WO2013160089A1

WO2013160089A1 - Laststufenschalter

Info

Publication number: WO2013160089A1
Application number: PCT/EP2013/057272
Authority: WO
Inventors: Christian Hammer
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: DE202012101543U1

Description

Laststufenschalter

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Laststufenschalter sind seit vielen Jahren, zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren, in großer Anzahl weltweit im Einsatz. Solche Laststufenschalter bestehen üblicherweise aus einem Wähler, zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Die sprungartige Umschaltung erfolgt in der Regel unter Zuhilfenahme eines Kraftspeichers. Der Lastumschalter weist üblicherweise Schaltkontakte und Widerstandskontakte auf. Die Schaltkontakte dienen dabei der direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände.

Ein solcher Lastumschalter eines Stufenschalters, der Vakuumschaltröhren zur

unterbrechungslosen Umschaltung verwendet, ist aus der DE102009043171A1 bekannt. Der Lastumschalter besteht aus einer, durch einen Kraftspeicher angetriebene, Kurvenscheibe mit mehreren Steuerkonturen. Um die Kurvenscheibe sind Vakuumschaltröhren mit

Kipphebeln angeordnet. Jeder Kipphebel ist an einem Ende mit einer Vakuumschaltröhre verbunden. Das andere Ende steht mit der Kurvenscheibe in Verbindung. Durch das

Auslösen des Kraftspeichers wird die Kurvenscheibe in Rotation versetzt. Über die

Steuerkonturen werden die Kipphebel betätigt, wodurch die einzelnen Vakuumschaltröhren geschlossen bzw. geöffnet werden.

Eine besondere Gattung der Laststufenschalter bilden die so genannten Lastwähler, beispielsweise bekannt aus DE3833126A1. Der Lastwähler vereint einen Wähler, der zur Anwahl neuer Wicklungsanzapfungen verwendet wird, und einen Lastumschalter, der zur eigentlichen Lastumschaltung dient, in einem einzigen Gerät. Lastwähler bestehen in einer üblichen Bauart aus einem Ölgefäßzylinder aus einem Isolierstoff, einem Kraftspeicher und einer Schaltwelle mit einer drehfest daran befestigten Kontaktanordnung. Im Inneren des Olgefäßzylinders ist eine radial angeordnete, dreiteilige Nockenbahn befestigt. Unterhalb der Nockenbahn sind drei von außen angeordnete Netzklemmen angebracht, die mit einem sich im Inneren befindenden Schleifring verbunden sind. Oberhalb der Nockenbahn befinden sich die Stufenkontakte, die mit den jeweiligen Anzapfungen der Stufenwicklungen verbunden sind und in das Innere des Zylinders greifen. Die Schaltwelle im Inneren des

ölgefäßzylinders besteht ebenfalls aus einem Isolierstoff. An dieser sind, über eine

Grundplatte und einen Teilzylinder, zwei horizontal angeordnete Vakuumschaltröhren in einem Schaltkontaktträger, Schleifkontakte mit Führungsarmen und zahlreiche andere Teile befestigt. Durch die Rotation der Schaltwelle wird die Nockenbahn mit den einzelnen Rollen des Schaltkontaktträgers abgetastet. Über eine komplexe Hebelanordnung werden so die Vakuumschaltröhren betätigt und eine vordefinierte Schaltsequenz durchlaufen.

Nachteilig beim Stand der Technik ist die Art der Betätigung der Vakuumschaltröhren. Die beim Laststufenschalter verwendeten Kipphebel benötigen Bauraum und eine Schmierung der beweglichen Teile. Zusätzlich bestehen die Kipphebel und die diese umgebenden Befestigungsmittel aus sehr vielen Einzelbauteilen, was eine Montage und Wartung erschwert und die Produktionskosten erhöht. Durch die Kraftübertragung von der

Nockenbahn zur Vakuumschaltröhre werden die Kipphebel zudem stets einer Belastung ausgesetzt. Dies führt zu einem Verschleiß, der die Funktion des Laststufenschalters beeinträchtigen kann. Beim Lastwähler sind die Nachteile ähnlicher Natur. Die komplexen Hebelanordnungen bestehen ebenfalls aus einer Vielzahl von Einzelbauteilen und stellen damit eine mögliche Fehlerquelle dar. Da jedes der Einzelbauteile mit gewissen Toleranzen gefertigt wird, ist es umso schwieriger ein reibungsloses Ineinandergreifen zu realisieren und damit einen sicheren Betrieb des Gerätes zu gewährleisten. Der im Laufe der Zeit entstehende

Verschleiß der Einzelbauteile lässt die Problematik der Toleranzen zusätzlich in den

Vordergrund rücken.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Laststufenschaltern, als auch Lastwählern, werden die Vakuumschaltröhren durch indirekte Betätigung mittels einer

Kipphebelanordnung beschaltet. Das Schließen, d.h. das Beschälten, der

Vakuumschaltröhre erfolgt über eine außen angebrachte Feder, die über eine

Kipphebelanordnung mit einem beweglichen Stößel in Wirkverbindung steht. Das Öffnen der Vakuumschaltröhre erfolgt über eine Nocke, mit deren Hilfe die Kipphebelanordnung eine Zug beweg ung auf den beweglichen Stößel ausübt und somit die Kontakte von einander trennt. Folglich muss beim Öffnen nicht nur die Kraft zum Trennen der Kontakte aufgewendet werden, sondern auch zum Zusammendrücken der Feder. Durch die Summe der auf die vielen Einzelbauteileteile, aus denen die Kipphebelanordnungen bestehen, wirkenden Kräfte müssen diese massiver ausgelegt werden, was sich in den Produktionskosten niederschlägt. Nachteilig wirkt sich die Vielzahl der Einzelbauteile auf die Kipphebelanordnung und deren Lagerungen aus. Durch den Verschleiß vergrößern sich die Toleranzen der Lagerungen und bilden eine Vielzahl an potentiellen Schwachstellen. Aus dem Verlust der Steifigkeit der Einzelbauteile ergeben sich Unsicherheiten dahin gehend, dass die seinerzeit errechnete Steifigkeit dieser Einzelbauteile und die Lebensdauer der Lagerungen über die laufenden Jahre in Frage gestellt werden müssen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einen Laststufenschalter mit

Vakuumschaltröhren bereit zu stellen, bei dem auf eine Kipphebelanordnung verzichtet wird und der sich auf Grund nur weniger Einzelbauteile zur Betätigung der Vakuumschaltröhre durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Laststufenschalter zur

unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Die

Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. Die allgemeine erfindungsgemäße Idee besteht dabei darin, die mindestens eine

Vakuumschaltröhre nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, indirekt mittels einer Kipphebelanordnung zu betätigen, sondern über eine Nockenbahn und einen direkt mit der Nockenbahn in Wirkverbindung stehenden beweglichen Stößel der Vakuumschaltröhre, der diesen ohne Zwischenschaltung einer Kipphebelanordnung beschaltet. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der bewegliche Stößel hierfür an einem, sich im Inneren der Vakuumschaltröhre befindenden, Ende ein Kontaktstück zum Beschälten der Vakuumschaltröhre auf und an seinem gegenüber liegenden Ende eine Rolle, die sich an der Kontur einer Nockenbahn kontaktschlüssig entlang rollt. Die zum Öffnen der Kontaktstücke benötigte Kraft wird somit direkt von der Nockenbahn über die Rolle auf den beweglichen Stößel übertragen. Durch die Reduzierung der Einzelbauteile und das Weglassen der komplizierten Kipphebelanordnung haben die durch Verschleiß verursachten

Toleranzänderungen einen geringeren Einfluss auf die Funktionsfähigkeit als die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen. Auch die Auslegung des kraftmäßigen

Mehraufwandes bei Verschleiß der Betätigungsanordnung fällt bei der erfindungsgemäßen Ausführung weg. Zusätzlich werden Montage und Wartung einfacher und beanspruchen weniger Zeit, was sich in niedrigeren Kosten wieder spiegelt. Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Figuren erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungswesentlichen Bauteile eines Laststufenschalters, insbesondere eine durch eine Nockenbahn direkt betätig bare Vakuumschaltröhre

Es wurde sich in der Abbildung der Figur 1 aus Übersichtlichkeitsgründen darauf beschränkt, nur die erfindungswesentlichen Bauteile, eines an sich aus dem Stand der Technik bekannten Laststufenschalters oder Lastwählers darzustellen. In Fig. 1 ist eine durch eine profilierte Nockenbahn 1 direkt betätig bare Vakuumschaltröhre 2 abgebildet. Die profilierte Nockenbahn 1 weist eine Kontur auf, die über den Zeitpunkt und die Dauer der Betätigung der Vakuumschaltröhre 2 bestimmt, d.h. wann diese geöffnet bzw. geschlossen wird. Die Vakuumschaltröhre 2 besteht aus einem Gehäuse 3 und einer Isolierkeramik 4. Im Inneren der Vakuumschaltröhre 2 sind feste Kontaktstücke 5 angeordnet, die mit nach außen geführten Leitern 6 elektrisch leitend verbunden sind. Außerdem befindet sich im Inneren der Vakuumschaltröhre 2 ein bewegliches Kontaktstück 7, welches mit einem Stößel 8 verbunden ist. Der Stößel 8 ist derart ausgebildet, dass dieser durch einen Faltenbalg 9 nach außen ragt. Am sich außerhalb der Vakuumschaltröhre 2 befindenden Ende des Stößels 8 ist eine Rolle 10 angeordnet. Vorteilhafterweise werden die Materialien der profilierte

Nockenbahn 1 und der Rolle 10 so gewählt, dass nicht nur der Verschleiß gering ist, sondern auch ein Stromfluss von dem Stößel 8 der Vakuumschaltröhre 2 über die Rolle 10 und der profilierte Nockenbahn 1 ausgeschlossen werden kann. Zusätzlich ist am Stößel 8 ein nach außen ragendes, elektrisch leitendes Litzenkontaktstück 1 1 angebracht. Anstatt des

Litzenkontaktstückes 1 1 wäre aber auch ein Stromband, ein Gleitkontakt oder eine beliebige andere beweglich leitende Verbindung denkbar. Zwischen dem Litzen kotaktstück 11 und dem Gehäuse 3 der Vakuumschaltröhre 2 befindet sich eine um den Stößel 8 angeordnete Feder 12. Ein Kunststoffgehäuse 13 umgibt die Vakuumschaltröhre 2 einschließlich des Litzenkontaktstückes 11. Jedoch ragen Teile des Litzenkontaktstückes 11 und der Leiter 6 aus dem Kunststoffgehäuse 13 heraus.

Die Rolle 10 liegt auf der profilierte Nockenbahn 1 auf und fährt deren Kontur ab, d.h. rollt auf ihr. Durch das Bewegen der profilierte Nockenbahn 1 oder der Rolle 10 wird über die Kontur eine Bewegung des Stößels 8 und somit auch des beweglichen Kontaktstückes 7 erzeugt, wodurch das bewegliche Kontaktstück 7 und das feste Kontaktstück 5 geöffnet bzw. geschlossen werden. Die Feder 12 erzeugt dabei eine Kraft, die den Stößel 8 und die damit verbundene Rolle 10 gegen die profilierte Nockenbahn 1 drückt. Beim öffnen der

Kontaktestücke 5, 7 wird die Feder 12 zusammengedrückt. Bei Entlastung des Stößels 8, d.h. dass die Kontur der Nockenbahn 1 nicht dagegen drückt, erzeugt die Feder 12 eine Kraft die das Kontaktstück 7 gegen die Kontaktstücke 6 drückt und somit die

Vakuumschaltröhre 2 schließt.

Die Betätigung der Vakuumschaltröhre 2 kann auf zwei Arten umgesetzt werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, die Vakuumschaltröhren 2 fest anzuordnen und die profilierte Nockenbahn 1 zu bewegen, wie es bei den gängigen Stufenschaltern der Falls ist. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die profilierte Nockenbahn 1 zu fixieren und die

Vakuumschaltröhren zu bewegen, wie bei einem Lastwähler.

Die direkte Betätigung der Vakuumschaltröhren 2 macht Kipphebelanordnungen überflüssig, reduziert die Zahl der Einzelbauteile und spart Bauraum. Wartungs- und Montagezeiten werden deutlich reduziert und deren Kosten gesenkt. Durch die direkte Betätigung kann die Kraft unmittelbar auf den Stößel 8 und somit auf das Kontaktstücke 7 übertragen werden.

Bezugszeichenliste

1 Nockenbahn

2 Vakuumschaltröhre

3 Isoliergehäuse

4 Isolierkeramik

5 Feste Kontaktstücke

6 Leiter

7 Bewegliches Kontaktstück

8 Stößel

9 Faltenbalg

10 Rolle

11 Litzenkontaktstück

12 Feder

13 Gehäuse

Claims

Patentansprüche

Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen

Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators,

aufweisend Mittel zur Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des

Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll,

weiterhin Mittel zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung von der beschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, angewählte Wicklungsanzapfung, wobei mindestens ein Überschaltwiderstand vorgesehen ist,

wobei ein Kraftspeicher als Antriebsmittel für die Durchführung der Umschaltung vorgesehen ist und

wobei mindestens eine Vakuumschaltröhre für Umschaltung unter Last verwendet wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vakuumschaltröhre (2) mittels der Mittel zur unterbrechungslosen

Umschaltung durch eine Relativbewegung einer profilierten Nockenbahn (1) zu einem mit der profilierten Nockenbahn (1) in Wirkverbindung stehenden beweglichen Stößel (8) der Vakuumschaltröhre (2) direkt betätigbar ist.

Laststufenschalter nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass bei den Mitteln zur unterbrechungslosen Umschaltung eine Rolle (10) mit dem Stößel (8) mechanisch verbunden ist,

dass der Stößel (8) mit einem beweglichen Kontaktstück (7) verbunden ist und dass die Rolle (10) durch die Kontur der profilierte Nockenbahn (1) geführt wird derart,

dass durch eine Relativbewegung zwischen der Rolle (10) und der profilierte

Nockenbahn (1) eine direkte Betätigung der Vakuumschaltröhre (2) bewirkbar ist.

Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Litzenkontaktstück (1 1) leitend mit dem Stößel (8) verbunden ist.

4. Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Feder (12) zwischen einem Isoliergehäuse (3) und dem Litzenkontaktstück (1 1 ) angeordnet ist, um das Kontaktstück (7) über den Stößel (8) zu schließen.