WO2022184389A1 - Schaltmittel und laststufenschalter mit einem schaltmittel - Google Patents

Schaltmittel und laststufenschalter mit einem schaltmittel Download PDF

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WO2022184389A1
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switching means
load tap
tap changer
contact
movable contact
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PCT/EP2022/053057
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Christian Hammer
Simon Flotzinger
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0016—Contact arrangements for tap changers

Definitions

  • the invention relates to a switching device for an on-load tap changer. Furthermore, the invention relates to an on-load tap changer with a switching means.
  • On-load tap changers are known from the prior art and usually have a diverter switch and a selector.
  • Vacuum interrupters are usually installed in maintenance-free diverter switches to feed through switching operations under load. Vacuum interrupters have only low contact wear, which is particularly advantageous for large breaking currents. The rapid reconsolidation of the contact gap is particularly advantageous in the case of high recovery voltages.
  • a disadvantage of vacuum interrupters is that the actuating force required to actuate them is highly dependent on the external pressure, which can vary greatly, particularly in the case of hermetic transformers.
  • vacuum interrupters are relatively expensive. Particularly in the case of transformers with small load currents and step voltages, the advantageous properties of vacuum interrupters are not required, while the disadvantages remain.
  • the object of the invention is therefore to create a switching device for on-load tap changers that is simple and compact in design, is particularly suitable for on-load tap changers for small load currents and step voltages and in which the force required to actuate the switching device is independent of the external pressure.
  • a further object of the invention is to create an on-load tap changer with a switching means that is simple, compact and inexpensive.
  • the invention proposes a switching means for an on-load tap changer, comprising: a first fixed contact and a second fixed contact; a movable contact having a first attraction element; wherein the movable contact consists of a first through the first attraction element and a second attraction element arranged outside the switching means position is movable to a second position; the moving contact in its first position none or only one of
  • the switching means according to the invention is particularly simple and compact. Because the movable contact can be actuated from the outside without a movable part having to be moved outwards from the inside of the switching means, the entire structure can be implemented in a particularly simple and inexpensive manner.
  • a moving contact plunger In a vacuum interrupter, a moving contact plunger must always be sealed with a bellows. This is expensive, complex and can easily be damaged during assembly.
  • the switching means is completely closed and therefore robust and insensitive.
  • the force required to actuate the switching means is independent of the external pressure.
  • the movable contact has a first attraction element. By a second attraction element outside the switching means, the movable contact is moved by bringing the second attraction element close to the first attraction element.
  • the movable contact moves inside the switching means from a first position to a second position. In this case, the movable contact makes contact with the two fixed contacts in the second position and makes contact with none or only one of the fixed contacts in a first position.
  • the switching means can also be designed in such a way that the movable contact makes contact with the two fixed contacts in a first position and makes contact with none or only one of the fixed contacts in a second position. This depends solely on whether the switching means is to be designed as an opener or closer when the second attraction element is brought into the vicinity of the first attraction element.
  • the switching element can be designed as a single breaker or double breaker.
  • the movable contact does not contact either fixed contact in a corresponding first position and both fixed contacts in the second corresponding position.
  • the movable contact always makes contact with one of the fixed contacts or forms a unit with the fixed contact, or the movable contact and one of the fixed contacts are designed in one piece.
  • the movable contact contacts only one of the fixed contacts in a corresponding first position and both fixed contacts in the second position.
  • the combination of fixed contact and movable contact is configured as a flexible contact tongue, for example
  • the attraction elements can be designed in any way.
  • One of the attraction elements is preferably always designed as a magnet or as a permanent magnet and the other attraction element is made of a soft-magnetic material.
  • the first attraction element is a magnet and the second attraction element is made of a soft magnetic material, or the first attraction element is made of a soft magnetic material and the second attraction element is a magnet.
  • both attraction elements can also be designed as magnets or permanent magnets. This is advantageous when the movable contact has to be moved or actuated particularly quickly or with a great deal of force.
  • the first attraction element is fixed to the moving contact; a first spring element is arranged between the movable contact and a second housing part; the first spring element holds the movable contact in the first position.
  • the first spring element can be designed in any way, for example as a compression or tension spring. This always depends on whether the switching element is designed as an opener or closer and whether the movable contact should contact the fixed contacts or not when the switching element is actuated.
  • a first housing part is provided;
  • the first and the second housing part form a switching means housing
  • the movable contact, the first attraction element and the first spring element are arranged in an interior of the switching means housing;
  • the first and the second fixed contact are arranged such that they extend from the inside of the switching means housing to the outside.
  • the switching means housing can be designed in any way and can have, for example, a first and a second housing part or also other housing parts.
  • the first and second housing parts are tightly connected to one another, for example by gluing or the like, so that nothing can penetrate the interior of the switching means housing from the outside.
  • the fixed contacts can be designed in any way and can be made of a conductive metal, for example.
  • the fixed contacts are connected to the switching means housing, for example, by snapping in or overmoulding.
  • the fixed contacts can be designed in one or more parts. It can be provided that
  • the carrier is movably arranged in the switching means housing;
  • the switching means housing serves to guide the movable contact or the first attraction element or the support in moving from the first position to the second position.
  • the mobile contact can be of any type, for example integral with the support and the first attraction member. With a movement of the movable contact, the carrier and the first attraction element move with it. In other words, as soon as the moving contact, the carrier or the first attraction element move, the other parts move with it.
  • the carrier can, for example, have a contour or an external shape that corresponds at least partially to the contour or the internal shape of the switching means housing. As a result, at least part of the switching means housing serves as a guide during the movement of the movable contact or the carrier from the first to the second position and/or from the second to the first position.
  • the movable contact can also be resiliently mounted in the support, which is integral with the first attraction element, by means of another spring.
  • the invention proposes an on-load tap changer with a switching means, comprising: a diverter switch rod with a second attraction element.
  • the on-load tap changer has a particularly simple structure and, when switching, uses a switching element with a first fixed contact, a second fixed contact and a movable contact with a first attraction element.
  • the switching element is actuated by means of a second attraction element which is fastened to the diverter switch rod.
  • There is no mechanical connection between the switching element and the diverter switch rod which simplifies the construction of the on-load tap changer and reduces errors caused by the actuating mechanism.
  • the switching means of the on-load tap changer is encapsulated from the remaining insulating oil in the tapped transformer. It can be provided that the on-load tap changer has a first selector rod, a second selector rod and a gear.
  • the transmission is configured to move the diverter switch rod in a first direction and a second direction, which is opposite to the first direction, during an actuation of the on-load tap changer in order to actuate the switching means by means of the second attraction element.
  • the transmission is set up to move the selector rods during a switchover from one selector contact to an adjacent selector contact in a first direction and to move the diverter switch rod during the switchover in the first direction and a second direction, which is opposite to the first direction to actuate the switching means.
  • the transmission can be designed in any way and can include multiple input gears and multiple output gears, with a drive shaft moving the selector rods via the input gears and the output gears during shifting.
  • the transmission comprises a crank and a connecting rod
  • the drive shaft moves the diverter switch rod with the second attraction element, via the crank and the connecting rod and thus actuates the switching means indirectly via the first attraction means during switching of the on-load tap changer.
  • the diverter switch bar includes a bridge switch
  • the transmission is set up to actuate the bridge switch during the changeover.
  • the transmission is arranged to move the first selector rod in the first direction during the changeover, thereafter to move the diverter switch rod in the first and the second direction and thereafter to move the second selector rod in the first direction.
  • the transmission is set up to move the diverter switch rod several times in the first direction and/or several times in the second direction during the changeover;
  • the diverter switch rod opens and closes during the switchover of the switching means.
  • the gear is designed as a geneva gear.
  • the on-load tap changer has a diverter switch, a selector and a gear.
  • the diverter switch is formed from the diverter switch bar, at least one but preferably three switching means, three bridge switches and three transition resistors.
  • the elector is made up of the first and second electoral staff. Diverter switches and selectors are operated via the gearbox. All the parts of the selector and the diverter switch are placed between two base plates made of insulating material.
  • FIG. 1 shows a first view of a switching means according to the invention
  • FIG. 6 shows an on-load tap changer according to the invention with at least one
  • FIG. 7 shows a detailed view of an on-load tap changer with a switching means.
  • FIG. 1 shows switching means 1 according to the invention for an on-load tap changer 30.
  • Switching means 1 has a switching means housing 2 with a first housing part 2.1 and a second housing part 2.2. Furthermore, the switching means 1 has a first fixed contact 3 and a second fixed contact 4 . Inside 29 of the switching means 1 there is also a movable contact 5.
  • the movable contact 5 is arranged or connected to a carrier 8. fastened.
  • a first attraction element 6 is attached to the carrier 8 .
  • the movable contact 5, the carrier 8 and the first attraction element 6 form a unit. As soon as one of the parts is moved, the other parts move with it.
  • a first spring element 7 and a second spring element 9 are arranged between the carrier 8 and the second housing part 2.2. The spring elements 7, 9 hold the movable contact 5 in a first position 40. In this first position 40, the movable contact 5 does not make contact with any of the two fixed contacts 3, 4.
  • a second attraction element 31 is arranged on a diverter switch rod 32 .
  • the attraction element 31 and the diverter switch rod 32 are parts of the on-load tap changer 30.
  • the switching means 1 and in particular the first attraction element 6 are arranged in the immediate vicinity of the diverter switch rod 32 and thus the second attraction element 31.
  • the diverter switch rod 32 is movably mounted in the on-load tap changer 30 . When the on-load tap changer 30 is actuated, the diverter switch rod 32 is also moved, among other things, in such a way that the second attraction element 31 is brought into the immediate vicinity of the first attraction element 6 and can also be removed from it again.
  • the first attraction element 6 As soon as the distance between the first attraction element 6 and the second attraction element 31 is small enough and the attraction forces exceed a certain magnitude, the first attraction element 6 together with the movable contact 5 and carrier 8 is moved towards the second attraction element 31 .
  • the forces of attraction are large enough to act against the force of the spring elements 7, 9.
  • the movable contact 5 assumes a second position 41 in the switching element 1 .
  • the movable contact 5 makes contact with the two fixed contacts 3, 4. This allows current to flow through the movable contact 5 and the two fixed contacts 3, 4.
  • the spring elements 7, 9 move the movable contact 5 together with the carrier 8 and the first attraction element 6 again into the first position 40 from a certain point
  • the first position is indicated by a dash-dot line.
  • the diverter switch rod 32 is arranged below the switching means 1 .
  • the diverter switch rod 32 performs a linear movement in the horizontal plane.
  • the movable contact 5 is moved downward due to the attracting forces of the two attracting members 6, 32 and contact between the movable contact 5 and the fixed contacts 3, 4 made.
  • the second position is also indicated by a dash-dot line.
  • the first attraction element 6 and the second attraction element 31 are designed as magnets.
  • only one of the attraction elements 6, 31 can be designed as a magnet, with the other
  • Attraction element is then designed as a soft magnetic element. It is completely irrelevant here whether the first or the second attraction element 6, 31 is designed as a magnet. If both attraction elements 6, 31 are implemented as magnets, the attraction force between the two attraction elements 6, 31 is particularly strong, which has a corresponding effect on the reaction times and movement speeds of the movable contact 5.
  • Figure 4 and Figure 5 show a constructive solution of the switching means 1 according to the invention.
  • the carrier 8 is designed in such a way that the movable contact 5 and the first attraction element 6 are surrounded by it, so that a unit made up of the movable contact 5, the first attraction element 6 and the carrier 8 is formed.
  • the movable contact 5 can be designed in one or more parts.
  • the carrier 8 has contours or outer surfaces 14 which correspond to the interior of the switching means housing 2 in such a way that a guide for the movement of the carrier 8 is created. In other words, a movable and form-fitting connection is created between the housing 2 and the carrier 8.
  • the carrier 8 also has a first and a second holding element 11, 12, which are used to fix or support the spring elements 7, 9.
  • Spark extinguishing elements 13 are arranged between the respective ends, in particular the contact points, of the movable contact 5 and the fixed contacts 3, 4.
  • the spark extinguishing elements 13 enclose the contact surfaces between the movable contact 5 and the fixed contacts 3, 4 and thus shield the switching means housing 2 from the inside against possible arcs.
  • the switching means housing 2 has fastening webs 15, through which the switching means 1 is fixed in the on-load tap changer 30, preferably on a plate.
  • the fixed contacts 3, 4 can be designed in one or more parts.
  • the contact points between the movable contact 5 and the fixed contacts 3, 4 are preferably made of a material that is particularly resistant to abrasion and erosion.
  • FIG. 6 shows the on-load tap changer 30 with a selector 20 and a diverter switch 50 .
  • the on-load tap changer 30 is actuated by means of a drive shaft 18 via a gear 19 .
  • the voter 20 includes a first voter bar 21 and a second Selector rod 25.
  • the diverter switch 50 comprises a diverter switch rod 32. Since the illustrated embodiment of the on-load tap changer 30 has a three-phase design, the diverter switch 50 has a switching means 1 for each phase.
  • the drive shaft 18 moves the first and second selector rods 21 , 25 and the diverter switch rod 32 via the gear 19 .
  • the diverter switch 50 and the selector 20 are arranged on a base plate 17 .
  • several selector contacts 28 are introduced into the base plate 17 .
  • the selector contacts 28 are connected to winding taps of a control winding of a step transformer, in particular a local network transformer, not shown here.
  • the transmission 19 has a first and second input pinion and a first and second output pinion. Furthermore, the first and second selector rods 21, 25 each have a toothed area on a side facing the transmission.
  • the drive shaft 18 with a crank 53 and a connecting rod 54 is shown in FIG.
  • the connecting rod 54 is mechanically connected to the crank 53 at a first end and to the diverter switch rod 32 at a second end.
  • the diverter switch rod 32 is moved via the crank 53 and the connecting rod 54 during switching in a first direction and in a second direction which is opposite to the first direction. It follows that when switching from one selector contact 28 to an adjacent selector contact 28, the selector rods 21, 25 are moved in a first direction and the diverter switch rod 32 is moved in the first direction and in the second direction, which is opposite to the first direction. is moved.
  • first selector bar 21 and the second selector bar 25 are arranged in parallel in one plane
  • first selector bar 21 and the diverter switch bar 32 are arranged in parallel in one plane
  • second selector bar 25 and the diverter switch bar 32 are arranged in parallel in one plane; that means collinear.
  • the selector rods 21, 25 are moved at different times in a first direction, i.e. to the right or left or up or down.
  • the diverter switch rod 32 is moved when switching in a first direction and a second direction, which is opposite to the first direction, i.e. to the right and to the left, or vice versa, or up or down, or vice versa.
  • the diverter switch rod 32 can also be moved multiple times in the first or the second direction during a switchover. The multiple change of direction always takes place one after the other.
  • the diverter switch rod 32 via a partially toothed gear and / or to actuate a geneva gear via the drive shaft 18.
  • the diverter switch rod 32 has a second attraction element 31 for the actuation of each switching means 1 .
  • the diverter switch rod 32 has three attraction elements 31 .
  • the attraction element 31 serves to actuate the switching means 1.
  • the diverter switch rod 32 actuates a bridge switch 56. This comprises a first contact 63 and a second contact 64.
  • the contacts 63, 64 are mechanically connected to the diverter switch rod 32.

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Abstract

Schaltmittel (1) für einen Laststufenschalter (30), umfassend: - einen ersten Festkontakt (3) und einen zweiten Festkontakt (4); - einen beweglichen Kontakt (5) mit einem ersten Anziehungselement (6); wobei - der bewegliche Kontakt (5) über das erste Anziehungselement (6) und ein zweites Anziehungselement (31), das außerhalb des Schaltmittels (1) angeordnet ist, aus einer ersten Position (40) in eine zweite Position (41) bewegbar ist; - der bewegliche Kontakt (5) in seiner ersten Position (40) keinen oder nur einen der Festkontakte (3, 4) kontaktiert und in seiner zweiten Position (41) beide Festkontakte (3, 4) kontaktiert.

Description

Schaltmittel und Laststufenschalter mit einem Schaltmittel
Die Erfindung betrifft ein Schaltmittel für einen Laststufenschalter. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Laststufenschalter mit einem Schaltmittel.
Laststufenschalter sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen üblicherweise einen Lastumschalter und einen Wähler auf. Für die Durchführungen von Schaltungen unter Last sind in wartungsfreien Lastumschaltern üblicherweise Vakuumschaltröhren verbaut. Vakuumschaltröhren haben nur geringen Kontaktabbrand, was insbesondere bei großen Abschaltströmen von Vorteil ist. Die schnelle Wiederverfestigung der Schaltstrecke ist insbesondere bei hohen Wiederkehrspannungen vorteilhaft. Ein Nachteil von Vakuumschaltröhren ist, dass die für deren Betätigung benötigte Betätigungskraft stark vom äußeren Druck abhängt, der sich insbesondere bei Hermetiktransformatoren stark ändern kann. Darüber hinaus sind Vakuumschaltröhren relativ teuer. Insbesondere bei Transformatoren mit kleinen Lastströmen und Stufenspannungen sind die vorteilhaften Eigenschaften der Vakuumschaltröhren nicht erforderlich, während die Nachteile bestehen bleiben.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Schaltmittel für Laststufenschalter zu schaffen, das einfach und kompakt aufgebaut ist, besonders für Laststufenschalter für kleine Lastströme und Stufenspannungen geeignet ist und bei dem die für die Betätigung des Schaltmittels benötige Kraft unabhängig vom Außendruck ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Schaltmittel gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter mit einem Schaltmittel zu schaffen, der einfach, kompakt und kostengünstig aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Laststufenschalter gemäß dem Anspruch 6 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt ein Schaltmittel für einen Laststufenschalter vor, umfassend: einen ersten Festkontakt und einen zweiten Festkontakt; einen beweglichen Kontakt mit einem ersten Anziehungselement; wobei der bewegliche Kontakt über das erste Anziehungselement und ein zweites Anziehungselement, das außerhalb des Schaltmittels angeordnet ist, aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist; der bewegliche Kontakt in seiner ersten Position keinen oder nur einen der
Festkontakte kontaktiert und in seiner zweiten Position beide Festkontakte kontaktiert.
Das erfindungsgemäße Schaltmittel ist besonders einfach und kompakt aufgebaut. Dadurch, dass der bewegliche Kontakt von außen betätigt werden kann, ohne dass ein bewegliches Teil aus dem Inneren des Schaltmittels nach außen bewegt werden muss, ist der gesamte Aufbau besonders einfach und günstig realisierbar.
Bei einer Vakuumschaltröhre muss ein beweglicher Kontaktstößel stets mittels eines Balgs abgedichtet werden. Dieser ist teuer, aufwendig und kann bei der Montage leicht beschädigt werden. Das Schaltmittel hingegen ist vollständig abgeschlossen und deshalb robust und unempfindlich. Die für die Betätigung des Schaltmittels benötige Kraft ist vom Außendruck unabhängig. Der bewegliche Kontakt weist ein erstes Anziehungselement auf. Durch ein zweites Anziehungselement außerhalb des Schaltmittels, wird der bewegliche Kontakt bewegt, in dem das zweite Anziehungselement in die Nähe des ersten Anziehungselements gebracht wird. Dabei bewegt sich der bewegliche Kontakt, im Inneren des Schaltmittels, von einer ersten Position in eine zweite Position. Dabei kontaktiert der bewegliche Kontakt die beiden Festkontakte in der zweiten Position und kontaktiert keinen oder nur einen der Festkontakte in einer ersten Position. Alternativ kann das Schaltmittel auch derart ausgestaltet sein, dass der bewegliche Kontakt in einer ersten Position die beiden Festkontakte kontaktiert und in einer zweiten Position keinen oder nur einen der Festkontakte kontaktiert. Dies ist allein davon abhängig, ob das Schaltmittel als Öffner oder Schließer ausgestaltet sein soll, wenn das zweite Anziehungselement in die Nähe des ersten Anziehungselements gebracht wird.
Das Schaltelement kann als Einfachunterbrecher oder Doppelunterbrecher ausgestaltet sein. Als Doppelunterbrecher kontaktiert der bewegliche Kontakt in einer entsprechenden ersten Position keinen der Festkontakte und in der zweiten entsprechenden Position beide Festkontakte. Als Einfachunterbrecher kontaktiert der bewegliche Kontakt stets einen der Festkontakte bzw. bildet eine Einheit mit dem Festkontakt bzw. der bewegliche Kontakt und einer der Festkontakte sind einteilig ausgebildet. Dadurch kontaktiert der bewegliche Kontakt in einer entsprechenden ersten Position nur einen der Festkontakte und in der zweiten Position beide Festkontakte. Die Kombination aus Festkontakt und beweglichem Kontakt ist beispielsweise als biegbare Kontaktzunge ausgestaltet
Die Anziehungselemente können auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise ist stets eines der Anziehungselemente als Magnet bzw. als Permanentmagnet und das andere Anziehungselement aus einem weichmagnetischen Material ausgestaltet. Dabei ist dann das erste Anziehungselement ein Magnet und das zweite Anziehungselement besteht aus einem weichmagnetischen Material oder das erste Anziehungselement besteht aus einem weichmagnetischen Material und das zweite Anziehungselement ist ein Magnet. Weiterhin können auch beide Anziehungselemente als Magnete bzw. Permanentmagnete ausgebildet sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der bewegliche Kontakt besonders schnell oder mit viel Kraft bewegt bzw. betätigt werden muss.
Es kann vorgesehen sein, dass
- das erste Anziehungselement am beweglichen Kontakt befestigt ist; ein erstes Federelement zwischen dem beweglichen Kontakt und einem zweiten Gehäuseteil angeordnet ist; das erste Federelement den beweglichen Kontakt in der ersten Position hält.
Das erste Federelement kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Druck- oder Zugfeder. Dies hängt stets davon ab, ob das Schaltelement als Öffner oder Schließer ausgebildet ist und ob beim Betätigen des Schaltelements der bewegliche Kontakt die Festkontakte kontaktieren oder nicht kontaktieren soll.
Es kann vorgesehen sein, dass
- ein erstes Gehäuseteil vorgesehen ist;
- das erste und das zweite Gehäuseteil ein Schaltmittelgehäuse bilden;
- der bewegliche Kontakt, das erste Anziehungselement und das erste Federelement in einem Inneren des Schaltmittelgehäuses angeordnet sind;
- der erste und der zweite Festkontakt derart angeordnet sind, dass sich diese aus dem Inneren des Schaltmittelgehäuses nach außen erstrecken.
Das Schaltmittelgehäuse kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein erstes und ein zweites Gehäuseteil bzw. auch weitere Gehäuseteile aufweisen. Das erste und das zweite Gehäuseteil sind bspw. durch Verkleben oder Ähnliches dicht miteinander verbunden, sodass von außen nichts in das Innere des Schaltmittelgehäuses eindringen kann.
Die Festkontakte können auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise aus einem leitfähigen Metall bestehen. Die Festkontakte sind bspw. durch Einrasten oder Umspritzen mit dem Schaltmittelgehäuse verbunden. Die Festkontakte können ein- oder mehrteilig ausgestaltet sein. Es kann vorgesehen sein, dass
- der bewegliche Kontakt und das erste Anziehungselement an einem Träger befestigt sind;
- der Träger im Schalmittelgehäuse beweglich angeordnet ist;
- das Schaltmittelgehäuse dem beweglichen Kontakt oder dem ersten Anziehungselement oder dem Träger zur Führung bei der Bewegung von der ersten Position in die zweite Position dient.
Der bewegliche Kontakt kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise mit dem Träger und dem ersten Anziehungselement eine Einheit bilden. Bei einer Bewegung des beweglichen Kontaktes bewegen sich der Träger und das erste Anziehungselement mit. Mit anderen Worten, sobald sich der bewegliche Kontakt, der Träger oder das erste Anziehungselement bewegen, bewegen sich die anderen Teile mit. Der Träger kann beispielsweise eine Kontur oder äußere Form aufweisen, die mindestens teilweise mit der Kontur oder der inneren Form des Schaltmittelgehäuses korrespondiert. Dadurch dient mindestens ein Teil des Schaltmittelgehäuses als Führung bei der Bewegung des beweglichen Kontaktes bzw. des Trägers von der ersten in die zweite Position und/oder von der zweiten in die erste Position. Der bewegliche Kontakt kann auch im Träger, der mit dem ersten Anziehungselement eine Einheit bildet, mit Hilfe einer weiteren Feder gefedert gelagert sein.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt einen Laststufenschalter mit einem Schaltmittel vor, umfassend: einen Lastumschalterstab mit einem zweiten Anziehungselement.
Der Laststufenschalter ist dabei besonders einfach aufgebaut und nutzt bei einer Umschaltung ein Schaltelement mit einem einen ersten Festkontakt, einem zweiten Festkontakt sowie einem beweglichen Kontakt mit einem ersten Anziehungselement. Mittels eines zweiten Anziehungselementes, welches am Lastumschalterstab befestigt ist, wird das Schaltelement betätigt. Eine mechanische Verbindung zwischen dem Schaltelement und dem Lastumschalterstab entfällt, was die Konstruktion des Laststufenschalters vereinfacht und durch Betätigungsmechanik verursachte Fehler reduziert. Es entsteht eine indirekte Betätigung des Schaltmittels. Teure und empfindliche Vakuumschaltröhren, die üblicherweise in Laststufenschaltern verwendet werden, können durch die Schaltmittel ersetzt werden. Der gesamte Laststufenschalter wird damit sicherer, kostengünstiger und montagefreundlicher. Weiterhin ist das Schaltmittel des Laststufenschalters von dem restlichen Isolieröl im Stufentransformator abgekapselt. Es kann vorgesehen sein, dass der Laststufenschalter einen ersten Wählerstab, einen zweiten Wählerstab sowie ein Getriebe aufweist. Das Getriebe ist dazu eingerichtet den Lastumschalterstab während einer Betätigung des Laststufenschalters in eine erste Richtung und eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, zu bewegen, um das Schaltmittel mittels des zweiten Anziehungselements zu betätigen.
Es kann vorgesehen sein, dass
- der erste Wählerstab, der zweite Wählerstab und der Lastumschalterstab kollinear angeordnet sind;
- das Getriebe dazu eingerichtet ist, die Wählerstäbe während einer Umschaltung von einem Wählerkontakt auf einen benachbarten Wählerkontakt, in eine erste Richtung zu bewegen und den Lastumschalterstab während der Umschaltung in die erste Richtung und eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, zu bewegen, um das Schaltmittel zu betätigen.
Das Getriebe kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und mehrere Antriebsritzel sowie mehrere Abtriebsritzel umfassen, wobei eine Antriebswelle die Wählerstäbe über die Antriebsritzel und die Abtriebsritzel während der Umschaltung bewegt.
Es kann vorgesehen sein, dass
- das Getriebe eine Kurbel und ein Pleuel umfasst, die Antriebswelle den Lastumschalterstab mit dem zweiten Anziehungselement, über die Kurbel und das Pleuel bewegt und damit das Schaltmittel indirekt über das erste Anziehungsmittel während der Umschaltung des Laststufenschalters betätigt.
Es kann vorgesehen sein, dass
- der Lastumschalterstab einen Brückenschalter umfasst,
- das Getriebe dazu eingerichtet ist während der Umschaltung den Brückenschalter zu betätigen.
Es kann vorgesehen sein, dass
- das Getriebe dazu eingerichtet ist während der Umschaltung den ersten Wählerstab in die erste Richtung zu bewegen, danach den Lastumschalterstab in die erste und die zweite Richtung zu bewegen und danach den zweiten Wählerstab in die erste Richtung zu bewegen. Es kann vorgesehen sein, dass
- das Getriebe dazu eingerichtet ist während der Umschaltung den Lastumschalterstab mehrmals in die erste und/oder mehrmals in die zweite Richtung zu bewegen;
- der Lastumschalterstab während der Umschaltung des Schaltmittels öffnet und schließt.
Es kann vorgesehen sein, dass
- das Getriebe als Maltesergetriebe ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Laststufenschalter einen Lastumschalter, einen Wähler und ein Getriebe aufweist. Der Lastumschalter wird dabei aus dem Lastumschalterstab, mindestens einem aber vorzugsweise drei Schaltmitteln, drei Brückenschaltern und drei Überschaltwiderständen gebildet. Der Wähler wird aus dem ersten und dem zweiten Wählerstab gebildet. Lastumschalter und Wähler werden über das Getriebe betätigt. Sämtliche Teile des Wählers und des Lastumschalters sind zwischen zwei Grundplatten aus Isolierstoff angeordnet.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltmittels;
Fig. 2 eine weitere Ansicht des erfindungsgemäßen Schaltmittels;
Fig. 3 eine weitere Ansicht des erfindungsgemäßen Schaltmittels;
Fig. 4 eine erste Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Schaltmittels;
Fig. 5 eine zweite Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Schaltmittels;
Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter mit mindestens einem
Schaltmittel;
Fig. 7 eine detaillierte Ansicht eines Laststufenschalters mit einem Schaltmittel.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltmittel 1 für einen Laststufenschalter 30. Das Schaltmittel 1 weist ein Schaltmittelgehäuse 2 mit einem ersten Gehäuseteil 2.1 und einem zweiten Gehäuseteil 2.2 auf. Weiterhin weist das Schaltmittel 1 einen ersten Festkontakt 3 und einen zweiten Festkontakt 4 auf. Im Inneren 29 des Schaltmittels 1 befindet sich weiterhin ein beweglicher Kontakt 5. Der bewegliche Kontakt 5 ist an einem Träger 8 angeordnet bzw. befestigt. Weiterhin ist am Träger 8 ein erstes Anziehungselement 6 angebracht. Der bewegliche Kontakt 5, der Träger 8 und das erste Anziehungselement 6 bilden eine Einheit. Sobald eins der Teile bewegt wird, bewegen sich die anderen Teile mit. Zwischen dem Träger 8 und dem zweiten Gehäuseteil 2.2 sind ein erstes Federelement 7 und ein zweites Federelement 9 angeordnet. Die Federelemente 7, 9 halten den beweglichen Kontakt 5 in einer ersten Position 40. In dieser ersten Position 40 kontaktiert der bewegliche Kontakt 5 keinen der zwei Festkontakte 3, 4.
Ein zweites Anziehungselement 31 ist an einem Lastumschalterstab 32 angeordnet. Das Anziehungselement 31 und der Lastumschalterstab 32 sind Teile des Laststufenschalters 30. Dabei ist das Schaltmittel 1 und insbesondere das erste Anziehungselement 6 in unmittelbarer Nähe des Lastumschalterstabes 32 und damit des zweiten Anziehungselements 31 angeordnet. Der Lastumschalterstab 32 ist im Laststufenschalter 30 beweglich gelagert. Beim Betätigen des Laststufenschalters 30 wird unter anderem auch der Lastumschalterstab 32 derart bewegt, dass das zweite Anziehungselement 31 in die unmittelbare Nähe des ersten Anziehungselements 6 gebracht wird und von diesem auch wieder entfernt werden kann. Sobald der Abstand zwischen dem ersten Anziehungselement 6 und dem zweiten Anziehungselement 31 klein genug ist und die Anziehungskräfte eine bestimmte Größe überschreiten, wird das erste Anziehungselement 6 samt beweglichem Kontakt 5 und Träger 8 in Richtung des zweiten Anziehungselements 31 bewegt. Die Anziehungskräfte sind dabei groß genug, um gegen die Kraft der Federelemente 7, 9 zu wirken. Der bewegliche Kontakt 5 nimmt dabei eine zweite Position 41 im Schaltelement 1 ein.
In der zweiten Position 41 kontaktiert der bewegliche Kontakt 5 die beiden Festkontakte 3, 4. Dadurch wird ein Stromfluss durch den beweglichen Kontakt 5 und die beiden Festkontakte 3, 4 ermöglicht. Sobald sich der Lastumschalterstab 32 mit dem zweiten Anziehungselement 31 von dem Schaltmittel 1 und insbesondere dem ersten Anziehungselement 6 entfernt, bewegen die Federelemente 7, 9 ab einem bestimmten Punkt den beweglichen Kontakt 5 samt Träger 8 und dem ersten Anziehungselement 6 erneut in die erste Position 40. Die erste Position ist durch eine Strich-Punktlinie angedeutet.
In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Lastumschalterstab 32 unterhalb des Schaltmittels 1 angeordnet. Der Lastumschalterstab 32 führt eine lineare Bewegung in der horizontalen Ebene aus. Sobald sich das zweite Anziehungselement 32 unterhalb des ersten Anziehungselements 6 befindet, wie in Figur 2 dargestellt, wird der bewegliche Kontakt 5, bedingt durch die Anziehungskräfte der beiden Anziehungselemente 6, 32, nach unten bewegt und ein Kontakt zwischen dem beweglichen Kontakt 5 und den Festkontakten 3, 4 hergestellt. Entfernt sich das zweite Anziehungselement 31 vom Schaltmittel 1 , in dem der Lastumschalterstab 32 weiter in der Horizontalen bewegt wird, wie in Figur 3 dargestellt ist, wird der bewegliche Kontakt 3 durch die Federelemente 7, 9 in die erste Position 40 gefahren und der Kontakt zu den Festkontakten 3, 4 wird getrennt. Die zweite Position ist ebenfalls durch eine Strich-Punktlinie angedeutet.
In der in den Figuren 1 - 3 gezeigten Ausführungsform sind, isterste Anziehungselement 6 und das zweite Anziehungselement 31 als Magnet ausgebildet. Alternativ kann nur eins der Anziehungselemente 6, 31 als Magnet ausgebildet sein, wobei das andere
Anziehungselement dann als weichmagnetisches Element ausgebildet ist. Hierbei ist es vollkommen egal, ob das erste oder das zweite Anziehungselement 6, 31 als Magnet ausgebildet ist. Bei einer Umsetzung beider Anziehungselemente 6, 31 als Magnete, ist die Anziehungskraft zwischen den beiden Anziehungselementen 6, 31 besonders stark, was sich entsprechend auf die Reaktionszeiten und Bewegungsgeschwindigkeiten des beweglichen Kontaktes 5 auswirkt.
Figur 4 und Figur 5 zeigen eine konstruktive Lösung des erfindungsgemäßen Schaltmittels 1 . Dabei ist der Träger 8 derart ausgestaltet, dass der bewegliche Kontakt 5 und das erste Anziehungselement 6 von diesem umschlossen sind, sodass eine Einheit aus beweglichem Kontakt 5, erstem Anziehungselement 6 und Träger 8 entsteht. Der bewegliche Kontakt 5 kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Träger 8 weist Konturen bzw. Außenflächen 14 auf, die mit dem Inneren des Schaltmittelgehäuses 2 korrespondieren derart, dass eine Führung für die Bewegung des Trägers 8 entsteht. Mit anderen Worten entsteht eine bewegliche und formschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse 2 und Träger 8. Weiterhin weist der Träger 8 ein erstes und ein zweites Halteelement 11 , 12 auf, die zum Fixieren bzw. Stützen der Federelemente 7, 9 dienen. Zwischen den jeweiligen Enden, insbesondere den Kontaktstellen, des beweglichen Kontaktes 5 und den Festkontakten 3, 4, sind Funkenlöschelemente 13 angeordnet. Die Funkenlöschelemente 13 umschließen die Kontaktflächen zwischen dem beweglichen Kontakt 5 und den Festkontakten 3, 4 und schirmen damit das Schaltmittelgehäuse 2 von innen gegen mögliche Lichtbögen ab. Das Schaltmittelgehäuse 2 weist Befestigungsstege 15 auf, durch die das Schaltmittel 1 im Laststufenschalter 30, vorzugsweise an einer Platte, fixiert ist. Die Festkontakte 3, 4 können ein- oder mehrteilig ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind die Kontaktpunkte zwischen dem beweglichen Kontakt 5 und den Festkontakten 3, 4 aus einem Material ausgestaltet, das besonders abriebs- und abbrandfest ist.
In Figur 6 ist der Laststufenschalter 30 mit einem Wähler 20 und einem Lastumschalter 50 dargestellt. Der Laststufenschalter 30 wird mittels einer Antriebswelle 18 über ein Getriebe 19 betätigt. Der Wähler 20 umfasst dabei einen ersten Wählerstab 21 und einen zweiten Wählerstab 25. Der Lastumschalter 50 umfasst einen Lastumschalterstab 32. Da die dargestellte Ausführungsform des Laststufenschalters 30 dreiphasig ausgestaltet ist, weist der Lastumschalter 50 je ein Schaltmittel 1 für je eine Phase auf. Die Antriebswelle 18 bewegt über das Getriebe 19 den ersten und den zweiten Wählerstab 21 , 25 sowie den Lastumschalterstab 32. Der Lastumschalter 50 und der Wähler 20 sind auf einer Grundplatte 17 angeordnet. In der Grundplatte 17 sind außerdem mehrere Wählerkontakte 28 eingebracht. Die Wählerkontakte 28 sind mit, hier nicht gezeigten, Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators, insbesondere Ortsnetztransformators, verbunden.
Das Getriebe 19 weist im Bereich des Wählers 20 ein erstes und zweites Antriebsritzel sowie ein erstes und zweites Abtriebsritzel auf. Weiterhin weisen der erste und der zweite Wählerstab 21 , 25 auf jeweils einer, dem Getriebe zugewandten, Seite verzahnten Bereich auf.
In Figur 7 ist die Antriebswelle 18 mit einer Kurbel 53 und einem Pleuel 54 dargestellt. Das Pleuel 54 ist an einem ersten Ende mit der Kurbel 53 und an einem zweiten Ende mit dem Lastumschalterstab 32 mechanisch verbunden. Durch Drehung der Antriebswelle 18 wird der Lastumschalterstab 32 über die Kurbel 53 und das Pleuel 54, während der Umschaltung in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, bewegt. Somit ergibt sich, dass bei einer Umschaltung von einem Wählerkontakt 28 zu einem benachbarten Wählerkontakt 28, die Wählerstäbe 21 , 25 in eine erste Richtung bewegt werden und der Lastumschalterstab 32 in die erste Richtung und in die zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, bewegt wird.
Mit anderen Worten, sind der erste Wählerstab 21 und der zweite Wählerstab 25 parallel in einer Ebene angeordnet, der erste Wählerstab 21 und der Lastumschalterstab 32 parallel in einer Ebene angeordnet und der zweite Wählerstab 25 und der Lastumschalterstab 32 parallel in einer Ebene angeordnet; das bedeutet kollinear.
Bei einer Umschaltung werden die Wählerstäbe 21 , 25 zeitlich versetzt in eine erste Richtung bewegt, d.h. nach rechts oder links bzw. nach oben oder unten. Der Lastumschalterstab 32 wird hingegen bei einer Umschaltung in eine erste Richtung und eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, bewegt d.h. nach rechts und nach links, oder umgekehrt, bzw. nach oben oder unten, oder umgekehrt.
Der Lastumschalterstab 32 kann jedoch auch mehrmals in die erste oder die zweite Richtung während einer Umschaltung bewegt werden. Dabei erfolgt der mehrmalige Richtungswechsel stets nacheinander.
Weiterhin ist es möglich den Lastumschalterstab 32 über ein teilverzahntes Getriebe und/oder ein Maltesergetriebe über die Antriebswelle 18 zu betätigen.
Der Lastumschalterstab 32 weist für die Betätigung jedes Schaltmittels 1 ein zweites Anziehungselement 31 auf. In der hier beschriebenen Ausführungsform weist der Lastumschalterstab 32 drei Anziehungselemente 31 auf. Das Anziehungselement 31 dient der Betätigung des Schaltmittels 1. Sobald der Lastumschalterstab 32 mit dem zweiten Anziehungselement 31 in den Wirkbereich des ersten Anziehungselements 6 gelangt, wird der bewegliche Kontakt 5 in seine zweite Position 41 bewegt und das Schaltmittel 1 betätigt. Weiterhin betätigt der Lastumschalterstab 32 einen Brückenschalter 56. Dieser umfasst einen ersten Kontakt 63 und eine zweiten Kontakt 64. Dabei sind die Kontakte 63, 64 mechanisch mit dem Lastumschalterstab 32 verbunden.
Bezugszeichenliste
1 Schaltmittel
2 Schaltmittelgehäuse
2.1 erstes Gehäuseteil
2.2 zweites Gehäuseteil
3 erster Festkontakt
4 zweiter Festkontakt
5 beweglicher Kontakt
6 erstes Anziehungselement
7 erstes Federelement
8 Träger
9 zweites Federelement
11 erstes Flalteelement
12 zweites Flalteelement
13 Funkenlöschelement
14 Außenflächen/Konturen
15 Befestigungsstege
17 Grundplatte
18 Antriebswelle
19 Getriebe
20 Wähler
21 erster Wählerstab 25 zweiter Wählerstab
29 Inneres von 2
30 Laststufenschalter
31 zweites Anziehungselement
32 Lastumschalterstab
40 erste Position
41 zweite Position 50 Lastumschalter
53 Kurbel
54 Pleuel
56 Brückenschalter
63 erster Kontakt von 56
64 zweiter Kontakt von 56

Claims

Patentansprüche
1. Schaltmittel (1 ) für einen Laststufenschalter (30), umfassend:
- einen ersten Festkontakt (3) und einen zweiten Festkontakt (4); einen beweglichen Kontakt (5) mit einem ersten Anziehungselement (6); wobei
- der bewegliche Kontakt (5) über das erste Anziehungselement (6) und ein zweites Anziehungselement (31), das außerhalb des Schaltmittels (1) angeordnet ist, aus einer ersten Position (40) in eine zweite Position (41) bewegbar ist; der bewegliche Kontakt (5) in seiner ersten Position (40) keinen oder nur einen der Festkontakte (3, 4) kontaktiert und in seiner zweiten Position (41) beide Festkontakte (3, 4) kontaktiert.
2. Schaltmittel (1) für einen Laststufenschalter (30) nach Anspruch 1 , wobei mindestens eins der Anziehungselemente (6, 31 ) ein Magnet bzw. Permanentmagnet ist.
3. Schaltmittel (1) für einen Laststufenschalter (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- das erste Anziehungselement (6) am beweglichen Kontakt (5) befestigt ist; ein erstes Federelement (7) zwischen dem beweglichen Kontakt (5) und einem zweiten Gehäuseteil (2.2) angeordnet ist;
- das erste Federelement (7) den beweglichen Kontakt (5) in der ersten Position (40) hält.
4. Schaltmittel (1 ) für einen Laststufenschalter (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
- ein erstes Gehäuseteil (2.1 ) vorgesehen ist;
- das erste und das zweite Gehäuseteil (2.1 , 2.2) ein Schaltmittelgehäuse (2) bilden;
- der bewegliche Kontakt (5), das erste Anziehungselement (6) und das erste Federelement (7) in einem Inneren (29) des Schaltmittelgehäuses (2) angeordnet sind;
- der erste und der zweite Festkontakt (3, 4) derart angeordnet sind, dass sich diese aus dem Inneren (29) des Schaltmittelgehäuses (2) nach außen erstrecken.
5. Schaltmittel (1 ) für einen Laststufenschalter (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
- der bewegliche Kontakt (5) und das erste Anziehungselement (6) an einem T räger (8) angeordnet sind und eine Einheit bilden;
- der Träger (8) im Schalmittelgehäuse (8) beweglich gelagert ist;
- das Schaltmittelgehäuse (2) dem Träger (8) als Führung bei der Bewegung des beweglichen Kontaktes (5) von der ersten Position (40) in die zweite Position (41) dient.
6. Laststufenschalter (30) mit einem Schaltmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend: einen Lastumschalterstab (32) mit einem zweiten Anziehungselement (31).
7. Laststufenschalter (10) nach Anspruch 6, wobei ein erster Wählerstab (21) und ein zweiter Wählerstab (25) vorgesehen sind;
- der erste Wählerstab (21), der zweite Wählerstab (25) und der Lastumschalterstab (32) kollinear angeordnet sind;
- ein Getriebe (19) vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist o die Wählerstäbe (21 , 25) während einer Umschaltung von einem Wählerkontakt (28) auf einen benachbarten Wählerkontakt (28) in eine erste Richtung zu bewegen; o den Lastumschalterstab (32) während der Umschaltung in die erste Richtung und eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, zu bewegen, um das Schaltmittel (1) zu betätigen.
8. Laststufenschalter (10) nach einem der Ansprüche 6 - 7, wobei
- das Getriebe (19) eine Kurbel (53) und ein Pleuel (54) umfasst, eine Antriebswelle (18) den Lastumschalterstab (32) mit dem zweiten Anziehungselement (31) über die Kurbel (53) und das Pleuel (54) bewegt und damit das Schaltmittel (1) mit dem ersten Anziehungsmittel (6) während der Umschaltung des Laststufenschalters betätigt.
9. Laststufenschalter (10) nach einem der Ansprüche 6 - 8, wobei
- das Getriebe (19) dazu eingerichtet ist während der Umschaltung den ersten Wählerstab (21) in die erste Richtung zu bewegen, danach den Lastumschalterstab (32) in die erste und die zweite Richtung zu bewegen und danach den zweiten Wählerstab (25) in die erste Richtung zu bewegen.
10. Laststufenschalter (10) nach einem der Ansprüche 6 - 9, wobei
- das Getriebe (19) dazu eingerichtet ist während der Umschaltung den Lastumschalterstab (32) mehrmals in die erste und/oder mehrmals die zweite Richtung zu bewegen.
11 . Laststufenschalter (10) nach einem der Ansprüche 6 - 10, wobei der Lastumschalterstab (32) während der Umschaltung des Laststufenschalters (1) das Schaltmittel (1) öffnet oder schließt.
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