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Lastumschalter mit Kniehebelpolygon für Stufentransformatoren Seit
vielen Jahren sind Lastumschalter mit einem Sprungmechanismus bekannt, der im wesentlichen
aus einem Kniehebelpolygon mit Kraftspeicherfeder besteht. Die Feder wird vom Schalterantrieb
über einen hin- und herbeweglichen Schaltschlitten gespannt. Zum Zweck der Auslösung
der Schaltung ist die Anordnung gewöhnlich so getroffen, daß sich der Schaltschlitten
kurz vor seiner Endstellung gegen das eine um einen festen Drehpunkt gelagerte Teil
des Kniehebelpolygons, einen sogenannten Kniehebel, legt und diesen aus seiner zwangläufigen
Arretierung drückt. Dabei legt sich dann das Kniehebelpolygon schlagartig in die
andere Schaltstellung um.
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Die gebräuchlichste Schaltung umfaßt zwei überschaltwiderstände, die
eine unterbrechungsfreie Überschaltung ermöglichen. Dabei sind vier Kontakte notwendig,
zwei Hauptkontakte, die mit den Anzapfungen direkt verbunden sind, und zwei Widerstandskontakte.
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Den feststehenden Kontaktstücken sind bewegliche Kontaktstücke zugeordnet,
die untereinander in Verbindung stehen und die Stromableitung bzw., im Fall eines
dreiphasigen Schalters, den Sternpunkt darstellen. Je ein bewegliches Haupt- und
Widerstandskontaktstück sind gewöhnlich an den beiden Kniehebeln befestigt. Die
Befestigung muß nicht starr sein, vielmehr können die Kontakte selbst wiederum an
kleinen Hebeln sitzen, welche vom Kniehebel getragen werden und diesem gegenüber
abgefedert sind.
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Nachteilig bei diesen bekannten Lastumschaltern ist der Umstand, daß
während des Umschaltvorganges die Geschwindigkeit des Kniehebelpolygons ständig
steigt. Infolgedessen ist die Schaltgeschwindigkeit des zuerst öffnenden Kontaktes
grundsätzlich kleiner als diejenige der folgenden Kontakte. Es stellt sich daher
die Aufgabe, einen Lastumschalter zu finden, der es erlaubt, den zeitlichen Verlauf
der Schaltgeschwindigkeit der Kontaktstücke, zumindest aber der Widerstandskontaktstücke,
willkürlich festzulegen.
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Zur Lösung der oben geschilderten 'Probleme sind bereits Lastumschalter
bekannt, bei denen der Schaltvorgang durch das Abrollen von mit den Kontakthebeln
unmittelbar verbundenen Rollen auf einer Nockenscheibe zeitlich gesteuert wird.
Durch Veränderung der Form der Nockenscheibe kann die Schaltgeschwindigkeit in gewissen
Grenzen beeinfiußt werden. Jedoch sind bei dieser Ausführung Haupt-und Widerstandskontakt
starr miteinander verbunden, so daß sich das Verhältnis deren Geschwindigkeiten
zueinander nicht verändern läßt.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung wird ein bestimmtes Verhältnis
der Geschwindigkeiten von Haupt und Widerstandskontakten durch eine entsprechende
Wahl der Massenverteilung der beweglichen Lastumschalterkontakte und eine entsprechende
Bemessung der Kontaktfedern erreicht. Dieses Verfahren findet jedoch dort seine
Grenze, wo die mechanische Beanspruchung der einzelnen Lastumschalterteile zu groß
wird, wenn die Teile lediglich im Hinblick auf eine ein günstiges Geschwindigkeitsverhältnis
ergebende Massenverteilung konstruiert werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Lastumschalter mit Kniehebelpolygon
zur unterbrechungsfreien Umschaltung der Anzapfungen von Stufentransformatoren über
Widerstände mit Hilfe wechselweise betätigter Kontaktstücke, bei dem der zeitliche
Ablauf des Schaltvorganges durch das Abrollen von Rollen entlang der als Schubkurven
ausgebildeten äußeren Konturen des Kontaktträgers zwangläufig gesteuert ist, dadurch
gelöst, daß das System der Widerstandskontakte getrennt von dem System der Hauptkontakte
beweglich ist und daß zwischen beiden Kontaktsystemen eine Hebelübersetzung eingeschaltet
ist. Schubkurven im Sinn der Erfindung sind sowohl kurvenförmig ausgebildete Hebel
als auch geradlinig bewegte Schieber mit gewölbten oder zur Bewegungsrichtung geneigten
ebenen Flächen, die mittels einer geradlinig oder kreisförmig bewegten Rolle in
Bewegung versetzt werden. Dabei wälzt sich die Rolle auf der Schubkurve ab.
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Der Konstrukteur wird mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag in die Lage
versetzt, bei Bedarf systematische Versuche mit verschiedenem zeitlichem Verlauf
der Schaltgeschwindigkeiten anzustellen. Er kann sich dabei ganz von seinen Vorstellungen
bezüglich eines
idealen Geschwindigkeitsverlaufes leiten lassen
und braucht beispielsweise nur den Radius der antreibenden rollenbestückten Hebel
zu verändern oder die Neigung oder Wölbung der Schubkurven anders zu wählen, um
zu einer Fülle von neuartigen Möglichkeiten des Geschwindigkeitsverlaufes zu kommen.
Die Erfindung braucht jedoch nicht nur bei Versuchsschaltern angewendet zu werden.
Wie die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen, ergeben sich durchaus einfache Schalterformen,
die klein in den Abmessungen und sicher im Betrieb sind und somit alle Voraussetzungen
für einen serienmäßigen Einsatz haben.
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Im folgenden sollen die einzelnen Ausführungsbeispiele näher beschrieben
werden.
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F i g. 1, 2, 3 und 7 zeigen in schematischer Darstellung vier unterschiedliche
Schalterbauarten nach der Erfindung; F i g. 8 bezieht sich auf F i g. 7 und zeigt
eine andere Anordnung der Widerstandskontakte, während das Kniehebelpolygon nach
F i g. 7 weggelassen ist; F i g. 4 zeigt den Schaltvorgang in mehreren einzelnen
Stellungen; F i g. 5 und 6 bringen die zugehörigen graphischen Schaubilder der einzelnen
Schaltwege.
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Bei dem Schalter nach F i g. 1 ist der Kontaktträger 16 von den Rollen
11, 17 in. Aussparungen, z. B. 21, des Schaltergestells geradlinig geführt. Links
und rechts sind die Hauptkontaktstücke 22, 25 federnd am Kontaktträger gehaltert,
während oben das flache Widerstandskontaktstück 5 sitzt, dessen beide Seiten mit
Kontaktbelägen versehen sind. Den beweglichen Hauptkontaktstücken sind zwei feststehende
Gegenkontaktstücke 20, 26 zugeordnet. Mit dem beweglichen Widerstandskontaktstück
arbeiten die abgefederten Gegenkontaktstücke 4, 6 zusammen. Diese letzteren sind
in Form von Stößeln ausgebildet, welche in festen Halterungen 3, 7 zu verschieben
sind. Die Federn 1, 9 drücken beide Stößel gegeneinander, wobei jedoch der Hub durch
Anschläge 2, 8 begrenzt ist.
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Das Kniehebelpolygon nach F i g. 1 besteht aus den beiden Kniehebeln
28 und 31 sowie aus dem Gelenkstück 14. Die feststehenden Drehpunkte sind mit 32
und 34 bezeichnet, die Gelenkpunkte mit 12 und 15. Zwischen dem Punkt 13 des Gelenkstückes
und dem Schaltschlitten 33 ist die Zugfeder 30 als Kraftspeicher eingespannt. Bei
langsamer Bewegung des Schaltschlittens nach links wird zunächst die Feder gespannt.
Wenn der Schaltschlitten sich so weit nach links verschoben hat, daß die an ihm
angebrachte Rolle den Kniehebel 28 berührt, wird dieser nach links abgedrückt, wobei
der Gelenkpunkt 12 die Zuglinie des Kraftspeichers überquert. Von diesem Augenblick
an legt sich das Kniehebelpolygon unter der Wirkung des Kraftspeichers um.
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Am mittleren Teil des Kniehebels 28 ist nun erfindungsgemäß parallel
zu dessen Drehachse die Rolle 29 und am Kniehebel 31 die Rolle 24 drehbar gelagert.
Diese Rollen berühren eine am Kontaktträger 16 angebrachte Schubkurve in Gestalt
eines mit der Spitze nach unten gerichteten Keiles 23.
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Die Linksbewegung des Kontaktträgers kommt dadurch zustande, daß sich
die Rolle 24 auf der rechten Flankenfläche des Keiles 23 von oben nach unten abwälzt.
Beim Umlegen des Kniehebelpolygons von links nach rechts streift umgekehrt die inzwischen
nach links oben gewanderte Rolle 29 der linken Flankenfläche des Keiles entlang
und nimmt den Kontaktträger nach rechts mit. Auf den erzielten Geschwindigkeitsverlauf
des Kontaktträgers wird anläßlich der Beschreibung von F i g. 4 noch näher eingegangen.
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Die vom Wähler kommenden Schalteranschlüsse 19, 27 führen direkt zu
den feststehenden Hauptkontaktstücken 20, 26, während die stößelförmigen Widerstandskontaktstücke
4, 6 über die Widerstände 10, 18 mit den Hauptkontaktstücken verbunden sind. Alle
beweglichen Kontaktstücke sind durch den Kontaktträger, wie einleitend schon bemerkt,
auch elektrisch miteinander verbunden und bilden meist den Sternpunkt. Die Reihenfolge
der einzelnen Schaltun-; gen beim Umlegen nach links ergibt sich nach dem an sich
bekannten Prinzip der Lastumschaltung über zwei Widerstände folgendermaßen: Zunächst
öffnet der rechte Hauptkontakt. In der Mittelstellung sind dann beide Widerstandskontakte
geschlossen. Sodann öffnet der rechte Widerstandskontakt 5 und 6, weil der Anschlag
8 des Stößels aufläuft. Zuletzt schließt der linke Hauptkontakt, so daß dann der
Widerstand 10 kurzgeschlossen ist.
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F i g. 2 zeigt eine Abwandlung des Schalters nach F i g. 1 insofern,
als zwei einzeln bewegliche, geradlinig geführte und mit einer Druckfeder 36 gegeneinander
abgefederte Widerstandskontaktstücke 35, 37 vorhanden sind, die mit feststehenden
Gegenkontaktstücken zusammenarbeiten. Durch die gegenseitige Abfederung genügt nur
eine Druckfeder im Gegensatz zu F i g. 1. Die geradlinige Führung der Widerstandskontaktstücke
erfolgt durch je zwei feststehende Rollen, z. B. 38, die in entsprechende Führungsschlitze
der Kontaktstücke eingepaßt sind. Der Kontaktträger trägt nur die Hauptkontaktstücke
und bewegt mittels zweier Nasen 39, 40 die Widerstandskontaktstücke an entsprechenden
Ansätzen mit.
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Beim Schalter nach F i g. 3 ist der Erfindungsgegenstand wiederum
weitergebildet. Hier sind ebenfalls die geradlinig bewegten Widerstandskontaktstücke
mit den Bezeichnungen 41, 42 vorhanden, jedoch mit getrennter Abfederung gegenüber
dem feststehenden Schaltergehäuse. Die Geradführung entspricht derjenigen von F
i g. 2. Die Bewegung erfolgt vom schon beschriebenen Kontaktträger aus über zweiarmige
Umlenkhebel. Diese stehen etwa senkrecht. Die oberen Hebelarme 43, 44 sind kraftschlüssig
mit den Widerstandskontaktstücken 41, 42 verbunden, während die unteren Hebelarme
45, 47 so weit herabreichen, daß eine auf dem Kontaktträger angeordnete Rolle 46
sie erreichen und mitbewegen kann.
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Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß mittels
einer geeigneten Krümmung der unteren Hebelarme 45, 47 eine weitere, vom Geschwindigkeitsverlauf
des Kontaktträgers unabhängige Geschwindigkeitssteuerung der Widerstandskontaktstücke
erfolgen kann. Die elektrischen Anschlüsse der feststehenden Widerstandskontaktstücke
sind gegenüber den vorher beschriebenen Bauformen vertauscht, da ja auch die Bewegungsrichtung
der Widerstandskontaktstücke entgegengesetzt derjenigen des Kontaktträgers ist.
Die fast gleichzeitig entstehenden Öffnungsfunken an den zusammengehörigen Haupt-und
Widerstandskontakten können sich, was ein weiterer Vorteil ist, nicht mehr gegenseitig
beeinflussen, denn sie liegen nicht mehr übereinander, sonderndiagonal versetzt.
Ferner wird beim Schließen eines
Hauptkontaktes die Erschütterung
auf den zugehörigen, schon geschlossenen Widerstandskontakt nicht mehr übertragen,
da sich die Rolle von dem entsprechenden Umlenkhebel schon abgelöst hat. Auf die
F i g. 3 bezogen, wird also die Erschütterung am Hauptkontaktstück 25 das Widerstandskontaktstück
41 unberührt lassen und damit dessen Verschmoren verhindern.
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In F i g. 4 ist ein überschaltvorgang in einzelnen, zeitlich verschobenen
Phasen dargestellt. Der untere Teil dieses Schemas bezieht sich auf die Kontaktträger
entsprechend F i g. 1 bis 3, während der obere Teil allein die gesteuerten Widerstandskontaktstücke
nach F i g. 3 betrifft. Die im unteren Teil in den Winkelstellungen a = 1 bis 9
gezeigte Rolle entspricht Rolle 24. Der Radius R ihrer Bahn entspricht dem Abstand
zwischen ihr und dem Drehpunkt 34. Die Rolle berührt in Stellung 1 die dick ausgezogene
Schubkurve, deren durch geradlinige Verschiebung um den Abstand a entstehende Zwischenstellungen
mit 1' bis 9' bezeichnet sind. Ebenso werden im Schema auch die am Kontaktträger
befestigten Kontaktstücke und die der Rolle 46 (F i g. 3) entsprechende Rolle starr
mitbewegt.
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Die Zwischenstellungen des rechten Umlenkhebels sowie des schließenden
Widerstandskontaktstückes sind ferner mit 1" bis 4" bezeichnet und diejenigen des
linken Umlenkhebels sowie des öffnenden Widerstandskontaktstückes mit 5" bis 9".
In den Schaubildern der F i g. 5 und 6 ist jeweils über den Winkel der entstehende
Hub a des Hauptkontaktträgers sowie der Hub b des rechten, schließenden und der
Hub c des linken öffnenden Widerstandskontaktstückes aufgezeichnet.
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Andere als die dargestellten Geschwindigkeitsverteilungen sind dadurch
zu erzielen, daß z. B. die Lagerung der Schubrolle am Kniehebel in einem kleineren
oder größeren Radius R angebracht oder daß die Neigung der Keilflanken verändert
wird. Auch die Neigung der Abknickung am unteren Ende der Umschalthebel kann verändert
werden, oder man wählt überhaupt eine andere geschwungene Form.
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F i g. 7 zeigt eine vom vorhergehenden hauptsächlich insofern abweichende
Schalterbauform, als nur eine erfindungsgemäße Beeinflussung der Schaltgeschwindigkeit
der Widerstandskontaktstücke vorgesehen ist. Die Hauptkontaktstücke sind hier, wie
bekannt, als Hebel ausgebildet, wobei der Drehpunkt einmal am Kniehebel und beim
Gegenkontaktstück am feststehenden Schaltergestell sitzt. Ebenso erfolgt die Abfederung
der Hebel entsprechend gegenüber dem festen Schaltergestell bzw. gegenüber dem jeweiligen
Kniehebel. Erfindungsgemäß sind nun mit den ebenfalls als Hebel ausgebildeten Widerstandskontaktstücken
53, 54 über Federn 50, 56 gekuppelte Hebel 51, 55 vorgesehen. Diese Hebel sind einarmig
um einen festen Drehpunkt drehbar. Sie haben eine geschwungene, als Schubkurve dienende
Form und liegen im wesentlichen waagerecht von oben auf den Rollen 52, 58 auf. Diese
Rollen sind auf einem Fortsatz der entsprechenden Kniehebel parallel zu deren Drehachse
gelagert. Durch seitlich angesetzte Zugfedern 48, 59 wird ein kraftschlüssiges Aufliegen
der Hebel auf den Rollen erreicht. Die elektrischen Anschlüsse entsprechen denjenigen
von F i g. 3, d. h., die Lichtbögen sind wieder diagonal versetzt und können sich
nicht gegenseitig stören. Die Gasblasen können frei nach oben abziehen, was im übrigen
auch bei den waagerecht verschobenen Abhebekontakten der vorher beschriebenen Typen
gilt.
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Beim Umlegen des Kniehebelpolygons nach links wandert die Rolle 52
zunächst entlang der Schubkurve 51, ohne daß sich am Widerstandskontaktstück 53
etwas ändert. Gleichzeitig wandert die Rolle 58 nach links und beginnt bald die
Schubkurve 55 leicht anzuheben. Sie erreicht die Nase 57, wenn der rechte Hauptkontakt
schon geöffnet ist. Wenn sie über diese Nase läuft, schließt der entsprechende Widerstandskontakt
(Mittelstellung). Im weiteren Verlauf der Bewegung läuft die Rolle 52 über die Nase
49 ab, womit sich der linke Widerstandskontakt öffnet. Endlich schließt dann auch
der linke Hauptkontakt, und die Umschaltung ist beendet. Durch geschickte Formung
der Hebel 51, 55 gelingt es, jeden gewünschten zeitlichen Verlauf der Schaltgeschwindigkeiten
bei den Widerstandskontakten zu erreichen. Im Beispiel wurde Wert darauf gelegt,
daß das Widerstandskontaktstück zunächst schnell in unmittelbare Nähe des Gegenkontaktstückes
kommt, sich relativ langsam auflegt und somit ein Prellen der Kontakte erschwert.
Besonders hervorzuheben ist auch die niedere Bauweise des in F i g. 7 dargestellten
Schalters gegenüber den übrigen Ausführungsbeispielen.
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In der F i g. 8 ist der obere Teil mit den Schubkurven entsprechend
F i g. 7 unter Beibehaltung der wichtigsten Bezeichnungen nochmals dargestellt.
Die beweglichen Widerstandskontaktstücke 63, 64 sind mittels feststehender Bolzen
und Längsschlitzen geradlinig geführt. Die Bewegungsübertragung von den Schubkurven
auf die Kontaktstücke erfolgt über zwei mit den Schubkurven starr verbundene Arme
60, 61, deren kugelige oder als Rollen ausgebildete Enden in Querschlitze 62, 65
der Kontaktträger eingreifen.