die elektrische Beschaltung in analoger Weise. Die Mittel zur sequenzabhängigen Betätigung der Vakuumschaltröhren selbst sind aus
Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt.
Wie bereits erläutert, sind sowohl feste Stufenkontakte n...n+3 als auch Kontaktarme A, B geometrisch derart ausgebildet, dass unabhängig voneinander und ohne wechselseitige
Beeinträchtigung jeder feste Stufenkontakt n...n+3 von jedem Kontaktarm A, B beschaltbar ist.
Noch einmal zusammengefasst: Erfindungsgemäß sind zwei unabhängig voneinander bewegbare Kontaktarme A, B vorgesehen, die jeweils zwei parallele elektrische Zweige aufweisen, die jeweils separat über Vakuumschaltröhren (V1 , V2; V3, V4) zu- bzw. abgeschaltet werden können. Dabei weist jeweils ein Zweig jedes Kontaktarmes A, B eine Reihenschaltung aus einem
Überschaltwiderstand (RA, RB) und einer Vakuumschaltröhre (V2, V4) auf. Der jeweilige
Überschaltwiderstand (RA, RB) kann dadurch bei einer Umschaltung kurzzeitig zu- bzw. abgeschaltet werden. Die Umschaltung von einem festen Stufenkontakt auf einen weiteren festen Stufenkontakt erfolgt ohne Betätigung der Kontaktarme A oder B, sondern lediglich durch das Zu- und Abschalten der Vakuumschaltröhren V1 ...V4.
In den Figuren ist der erfindungsgemäße Laststufenschalter in linearer Anordnung schematisch dargestellt. Es ist im Rahmen der Erfindung ebenso möglich, eine rotatorische Anordnung
vorzusehen, bei der die festen Stufenkontakte n...n+3 kreisförmig angeordnet und die Kontaktarme A, B zentrisch unabhängig voneinander drehbar angeordnet sind. Wichtig ist allein, dass beide
Kontaktarme A, B unabhängig voneinander bewegbar sind und dass die Beschaltung der auf ihnen angeordneten Vakuumschaltröhren V1...V4 erst nach dem Abschluss der Bewegung vollzogen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaitung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators,
wobei entlang einer oder mehrerer Bahnen feste Stufenkontakte vorgesehen sind, die jeweils mit einer der Wicklungsanzapfungen elektrisch verbunden sind,
wobei bewegliche Kontakte vorgesehen sind, mittels der die festen Stufenkontakte wahlweise beschaltbar und mit einer Lastableitung verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass als bewegliche Kontakte zwei Kontaktarme (A, B) vorgesehen sind, die elektrische
Schaltmittel tragen,
dass die beiden Kontaktarme (A, B) unabhängig voneinander bewegbar sind,
dass die beiden Kontaktarme (A, B) gemeinsam mit einem Hauptkontakt (H) als Lastableitung elektrisch verbunden sind
und dass die elektrischen Schaltmittel (V1 ...V4) im nicht bewegten Ruhezustand der Kontaktarme (A, B) betätigbar sind.
2. Laststufenschalter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass als elektrische Schaltmittel Vakuumschaltröhren (V1 ...V4) vorgesehen sind.
3. Laststufenschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder der beiden Kontaktarme (A, B) jeweils zwei elektrische Zweige aufweist, wobei jeweils der eine Zweig jedes Kontaktarmes (A, B) über eine Vakuumschaltröhre (V1 , V3) und der jeweils andere Zweig jedes Kontaktarmes über eine Reihenschaltung aus jeweils einem
Überschaltwiderstand (RA, RB) und jeweils einer weiteren Vakuumschaltröhre (V2, V4) mit dem Hauptkontakt (H) elektrisch verbindbar ist.
4. Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die festen Stufenkontakte (n...n+3) in mindestens einer horizontalen Ebene kreisförmig angeordnet sind
und dass die beiden Kontaktarme (A, B) zentrisch drehbar angeordnet sind.
PCT/EP2012/065594 2011-10-14 2012-08-09 Laststufenschalter WO2013053510A1 (de)

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