DE19743864C1 - Stufenschalter - Google Patents
StufenschalterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur
unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltzellen.
Ein Stufenschalter wird in Verbindung mit einem Leistungstransformator zur
unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen
dieses Transformators benutzt und dient damit zur unterbrechungslosen
Spannungsregelung.
Für Stufenschalter existieren weltweit zwei unterschiedliche grundsätzliche
Schaltprinzipien:
- 1. Der langsam umschaltende Reaktorschalter, der bis heute in den USA und in Teilen der früheren Sowjetunion dominierend ist. Dabei sind Umschaltimpedanzen vorgesehen, die während der langsamen Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung zur nächsten einen Stufenkurzschluß vermeiden und für die Dauerbelastung bemessen sind.
- 2. Der schnell umschaltende Widerstandsschalter, nach seinem Erfinder auch oft als "Jansen-Schalter" bezeichnet, der sich im Rest der Welt durchgesetzt hat. Hierbei erfolgt die Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf die nächste schnell, d. h. sprungartig, und es sind Überschaltwiderstände vorgesehen, die einen Stufenkurzschluß, der bei diesem Prinzip der Umschaltung nur für eine sehr kurze Zeitspanne auftreten kann, verhindern.
Die Erfindung betrifft Stufenschalter nach dem zuerst genannten Reaktorschaltprinzip.
Ein solcher Stufenschalter ist aus der Firmenschrift "Load Tap Changer Type RMV II"
der Firma Reinhausen Manufacturing, Humboldt, Tenessee, USA, Impressum RM 05/91
- 1094/5000, bereits bekannt.
Bei diesem bekannten Stufenschalter dienen Vakuumschaltzellen zur eigentlichen
Lastumschaltung, die gegenüber mechanischen Lastumschaltkontakten zahlreiche
Vorteile, insbesondere auch eine hohe Lebensdauer, aufweisen. Beim Einsatz solcher
Vakuumschaltzellen entfällt eine Verschmutzung des umgebenden Öles vollständig, die
bei mechanischen Lastumschaltkontakten durch die Lichtbogenbildung und den
Kontaktabbrand auftreten würde.
In der Fig. 7 ist die typische Sequenz eines solchen bekannten gattungsgemäßen
Stufenschalters bei der Umschaltung von einer Stufe A auf eine benachbarte Stufe B für
eine Phase dargestellt.
N und n + 1 sind dabei benachbarte Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators.
P1 und P2 sind die bei der Umschaltung zu betätigenden beweglichen Wählerkontakte,
R1 und R2 sind die bereits erläuterten Umschaltimpedanzen. Zwischen die beiden
Zweige ist eine Vakuumschaltzelle V geschaltet, und die entsprechende Verbindung zur
Lastableitung L wird durch einen By-pass-Kontakt B hergestellt.
Bei einer stationären Schaltposition liegen die beiden beweglichen Wählerkontakte beide
an der gleichen Anzapfung, d. h. am gleichen festen Wählerkontakt, an. Bei der nächsten
stationären Schaltposition nach vollzogener Lastumschaltung liegt ein beweglicher
Wählerkontakt an einem ersten festen Wählerkontakt und der andere bewegliche
Wählerkontakt am benachbarten weiteren festen Wählerkontakt an. Diese Sequenz
wiederholt sich bei jeder weiteren Lastumschaltung.
Der bekannte Stufenschalter ist dreiphasig ausgeführt und besteht aus einem ölgefüllten
Gehäuse, das Wählerkontakte, Vorwählerkontakte, die Vakuumschaltzellen und By-
pass-Kontakte aufweist. Unter dem Begriff Vorwählerkontakte sollen dabei sowohl die
Kontakte für einen möglichen Grobwähler als auch für einen möglichen Wender
verstanden werden. Diese beiden Schaltungsvarianten sind aus dem Stand der Technik
hinlänglich bekannt.
In einem seitlich davon separat angeordneten Gehäuseteil befindet sich der
Antriebsmechanismus zur Betätigung der einzelnen Kontakte und der
Vakuumschaltzellen.
Im Gehäuse ist eine Terminalplatine vorgesehen, auf der, räumlich getrennt für jede der
drei zu schaltenden Phasen, die Wähler- und Wenderkontakte angeordnet sind.
Auf weiteren Platinen sind jeweils für jeder Phase die entsprechende Vakuumschaltzelle
und die zugehörigen By-pass-Kontakte in folgender Weise angeordnet:
Auf einer Seite der weiteren Platine, die der Terminalplatine zugewandt ist, befinden sich
die festen und der bewegliche By-pass-Kontakt, auf der anderen Seite der Platine
befindet sich die Vakuumschaltzelle mit jeweils einem Kraftspeicher zu ihrer Betätigung.
Ein entsprechender Kraftspeicher ist aus der DE 41 26 824 C1 bekannt.
Alle Schaltelemente aller Phasen werden von einer einzigen Isolierwelle betätigt, die vom
im seitlichen Gehäuseteil befindlichen Antriebsmechanismus her das gesamte Gehäuse
durchläuft. Dazu sind drei Malteserantriebe vorgesehen, für jede Phase einer, die
ebenfalls auf der Terminalplatine vorgesehen sind. Diese Malteserantriebe erzeugen aus
der Drehbewegung der Antriebswelle jeweils sowohl die Bewegungen zur Betätigung
der Wähler- und Wenderkontakte als auch die Bewegungen zur Betätigung der By-pass-
Kontakte und das Spannen der Kraftspeicher zur Betätigung der korrespondierenden
Vakuumschaltzellen in der vorbestimmten Schaltsequenz, wie in Fig. 1 dargestellt.
Zusammenfassend ergibt sich, daß beim bekannten, vorstehend erläuterten,
Stufenschalter eine einzige Isolierwelle drei getrennte Malteserantriebe betätigt.
Jeder Malteserantrieb wiederum betätigt die auf der Terminalplatine angeordneten
Elemente der jeweiligen Phase, nämlich die Wählerkontakte und, mittels eines separaten
Bolzens auf dem Malteser, die Wenderkontakte.
Ebenfalls getrennt für jede Phase werden mittels einer doppelseitigen Nut in einer
drehbaren Scheibe die auf der zugeordneten weiteren Platine angeordneten Elemente der
jeweiligen Phase, nämlich der By-pass-Kontakt und der Kraftspeicher der
entsprechenden Vakuumschaltzelle, betätigt.
Eine derartige mit doppelseitiger Steuerkontur versehene Scheibe ist aus der DE 40 11 019 C1
bekannt.
Ein solcher Aufbau ist relativ kompliziert und mechanisch anspruchsvoll.
Gerade auch Malteserantriebe sind komplizierte Gebilde, an die hohe
Genauigkeitsanforderungen gestellt werden und die daher aufwendig in der Fertigung
sind.
Das gleiche gilt für die Scheibe mit beidseitiger Kontur zur gleichzeitigen Betätigung von
By-pass-Kontakt als auch Vakuumschaltzelle. Die beiden Konturen sind nicht identisch
in ihrem Verlauf und ebenfalls nur mit hohem Aufwand herstellbar.
Schließlich ist auch der bekannte Kraftspeicher kompliziert; auch für ihn gilt das Gesagte.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Stufenschalter zu vereinfachen und
die Zahl der notwendigen Einzelteile, insbesondere auch die Zahl der notwendigen
Malteserantriebe, zu verringern.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die Betätigung der By-pass-Kontakte einerseits
und der Vakuumschaltzellen andererseits zu vereinfachen und, damit in Zusammenhang
stehend, einen einfachen und dennoch sicher funktionierenden Kraftspeicher anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten
Patentanspruches gelöst.
Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders vorteilhaft am erfindungsgemäßen Stufenschalter ist, daß nur ein einziges
Getriebe, insbesondere auch nur ein einziger Malteserantrieb, erforderlich ist.
Alle erforderlichen Bewegungen zur Betätigung der Wählerkontakte,
Vorwählerkontakte, By-pass-Kontakte sowie der Vakuumschaltzellen aller zu
schaltenden Phasen werden in nur einem einzigen Getriebe erzeugt und über separate
Isolierwellen zu den entsprechenden Elementen übertragen, so daß dort mechanische
Mittel weitestgehend entfallen können, was den gesamten Aufbau ganz wesentlich
vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß alle Schaltelemente einer Phase jeweils nur auf
einer einzigen Platine, nämlich der jeweiligen, doppelseitig bestückten Phasenplatte,
angeordnet sind, was den Aufbau weiter vereinfacht. Dies besonders, weil alle
Phasenplatten identisch aufgebaut und bestückt sind.
Ein weiterer Vorteil besteht im besonders einfach ausgestalteten Kraftspeicher für die
Betätigung der jeweiligen Vakuumschaltzelle, der dennoch die gewünschte
Schaltcharakteristik für solche Zellen ideal erfüllt: Die Vakuumschaltzelle wird mittels
Kraftspeicher schnell geöffnet und kurvengesteuert geschlossen.
Schließlich liegt ein weiterer Vorteil in der einfachen mechanischen
Endstellungsbegrenzung, die nur einmal im einzigen Getriebe vorgesehen ist und die ein
Weiterschalten der Wählerkontakte über den zulässigen Schaltbereich hinaus verhindert.
Damit entfallen entsprechende notwendige Endstellungsbegrenzungen direkt auf den
jeweiligen Phasenplatten.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft noch näher
erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter in schematischer Darstellung von vorn
Fig. 2 die Getriebeplatte dieses Stufenschalters allein in seitlicher Darstellung
Fig. 3 eine Phasenplatte dieses Stufenschalters allein in seitlicher Darstellung von rechts
betrachtet
Fig. 4 ebendiese Phasenplatte von links betrachtet
Fig. 5 ein Detail aus Fig. 4, nämlich die Vakuumschaltzelle mit der dazugehörigen
Betätigungsvorrichtung allein
Fig. 6 ein Detail aus Fig. 2, nämlich die Endstellungsbegrenzung allein seitlich
dargestellt
Fig. 7 die bereits erläuterte bekannte Schaltsequenz
Der erfindungsgemäße Stufenschalter ist umschlossen von einem öldichten Gehäuse 1,
dessen vordere, demontierbare Frontseite 4 hier geöffnet ist.
An der Rückseite des Gehäuses 1 befinden sich Durchführungsplatten 3 zum öldichten
Herausführen der nicht dargestellten Anschlußleitungen.
An der linken Wandung befindet sich eine Getriebeplatte 2, die den einzigen, noch näher
zu erläuternden Malteserantrieb zur Betätigung der Wähler- und Vorwählerkontakte
sowie einen Antriebsmechanismus, der ebenfalls noch näher erläutert wird, zur
Betätigung der By-pass-Kontakte und der Vakuumschaltzellen aufweist.
Parallel zu dieser Getriebeplatte 2 sind drei Phasenplatten 5 - eine für jede zu schaltende
Phase - vorgesehen.
Auf der rechten Seite jeder Phasenplatte 5 befinden sich die kreisförmig angeordneten
festen Wählerkontakte 6, die von einem drehbaren, zentrisch angeordneten beweglichen
Kontaktträger 7, auf dem sich zwei bewegliche Wählerkontakte 7.1, 7.2 befinden,
beschaltbar sind.
Beide bewegliche Wählerkontakte 7.1, 7.2 sind isoliert voneinander auf dem
Kontaktträger 7 angeordnet und werden gemeinsam durch dessen Drehung bewegt.
Weiterhin befinden sich auf dieser Seite die festen Vorwählerkontakte 8, die von einem
beweglichen Kontaktträger 9 beschaltbar sind, auf dem sich ein beweglicher
Vorwählerkontakt 9.1 befindet. Weiterhin befinden sich auf dieser Seite die festen By-
pass-Kontakte 10, die von einem weiteren Kontaktträger 11 beschaltbar sind, auf dem
sich zwei By-pass-Kontakte 11.1, 11.2 befinden.
Beide bewegliche By-pass-Kontakte 11.1, 11.2 sind elektrisch miteinander verbunden.
Auf der linken Seite der Phasenplatte 5 befindet sich die Vakuumschaltzelle 12 mit dem
entsprechenden Betätigungsmechanismus, auf den weiter unten noch näher eingegangen
wird.
Alle drei Phasenplatten sind jeweils identisch aufgebaut.
Von der Getriebeplatte 2 aus führen drei waagerechte Isolierwellen 13, 14, 15 durch das
gesamte Gehäuse 1. Sie durchdringen alle drei Phasenplatten 5, in denen jeweils für
diesen Zweck Bohrungen 16, 17, 18 vorgesehen sind. Die erste Isolierwelle 13 ist jeweils
durch die Bohrung 16 der Phasenplatte 5 geführt und steht jeweils mit dem
Kontaktträger 7 und damit den beweglichen Wählerkontakten 7.1, 7.2 jeder Phase in
Verbindung.
Die zweite, in Fig. 1 teilweise verdeckte, Isolierwelle 14 ist jeweils durch die Bohrung 17
der Phasenplatte 5 geführt und steht mit dem Kontaktträger 9 und damit dem
beweglichen Vorwählerkontakt 9.1 jeder Phase in Verbindung.
Die dritte Isolierwelle 15 ist jeweils durch die Bohrung 18 jeder Phasenplatte 5 geführt
und steht mit dem Kontaktträger 11 und damit den beweglichen By-pass-Kontakten
11.1, 11.2 sowie der entsprechenden Vakuumschaltzelle 12 jeder Phase in Verbindung.
Die erste Isolierwelle 13 betätigt also die beweglichen Wählerkontakte 7.1, 7.2 jeder
Phase, die die zugehörigen festen Wählerkontakte 6 beschalten.
Die zweite Isolierwelle 14 betätigt den beweglichen Vorwählerkontakt 9.1 jeder Phase,
der die zugehörigen festen Vorwählerkontakte 8 beschaltet.
Die dritte Isolierwelle 15 schließlich betätigt die beweglichen By-pass-Kontakte 11.1,
11.2 jeder Phase, die die festen By-Pass-Kontakte 10 beschalten, sowie die jeweilige
Vakuumschaltzelle 12 jeder Phase.
Die Isolierwellen 13, 14, 15 ihrerseits werden vom in Fig. 1 links angeordneten einzigen
Malteserantrieb sowie den anderen Bauteilen, die auf der Getriebeplatte 2 angeordnet
sind, gemeinsam betätigt.
Dies soll nachfolgend näher erläutert werden.
In der Getriebeplatte sind alle drei Isolierwellen 13, 14, 15 unabhängig voneinander und
räumlich getrennt drehbar gelagert.
Von einem nicht näher dargestellten Antrieb führt eine Antriebswelle 19 von unten in das
Gehäuse 1. Am freien Ende der Antriebswelle 19 befindet sich ein erstes Getrieberad 20,
das mit einem senkrecht dazu stehenden zweiten Getrieberad 21 korrespondiert. Dieses
zweite Getrieberad 21 ist in einem Lager 22 in der Getriebeplatte 2 gelagert und mit
einem Maltesertreiber 23, der an seinem Ende eine Rolle 24 aufweist, fest verbunden.
Gleichzeitig korrespondiert es mit einem dritten Getrieberad 25, das seinerseits ebenfalls
in einem weiteren Lager 51 in der Getriebeplatte 2 gelagert ist.
An diesem dritten Getrieberad 25 ist eine Schwinge 26 befestigt, die zu einem drehbar
angelenkten Hebel 27 führt, dessen anderes freies Ende wiederum drehbar an eine
weitere Schwinge 28 angelenkt ist, die auf der Isolierwelle 15 befestigt ist. Damit ist ein
an sich bekanntes Schubkurbelgetriebe realisiert.
Auf der Isolierwelle 13 ist ein Malteserrad 29 befestigt, derart, daß die Aussparungen des
Malteserrades 29 mit der Rolle 24 des Maltesertreibers 23 zusammenwirken.
Auf dem Malteserrad 29 ist ferner eine einzige Betätigungsrolle 30 vorgesehen, die bei
einer bestimmten Stellung des Malteserrades 29 in einen verschwenkbaren Hebel 31
eingreift, der mit der Isolierwelle 14 verbunden ist.
Die Wirkungsweise dieses Antriebs ist die folgende:
Bei Betätigung des Stufenschalters dreht sich die Antriebswelle 19, diese Drehung wird
über das erste Getrieberad 20 auf das zweite Getrieberad 21 übertragen. Dadurch dreht
sich der Maltesertreiber 23, dessen Rolle 24 greift in das Malteserrad 29 ein, dreht es um
einen bestimmten Winkel, der von der Dimensionierung dieses Malteserrades 29 sowie
der darauf befindlichen Einschnitte abhängt und dreht damit auch die damit in
Verbindung stehende Isolierwelle 13 um einen Schaltschritt. Die erwähnte
Dimensionierung ist dabei so ausgelegt, daß bei einer vollständigen Drehung des
Malteserrades 29 alle festen Wählerkontakte 6 überstrichen werden. Damit werden bei
jeder Schaltung die beweglichen Wählerkontakte 7.1, 7.2 jeder Phase von einem festen
Wählerkontakt zum jeweils anderen, benachbarten Wählerkontakt - je nach Drehrichtung
-weitergeschaltet.
Gleichzeitig wird die Drehbewegung auf das dritte Getrieberad 25 und damit auf die
Schwinge 26 übertragen. Die Getrieberäder sind dabei derart dimensioniert, daß sich bei
jeder Umschaltung das dritte Getrieberad 25 um 180 Grad dreht. Die Schwinge 26 dreht
sich, über den Hebel 27 wird die weitere Schwinge 28 und damit die Isolierwelle 15 um
einen bestimmten Winkel und anschließend wieder zurück in die Ausgangslage gedreht.
Dadurch werden die beweglichen By-pass-Kontakte 11.1, 11.2 jeder Phase von der
Endstellung kurzzeitig ausgelenkt und geöffnet und anschließend wieder in die
Endstellung zurückbewegt.
Während sich die Isolierwelle 13 also bei jeder Schaltung in der selben Richtung um
einen bestimmten Winkel weiterdreht und damit vollständige Umdrehungen ausführen
kann, dreht sich die Isolierwelle 15 immer abwechselnd nach links oder rechts um einen
Winkel und wieder zurück und überträgt diese Bewegung auf die sich oszillierend jeweils
aus der Mittelstellung heraus in eine Endstellung und wieder zurück umschwenkenden
beweglichen By-pass-Kontakte 11.1, 11.2.
Durch die auf dem Malteserrad 29 angeordnete Rolle 30, die bei einer bestimmten
Stellung in einen Ausschnitt des Hebels 31 eingreift, wird dieser dann um einen
bestimmten Winkel verschwenkt und mit ihm die Isolierwelle 14, die den beweglichen
Vorwählerkontakt 9.1 jeder Phase betätigt. Die Betätigung der Vorwähler findet also
jeweils nur nach einer vollständigen Drehung des Malteserrades 29 und damit nach dem
Durchlaufen aller festen Wählerkontakte 6 statt. Mit anderen Worten: Das Malteserrad
29 kann sich einmal vollständig drehen, dabei alle festen Wählerkontakte 6 ohne
zugeschalteten Vorwähler durchlaufen, dann wird dieser betätigt und es können
nochmals alle festen Wählerkontakte 6 in der gleichen Drehrichtung mit zugeschaltetem
Vorwähler durchlaufen werden. Analog ergibt sich die Zurückschaltung des Vorwählers
nach einer vollständigen Drehung in anderer Drehrichtung.
In Fig. 3 ist noch einmal die Anordnung der erläuterten unterschiedlichen festen und
beweglichen Kontakte auf der jeweiligen Phasenplatte 5 und ihre Betätigung durch die
Isolierwellen 13, 14, 15 dargestellt.
Die beweglichen, voneinander isolierten Wählerkontakte 7.1, 7.2 sind derart
dimensioniert, daß sie sowohl zwei benachbarte feste Wählerkontakte 6 kontaktieren
können, als auch vollständig nur auf einem solchen Kontakt aufliegen können, so wie das
zur Realisierung der in Fig. 7 dargestellten Umschaltsequenz erforderlich ist.
Der bewegliche Vorwählerkontakt 9.1 schaltet jeweils nach einer Umdrehung des
Malteserrades 29 von einer Stellung in die andere und schaltet damit ein Teil einer
Wicklung zu oder ab bzw. lenkt diese um. Dies ist davon abhängig, ob der Vorwähler in
der jeweiligen Schaltung des Stufentransformators als bekannter Grobwähler oder
ebenfalls bekannter Wender arbeitet. Für den erfindungsgemäßen Stufenschalter ergeben
sich dabei keine Unterschiede im konstruktiven Aufbau.
Die beweglichen, elektrisch miteinander verbundenen By-pass-Kontakte 11.1, 11.2
überbrücken im stationären Zustand beide festen Kontakte 10 und liegen bei der
Umschaltung gemeinsam auf nur einem dieser festen Kontakte 10 auf.
Die Kontaktableitung von den beweglichen, jeweils drehbaren Kontakten 7.1, 7.2; 9.1;
11.1, 11.2 erfolgt jeweils durch konzentrische Schleifringe 32, 33, 34. Dabei sind für die
Kontaktableitung der beiden beweglichen Wählerkontakte 7.1, 7.2 zwei, voneinander
isolierte Schleifringe 32 vorgesehen, die in der Fig. 3 deckungsgleich übereinander
liegen, so daß nur der obere von ihnen zu sehen ist.
In Fig. 4 sind die jeweils auf der anderen Seite der jeweiligen Phasenplatte 5
angeordneten Elemente ohne Isolierwellen dargestellt, und in Fig. 5 sind nochmals die
Elemente zur Betätigung der jeweiligen Vakuumschaltzelle 12 allein dargestellt, die
nachfolgend näher erläutert werden sollen.
An jeder Phasenplatte 5 ist eine Konsole 35 befestigt, die die Vakuumschaltzelle 12 trägt.
Der Betätigungsmechanismus besteht aus einer Steuerscheibe 36, die mit der Isolierwelle
15 verbunden ist und einem drehbar auf der Konsole 35 gelagerten zweiarmigen Hebel
37, der an einem freien Ende eine Rolle 38 aufweist und dessen anderes freies Ende auf
die Vakuumschaltzelle 12, genauer gesagt deren Betätigungsstößel 45, wirkt. Die Rolle
38 korrespondiert mit einer Steuerkurve 39 an der Steuerscheibe 36.
An deren Rückseite befindet sich eine Auslösekontur 40, die so dimensioniert ist, daß sie
bei bestimmten Stellungen der Steuerscheibe 36 eine Sperrklinke 41 auslenkt. Besonders
vorteilhaft ist diese Auslösekontur 40 durch zwei einzelne Auslösenocken realisierbar.
Durch die ausgelenkte Sperrklinke 41 ist dann der Hebel 37 freigegeben, der ansonsten
durch die nicht ausgelenkte Sperrklinke 41 blockiert wird.
Zusätzlich sind noch insgesamt drei Federn vorgesehen:
Eine Feder 42 stützt sich an der Konsole 35 ab und drückt die Rolle 38 des Hebels 37
gegen die Steuerkurve 39.
Eine weitere Feder 43 drückt die Sperrklinke 41 gegen den Hebel 37 und blockiert diese
im Normalzustand.
Eine dritte Feder 44 am Betätigungsstößel 45 erhöht den Kontaktdruck im stationären
Zustand und ist an sich zur Betätigung nicht unbedingt erforderlich.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Im stationären Zustand ist die Vakuumschaltzelle 12 geschlossen.
Es wurde bereits erläutert, daß die Isolierwelle 15 bei jeder Umschaltung eine
oszillierende Bewegung aus der Mittellage heraus um einen bestimmten Drehwinkel nach
rechts oder links - je nach Drehrichtung der Antriebswelle 19 - und anschließend wieder
zurück in die Mittellage vollführt.
Bei einer Umschaltung dreht sich die Isolierwelle 15 also zunächst um einen bestimmten
Winkel, mit ihr dreht sich die Steuerscheibe 36. Der Hebel 37 mit seiner Rolle 38 ist,
bedingt durch die Feder 42, bestrebt, der Steuerkurve 39 zu folgen; dies ist jedoch nicht
möglich, da er durch die Sperrklinke 41 arretiert ist. Erst an einem definierten Punkt der
Drehbewegung lenkt die Auslösekontur 40 die Sperrklinke 41 gegen die Kraft der Feder
43 aus. Der Hebel 37 wird schlagartig freigegeben und öffnet ebenso schlagartig durch
die Feder 42 die Vakuumschaltzelle 12. Anschließend dreht sich die Isolierwelle 15 und
mit ihr die Steuerscheibe 36 wieder zurück. Die Rolle 38 läuft auf der Steuerkurve 39
und schließt die Vakuumschaltzelle 12 kontinuierlich. An einem bestimmten Punkt rastet
die Sperrklinke 41 wieder am Hebel 37 ein und blockiert diesen; die Endposition und
zugleich Ausgangsposition für die nächste Umschaltung ist erreicht. Bei einer Drehung
der Isolierwelle 15 zunächst in der anderen Richtung läuft die ganze Betätigung analog
ab, da sowohl die Steuerkurve 39 als auch die Auslösekontur 40 symmetrisch beidseitig
der Mittellage ausgebildet sind.
Mit dieser Betätigung wird ein schnelles Öffnen der Vakuumschaltzelle 12 durch
sprungartiges Freigeben des Hebels 37 einerseits und ein kontinuierliches,
kurvenabhängiges Schließen durch den Lauf der Rolle 38 auf der Steuerkurve 39
andererseits erreicht. Die Steuerkurve 39 verriegelt im stationären Zustand auch den
Hebel 37 formschlüssig. Damit ist kein ungewolltes Auslösen, beispielsweise durch
Erschütterungen, möglich.
In Fig. 6 ist schließlich noch ein Detail des Malteserantriebes, nämlich eine mechanische
Endstellungsbegrenzung, dargestellt.
Es wurde bereits erläutert, daß und warum sich das Malteserrad 29 maximal um zwei
Umdrehungen in jeder Richtung drehen darf, danach muß eine Endstellungsblockierung
erfolgen, die ein Weiterdrehen in dieser Richtung verhindert. Der Begriff "Umdrehung"
ist dabei definiert als eine volle Umdrehung um 360 Grad minus des Drehwinkels, der
zwei Schaltschritten entspricht.
Dies wird durch eine Blockierscheibe 46 erreicht, die auf der Isolierwelle 13, jedoch
unabhängig von dieser frei drehbar und zwischen Getriebeplatte 2 und Malteserrad 29
räumlich angeordnet, gelagert ist. Die Blockierscheibe 46 weist auf jeder Seite jeweils
einen Mitnehmer 47, 48 auf. Der erste Mitnehmer 47 korrespondiert mit einem festen
Anschlag 49 auf der Getriebeplatte 2, der zweite Mitnehmer 48 korrespondiert mit
mindestens einem weiteren Mitnehmer 50 auf dem Malteserrad 29.
Besonders vorteilhaft ist es, die beiden Mitnehmer 47 und 48 durch einen einzigen
Zylinderstift zu realisieren, der die Blockierscheibe 46 durchdringt.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Das Malteserrad 29 kann sich zunächst in jeder Richtung um eine Umdrehung drehen, bis
der Mitnehmer 50 auf den Mitnehmer 48 trifft, bei der weiteren Drehung in gleicher
Richtung wird die Blockierscheibe 46 mitgedreht. Hat sich diese um eine Umdrehung
gedreht, so trifft der Mitnehmer 47 auf den Anschlag 49 und blockiert sowohl die
Blockierscheibe 46 als auch das Malteserrad 29, das dann zwei Umdrehungen
durchlaufen hat - die Endstellung ist erreicht. Bei Drehung in Gegenrichtung wiederholt
sich der Ablauf analog - die schwimmend gelagerte Blockierscheibe 46 läßt in beiden
Richtungen jeweils zwei Umdrehungen des Malteserrades 29 zu, während dessen alle
festen Wählerkontakte 6 zweimal überstrichen werden - einmal mit und einmal ohne
zugeschalteten Vorwähler.
Durch entsprechende Anordnung von zwei Mitnehmern 50 auf dem gleichen Teilkreis
auf dem Malteserrad 29 kann die Endstellung für einen beliebigen eingeschränkten
Schaltbereich bereits voreingestellt werden.
Ist nur ein Mitnehmer 50 vorhanden, so kann dieser in Form oder Größe beliebig
dimensioniert werden. Damit ist es auf einfache Weise möglich, die
Endstellungsbegrenzung an die oben definierten zulässigen Umdrehungen, die nicht ganz
einer vollen Umdrehung um 360 Grad entsprechen, sondern bei denen jeweils der zwei
Schaltschritten entsprechende Winkel fehlt, anzupassen.
1
Gehäuse
2
Getriebeplatte
3
Durchführungsplatte
4
Frontseite
5
Phasenplatte
6
feste Wählerkontakte
7
Kontaktträger
7.1
beweglicher Wählerkontakt
7.2
beweglicher Wählerkontakt
8
feste Vorwählerkontakte
9
Kontaktträger
9.1
beweglicher Vorwählerkontakt
10
feste By-pass-Kontakte
11
Kontaktträger
11.1
beweglicher By-pass-Kontakt
11.2
beweglicher By-pass-Kontakt
12
Vakuumschaltzelle
13
Isolierwelle für Wählerk.
14
Isolierwelle für VW/Wenderk.
15
Isolierwelle für By-pass-Kontakte
16
Bohrung f.
13
17
Bohrung f.
14
18
Bohrung f.
15
19
Antriebswelle
20
erstes Getrieberad
21
zweites Getrieberad
22
Lager
23
Maltesertreiber
24
Rolle
25
drittes Getrieberad
26
Schwinge
27
Hebel
28
Schwinge
29
Malteserrad
30
Betätigungsrolle
31
Hebel
32
erster konzentrischer Schleifring
33
zweiter konzentrischer Schleifring
34
dritter konzentrischer Schleifring
35
Konsole
36
Steuerscheibe
37
Hebel
38
Rolle
39
Steuerkurve
40
Auslösekontur
41
Sperrklinke
42
Feder
43
Feder
44
Feder
45
Betätigungsstößel
46
Blockierscheibe
47
Mitnehmer
48
Mitnehmer
49
Anschlag
50
Mitnehmer
51
Lager
Claims (11)
1. Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen
Lastumschaltung mittels Vakuumschaltzellen,
wobei in einem Gehäuse für jede Phase feste Wählerkontakte vorgesehen sind, die von jeweils beweglichen Wählerkontakten beschaltbar sind,
wobei in diesem Gehäuse weiterhin für jede Phase feste Vorwählerkontakte vorgesehen sind, die von jeweils einem beweglichen Vorwählerkontakt beschaltbar sind,
wobei in diesem Gehäuse weiterhin für jede Phase feste By-pass-Kontakte vorgesehen sind, die von jeweils beweglichen By-pass-Kontakten beschaltbar sind,
wobei in diesem Gehäuse weiterhin für jede Phase eine Vakuumschaltzelle vorgesehen ist, die jeweils mittels eines Kraftspeichers betätigbar ist,
und wobei in einem separaten seitlichen Gehäuseteil ein Antriebsmechanismus zur Betätigung aller beweglicher Kontakte und aller Vakuumschaltzellen in der entsprechenden Schaltsequenz vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Phase getrennt alle festen Kontakte (6, 8, 10) und alle beweglichen Kontakte (7.1, 7.2; 9.1; 11.1, 11.2) und die Vakuumschaltzelle (12) dieser Phase gemeinsam auf einer Phasenplatte (5) angeordnet sind,
daß drei Isolierwellen (13, 14, 15) sich durch das Gehäuse (1) erstrecken und die drei Phasenplatten (5) durchdringen, wobei die erste Isolierwelle (13) alle beweglichen Wählerkontakte (7.1, 7.2) betätigt, die zweite Isolierwelle (14) alle beweglichen Vorwählerkontakte (9.1) betätigt und die dritte Isolierwelle (15) alle beweglichen By- pass- Kontakte (11.1, 11.2) und alle Vakuumschaltzellen (12) betätigt,
daß der Antriebsmechanismus ein einziges Malteserrad (29) aufweist, das von einem mit einer Antriebswelle (19) verbundenen Maltesertreiber (23) antreibbar ist und mit der ersten Isolierwelle (13) verbunden ist, derart, daß bei jeder Umschaltung die erste Isolierwelle (13) um einen Winkel, der einem Schaltschritt entspricht, drehbar ist,
daß der Antriebsmechanismus erste Betätigungsmittel aufweist, die auf die zweite Isolierwelle (14) wirken,
und daß der Betätigungsmechanismus zweite Betätigungsmittel aufweist, die auf die dritte Isolierwelle (15) wirken.
wobei in einem Gehäuse für jede Phase feste Wählerkontakte vorgesehen sind, die von jeweils beweglichen Wählerkontakten beschaltbar sind,
wobei in diesem Gehäuse weiterhin für jede Phase feste Vorwählerkontakte vorgesehen sind, die von jeweils einem beweglichen Vorwählerkontakt beschaltbar sind,
wobei in diesem Gehäuse weiterhin für jede Phase feste By-pass-Kontakte vorgesehen sind, die von jeweils beweglichen By-pass-Kontakten beschaltbar sind,
wobei in diesem Gehäuse weiterhin für jede Phase eine Vakuumschaltzelle vorgesehen ist, die jeweils mittels eines Kraftspeichers betätigbar ist,
und wobei in einem separaten seitlichen Gehäuseteil ein Antriebsmechanismus zur Betätigung aller beweglicher Kontakte und aller Vakuumschaltzellen in der entsprechenden Schaltsequenz vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Phase getrennt alle festen Kontakte (6, 8, 10) und alle beweglichen Kontakte (7.1, 7.2; 9.1; 11.1, 11.2) und die Vakuumschaltzelle (12) dieser Phase gemeinsam auf einer Phasenplatte (5) angeordnet sind,
daß drei Isolierwellen (13, 14, 15) sich durch das Gehäuse (1) erstrecken und die drei Phasenplatten (5) durchdringen, wobei die erste Isolierwelle (13) alle beweglichen Wählerkontakte (7.1, 7.2) betätigt, die zweite Isolierwelle (14) alle beweglichen Vorwählerkontakte (9.1) betätigt und die dritte Isolierwelle (15) alle beweglichen By- pass- Kontakte (11.1, 11.2) und alle Vakuumschaltzellen (12) betätigt,
daß der Antriebsmechanismus ein einziges Malteserrad (29) aufweist, das von einem mit einer Antriebswelle (19) verbundenen Maltesertreiber (23) antreibbar ist und mit der ersten Isolierwelle (13) verbunden ist, derart, daß bei jeder Umschaltung die erste Isolierwelle (13) um einen Winkel, der einem Schaltschritt entspricht, drehbar ist,
daß der Antriebsmechanismus erste Betätigungsmittel aufweist, die auf die zweite Isolierwelle (14) wirken,
und daß der Betätigungsmechanismus zweite Betätigungsmittel aufweist, die auf die dritte Isolierwelle (15) wirken.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Betätigungsmittel aus einer Rolle (30) auf dem Malteserrad (29) sowie
einem korrespondierenden Hebel (31) bestehen, derart, daß bei einer bestimmten
Stellung des Malteserrades (29) die Rolle (30) in einen Ausschnitt des Hebels (31)
eingreift und dadurch drehrichtungsabhängig die zweite Isolierwelle (14) um einen
bestimmten Drehwinkel verschwenkbar ist.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Betätigungsmittel aus einem weiteren Getrieberad (25) und einem damit
in Verbindung stehenden Hebelantrieb (26, 27, 28), der seinerseits auf die dritte
Isolierwelle (15) wirkt, bestehen, derart, daß bei jeder Drehung des Malteserrades (29)
die dritte Isolierwelle (15) drehrichtungsabhängig eine oszillierende Drehung um einen
bestimmten Winkel und wieder zurück in die Ausgangsstellung vollführt.
4. Stufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf jeder Phasenplatte (5) feste und bewegliche By-pass-Kontakte (10; 11.1, 11.2)
auf einer Seite angeordnet sind und die jeweilige Vakuumschaltzelle (12) auf der anderen
Seite angeordnet ist.
5. Stufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Phase zwei bewegliche Wählerkontakte (7.1, 7.2) vorgesehen sind, die elektrisch voneinander isoliert auf einem Kontaktträger (7) angeordnet sind und gemeinsam durch dessen Drehung bewegt werden
und daß für jede Phase zwei bewegliche By-pass-Kontakte (11.1, 11.2) vorgesehen sind, die elektrisch miteinander verbunden auf einem weiteren Kontaktträger (11) angeordnet sind und gemeinsam durch dessen Drehung bewegt werden.
daß für jede Phase zwei bewegliche Wählerkontakte (7.1, 7.2) vorgesehen sind, die elektrisch voneinander isoliert auf einem Kontaktträger (7) angeordnet sind und gemeinsam durch dessen Drehung bewegt werden
und daß für jede Phase zwei bewegliche By-pass-Kontakte (11.1, 11.2) vorgesehen sind, die elektrisch miteinander verbunden auf einem weiteren Kontaktträger (11) angeordnet sind und gemeinsam durch dessen Drehung bewegt werden.
6. Stufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftspeicher zur Betätigung der jeweiligen Vakuumschaltzelle (12) aus einer Steuerscheibe (36) mit einer Steuerkurve (39) besteht, die mit der dritten Isolierwelle (15) in Verbindung steht und mit dieser drehbar ist,
daß er weiterhin aus einem zweiarmigen Hebel (37) besteht, der an einem freien Ende eine Rolle (38) aufweist, die auf der Steuerkurve (39) läuft, und der im stationären Zustand durch eine Sperrklinke (41) arretiert ist, und der mit seinem anderen freien Ende auf einen Betätigungsstößel (45) der Vakuumschaltzelle (12) wirkt,
daß die Steuerkurve (39) auf ihrer Rückseite eine Auslösekontur (40) aufweist,
und daß die Auslösekontur (40) mit der Sperrklinke (41) korrespondiert, derart, daß bei einer bestimmten Stellung der dritten Isolierwelle (15) und damit der Steuerscheibe (36) die Sperrklinke (41) freigegeben und damit die Vakuumschaltzelle (12) sprungartig geöffnet wird.
daß der Kraftspeicher zur Betätigung der jeweiligen Vakuumschaltzelle (12) aus einer Steuerscheibe (36) mit einer Steuerkurve (39) besteht, die mit der dritten Isolierwelle (15) in Verbindung steht und mit dieser drehbar ist,
daß er weiterhin aus einem zweiarmigen Hebel (37) besteht, der an einem freien Ende eine Rolle (38) aufweist, die auf der Steuerkurve (39) läuft, und der im stationären Zustand durch eine Sperrklinke (41) arretiert ist, und der mit seinem anderen freien Ende auf einen Betätigungsstößel (45) der Vakuumschaltzelle (12) wirkt,
daß die Steuerkurve (39) auf ihrer Rückseite eine Auslösekontur (40) aufweist,
und daß die Auslösekontur (40) mit der Sperrklinke (41) korrespondiert, derart, daß bei einer bestimmten Stellung der dritten Isolierwelle (15) und damit der Steuerscheibe (36) die Sperrklinke (41) freigegeben und damit die Vakuumschaltzelle (12) sprungartig geöffnet wird.
7. Stufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Vakuumschaltzelle (12), Steuerscheibe (36) mit Steuerkurve (39) und rückwärtiger
Auslösekontur (40), zweiarmiger Hebel (37) mit Rolle (38) sowie Federn (42, 43), die
ein formschlüssiges Ablaufen der Rolle (38) auf der Steuerkurve (39) einerseits und ein
formschlüssiges Betätigen der Sperrklinke (41) durch die Auslösekontur (40)
andererseits gestatten, sich für jede Phase auf einer gemeinsamen Konsole (35) befinden
und jede Konsole (35) an der entsprechenden Phasenplatte (5) befestigt ist.
8. Stufenschalter nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslösekontur (40) durch zwei Nocken gebildet ist.
9. Stufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das einzige Malteserrad (29) mit einer mechanischen Endstellungsbegrenzung zusammenwirkt, die aus einer Blockierscheibe (46) besteht, die auf der ersten Isolierwelle (13), räumlich im Bereich des Malteserrades (29), jedoch unabhängig von diesem frei drehbar, angeordnet ist,
daß die Blockierscheibe (46) auf jeder Seite einen Mitnehmer (47, 48) aufweist,
daß der eine Mitnehmer (47) mit einem festen Anschlag (49) am Gehäuse (1) korrespondiert,
und daß der andere Mitnehmer (48) mit einem weiteren Mitnehmer (50) auf dem Malteserrad (29) korrespondiert, derart, daß das Malteserrad (29) in jeder Drehrichtung zwei Umdrehungen vollführen kann.
daß das einzige Malteserrad (29) mit einer mechanischen Endstellungsbegrenzung zusammenwirkt, die aus einer Blockierscheibe (46) besteht, die auf der ersten Isolierwelle (13), räumlich im Bereich des Malteserrades (29), jedoch unabhängig von diesem frei drehbar, angeordnet ist,
daß die Blockierscheibe (46) auf jeder Seite einen Mitnehmer (47, 48) aufweist,
daß der eine Mitnehmer (47) mit einem festen Anschlag (49) am Gehäuse (1) korrespondiert,
und daß der andere Mitnehmer (48) mit einem weiteren Mitnehmer (50) auf dem Malteserrad (29) korrespondiert, derart, daß das Malteserrad (29) in jeder Drehrichtung zwei Umdrehungen vollführen kann.
10. Stufenschalter nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Mitnehmer (47, 48) durch einen einzigen Zylinderstift gebildet sind, der
die Blockierscheibe (46) durchdringt.
11. Stufenschalter nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Malteserrad (29) auf dem gleichen Teilkreis zwei Mitnehmer (50)
angeordnet sind, derart, daß der maximal mögliche Drehwinkel des Malteserrades (29)
begrenzt ist.
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