Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit mindestens zwei Vakuumschaitröhren. Der Laststufenschalter umfasst einen Wähler zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators, einen Lastumschalter zur Umschaitung von der beschalteten Wicklungsanzapfung auf die jeweils vorgewählte Wicklungsanzapfung, eine drehbare Antriebswelle, die mit dem Wähler mechanisch gekoppelt ist und ein Getriebe zur Betätigung eines beweglichen Kontakts einer jeweiligen Vakuumschaltröhre. Die Erfindung betrifft ferner einen Antrieb für einen Lastumschalter mit mindestens zwei Vakuumschaitröhren.

Laststufenschalter der eingangs beschrieben Art sind im Stand der Technik allseits be- kannt und gebräuchlich. Sie dienen zur unterbrechungslosen Umschaitung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren.

Solche Laststufenschalter bestehen aus einem Lastumschalter und einem darunter angeordneten Wähler. Der Wähler dient zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen neuen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll. Der Lastumschalter dient zur nachfolgenden, schnellen und unterbrechungslosen Umschaitung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Der gesamte Laststufenschalter wird von einem Motorantrieb bei der Umschaitung betätigt. Eine sich drehende Antriebswelle bewegt kontinuierlich den Wähler, gleichzeitig wird ein Kraftspei- eher des Lastumschalters aufgezogen. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt im Zeitraum von Millisekunden (ms) den Lastumschalter.

Bei der beschriebenen Lastumschaltung vollführt der Lastumschalter eine spezifische Schaltsequenz, d. h. verschiedene Schaltkontakte und Widerstandskontakte werden in bestimmter zeitlicher Reihenfolge nacheinander bzw. überlappend betätigt. Die Schaltkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschattung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände. Vorteilhafterweise werden Vakuumschaitröhren als Schaltelemente zur Lastumschaltung eingesetzt. Dies beruht darauf, dass die Verwendung von Vakuumschaitröhren zur Lastumschaltung eine Licht- bogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des Lastumschalteröles verhindert, wie beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE 195 10 809 C1 und DE 40 11 019 C1 sowie den deutschen Offenlegungsschriften DE 42 31 353 A1 und DE 10 2007 004 530 A1 beschrieben.

Ein derartiger Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren ist auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 043 171 A1 offenbart. Hier trägt ein Lastumschalter eine Antriebswelle mit mindestens einer Kurvenscheibe. Die Kurvenscheibe weist mehrere Steuerkurven auf, wobei zwei an der Kurvenscheibe stirnseitig angeordnete Steuerkurven eine von einer Kreisform abweichende Kontur nach Art von Nocken aufweisen, an der kontaktschlüssig jeweils eine über einen Kipphebel mit einer Vakuumschaltröhre verbundene Rolle geführt wird, die die profilierte Kontur der jeweiligen Steuerkurve abgreift.

Aufgabe der Erfindung ist daher, einen platzsparenden Laststufenschalter mit mindestens zwei Vakuumschaltröhren zu schaffen, der gleichzeitig eine störungsunanfällige, sichere und schnelle Lastumschaltung gewährleistet und einen langlebigen Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mindestens zwei Vakuumschaltröhren nach Anspruch 1 gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist ferner, einen Antrieb für einen Lastumschalter mit mindestens zwei Vakuumschaltröhren zu schaffen, der eine fehlerfreie, sichere und schnelle Lastumschaltung gewährleitet. Diese Aufgabe wird durch einen Antrieb für einen Lastumschalter mit mindestens zwei Vakuumschaltröhren nach Anspruch 9 gelöst.

Der erfindungsgemäße Laststufenschalter mit mindestens zwei Vakuumschaltröhren umfasst einen Wähler zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung eines Stufe n- transformators und einen Lastumschalter zur Umschaltung von der beschalteten Wicklungsanzapfung auf die jeweils vorgewählte Wicklungsanzapfung. Ferner weist der Laststufenschalter eine drehbare Antriebswelle, die mit dem Wähler mechanisch gekoppelt ist, und ein Getriebe zur Betätigung eines beweglichen Kontakts einer jeweiligen Vakuumschaltröhre auf. Erfindungsgemäß ist jeweils eine in Richtung der Achse bewegliche und mit dem beweglichen Kontakt gekoppelte Spindel vorgesehen, die über das Getriebe betätigbar ist. Anzumerken ist, dass der bewegliche Kontakt aus einem oberen Stößel und weiteren zur elektrischen Übertragung bestehenden Bauteilen besteht. Zudem weist jede Vakuumschaltröhre einen unteren Stößel auf. D. h. , die Axialbewegung der Spindel wird auf den beweglichen Kontakt übertragen, so dass der bewegliche Kontakt mit dem unteren Stößel koppelbar ist. Somit ist dann eine elektrische Leitfähigkeit gegeben und der Stromkreis ist geschlossen. Eine Öffnung des Stromkreises erfolgt entgegengesetzt, d. h. beweglicher Kontakt und unterer Stößel in jeder Vakuumschaltröhre sind beabstandet zueinander. Auf eine nähere Beschreibung und Darstellung des beweglichen Kontakts und des unteren Stößels in jeder Vakuumschaltröhre wurde verzichtet, da diese im Stand der Technik allseits bekannt und gebräuchlich sind.

Das Getriebe weist mindestens eine Kurvenscheibe, eine Spindelmutter und mindestens einen auf der Spindelmutter in Richtung der Achse ausgebildeten Mitnehmer auf. Die Spindelmutter ist axial fest, aber drehbar gelagert. Der mindestens eine Mitnehmer, im Maschinenwesen auch Stift bzw. Mitnehmerstift genannt, ist derart auf der Spindelmutter ausgebildet, dass er bei einer Drehbewegung die Spindelmutter ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt, also mitnimmt. Die Spindelmutter wiederum setzt die Drehbewegung in eine Axialbewegung der Spindel um.

Um eine kontinuierliche Drehbewegung der Antriebswelle in interemittierende Drehbewe- gungen bzw. die Zahl der Drehbewegungen der Spindelmutter bei einer Lastumschaltung einer jeweiligen Vakuumschaltröhren entsprechend zu ändern, trägt in einer ersten Ausführungsform die mindestens eine Kurvenscheibe mindestens eine Nocke, d. h. die Kurvenscheibe weist dabei eine von ihrer Kreisform abweichende Kontur auf. Somit wirkt bei einer Drehbewegung einer Kurvenscheibe mindestens ein Mitnehmer mit der Nocke zu- sammen, nämlich derart, dass der mindestens eine Mitnehmer bei einer Drehbewegung der Kurvenscheibe in die Nocke greift. Der Mitnehmer wird derart lange in der Nocke mitgenommen bis er wieder aus der Nocke austritt.

In einer weiteren Ausführungsform, um die Drehbewegungen bei Lastumschaltungen zu ändern, trägt eine erste Kurvenscheibe eine erste Nocke und eine zweite Kurvenscheibe eine zweite Nocke. Die erste Nocke wirkt dabei mit dem mindestens einen ersten Mitnehmer und die zweite Nocke mit dem mindestens einen zweiten Mitnehmer der Spindelmutter zusammen.

Insbesondere ist das in den beiden Ausführungsformen beschriebene Getriebe ein Kurvenschrittgetriebe.

In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Lagerung für die Spindel und die Spindelmutter vorgesehen, die als ein Wälzlager, Gleitgewindetrieb und/oder Kugelgewindetrieb ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Lagerung ein Kugelgewindetrieb. Kugelgewindetriebe zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen der Spindelmutter und der Spindel sich Wälzkörper in Form von Kugeln in Laufrillen abrollen und so Bewegungen mit einem hohen Wirkungsgrad sichern. Im Vergleich zu konventionellen Gleitgewindetrieben, oder sogenannten Wälzschraubtrieben, wird durch die Punktanlage der Kugeln die Antriebsleistung reduziert, ein Verschleiß der Wälzkörperlaufbahnen verringert, eine erreichbare Verfahrgeschwindigkeit gesteigert und eine höhere

Positioniergenauigkeit ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Verdrehsicherung vorgesehen, die die Spindel gegen ein Verdrehen sichert. Diese Verdrehsicherung kann beispielsweise ein Rollenlager oder eine Axialsicherung als Hülse sein. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass auch andere Verdrehsicherungen denkbar sind, da verschiedene Sicherungen gegen ein Verdrehen einer Spindel im Stand der Technik offenbart sind.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist eine Druckfeder zwischen der Spindel und dem beweglichen Kontakt angeordnet, die den beweglichen Kontakt in Richtung der Achse des Lastumschalters mechanisch vorspannt. Dies beruht darauf, dass bei einer Lastumschaltung zwischen dem beweglichen Kontakt und der Spindel zahlreiche kleine Entladungen stattfinden, so dass es an den beiden Bauteilen zu einem wechselseitigen Materialabtrag, auch Kontakt- oder Elektrodenabbrand genannt, kommt. Die Druckfeder soll dabei die durch den Materialabtrag bedingte Veränderung des Abstandes zwischen den Kontakten ausgleichen und somit für einen Lastumschalter konstante Bedingungen schaffen. Zum Ausgleich der durch den Kontaktabbrand entstehenden Veränderung des Axialweges, den jeder bewegliche Kontakt bei seiner durch die Spindel eingeleiteten Kraftfluss bewirkten Axialbewegung zurücklegt, ist in einer Lagereinheit zur Lagerung des beweg li- chen Kontakts ferner ein Axialspiel zwischen der Lagereinheit und dem beweglichen Kontakt vorgesehen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Laststufenschalters besteht darin, dass bei einer Lastumschaltung lediglich axiale Bewegungen jedes beweglichen Kontakts und jeder mit diesem gekoppelte Spindel auszuführen sind. Somit ist ein schneller, sicherer und verkantungsfreier Hub zum öffnen und Schließen der Vakuumschaltröhren möglich. Gleichzeitig ist durch die oben beschriebene gesteigerte Verfahrgeschwindigkeit der Spindel ebenfalls ein schneller Hub gewährleistet. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Laststufenschalters ist, dass durch die axiale Anordnung von jedem beweglichen Kontakt und Spindel, weitere Bauelemente von mechanischen Schaltern, wie beispielsweise Kipphebel, Unterbrecher, etc. entfallen können.

Der erfindungsgemäße Antrieb für einen Lastumschalter mit mindestens zwei Vakuum- schaltröhren umfasst eine drehbare Antriebswelle und ein Getriebe zur Betätigung eines beweglichen Kontakts einer jeweiligen Vakuumschaltröhre. Jeweils eine Spindel ist mit dem beweglichen Kontakt mechanisch gekoppelt, wobei die Spindel über das Getriebe drehbar ist, so dass eine Bewegung des Kontakts in Richtung einer Achse des Lastumschalters bewirkbar ist. Das Getriebe weist mindestens eine Kurvenscheibe, die jeweils mindestens eine Nocke trägt, eine Spindelmutter und mindestens einen auf der Spindelmutter in Richtung der Achse ausgebildeten Mitnehmer auf, der mit der mindestens einen Nocke der jeweiligen Kurvenscheibe zusammenwirkt. Vorteilhafterweise ist durch die axiale Anordnung von jedem beweglichen Kontakt und Spindel, d. h. es müssen keine Kräfte mehr über weitere mechanische Schalter umgeleitet werden, eine fehlerfreie, si- chere und schnelle Lastumschaltung möglich.

Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters bei einem offenen Stromkreis:

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht des Laststufenschalters nach Fig. 1 bei einem geschlossenen Stromkreis;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Lastumschalters des erfindungsgemäßen Laststufenschalters bei einem offenen Stromkreis, wobei eine Druckfeder zwischen einer Spindel und dem beweglichen Kontakt angeordnet ist; und

Fig. 4 eine Seitenansicht des Lastumschalters nach Fig. 3 bei einem geschlossenen Stromkreis.

In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 . Der Laststufenschalter 1 zeigt hier aus Übersichtlichkeitsgründen nur eine Vakuumschaltröhre 3, wobei der Laststufenschalter 1 aber stets mindestens zwei Vakuumschaltröhren 3 aufweist. Ein Wähler 7 dient zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung n, n+1 eines Stufentransformators 9. Ein Lastumschalter 5 bewirkt die Umschaltung von der beschalteten Wicklungsanzapfung n auf die jeweils vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1. Ferner weist der Laststufenschalter 1 eine drehbare Antriebswelle 1 1 auf. Ein Getriebe 15, das mit der Antriebswelle 1 1 verbunden ist, dient zur Betätigung eines beweglichen Kontakts 17 (in Fig. 3 und Fig. 4 detaillierter dar- gestellt), der in einer jeweiligen Vakuumschaltröhre 3 realisiert ist. Die Antriebswelle 11 ist mit dem Wähler 7 mechanisch gekoppelt und bewegt diesen kontinuierlich. Zugleich wird ein Kraftspeicher 13 des Lastumschalters 5 aufgezogen. Ist der Kraftspeicher 13 vollständig aufgezogen, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt im ms-Bereich über die Antriebswelle 11 den Lastumschalter 5.

Erfindungsgemäß ist jeweils eine in Richtung der Achse A bewegliche und mit dem beweglichen Kontakt 17 gekoppelte Spindel 19 vorgesehen, die über das Getriebe 15 betätigbar ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ragt die Spindel 19 in Richtung der Achse A im Vergleich zu Fig. 2 über eine Ebene E hinaus, so dass der beweglichen Kontakt 17 zu einem unteren Stößel 39 der Vakuumschaltröhre 3 beabstandet ist (s. hierzu Fig. 3). Somit ist der Stromkreis offen und es fließt kein Strom.

Das Getriebe 15 weist in dieser Ausführungsform eine erste Kurvenscheibe 21 A und eine zweite Kurvenscheibe 21 B, eine Spindelmutter 23 und drei auf der Spindelmutter 23 in Richtung der Achse A ausgebildete Mitnehmer 25A, 25B auf. Denkbar ist aber auch, dass weitere Ausführungsformen mehr als nur zwei Kurvenscheiben 21 A, 21 B oder mehr oder weniger als drei auf der Spindelmutter 23 ausgebildete Mitnehmer 25A, 25 B aufweisen. Um kontinuierliche Drehbewegungen der Antriebswelle 1 1 in Drehbewegungen der Spindelmutter 23 bei einer Lastumschaltung zu ändern, tragen die erste und die zweite Kurvenscheibe 21A, 21 B jeweils eine erste bzw. zweite Nocke 27A, 27B. Andere Ausführungsformen können auch mehr als nur eine Nocke 27A, 27B an jeder Kurvenscheibe 21A, 21 B aufweisen.

Bei einer Drehbewegung ω wirkt somit die erste Nocke 27A der ersten Kurvenscheibe 21A mit mindestens einem der zwei Mitnehmer 25A und die zweite Nocke 27B der zweiten Kurvenscheibe 21 B mit dem zweiten Mitnehmer 25B der Spindelmutter 23 zusammen. Jeder Mitnehmer 25A, 25B wird derart lange in der jeweiligen Nocke 27A, 27B bei einer Drehbewegung ω der ersten und zweiten Kurvenscheibe 21 A, 21 B mitgenommen, bis er wieder aus jeweiligen Nocke 27A, 27B austritt.

Ferner ist mindestens eine Lagerung 29 für die Spindel 19 und die Spindelmutter 23 vorgesehen. Vorteilhaftweise ist die Lagerung 29 ein Kugelgewindetrieb. Kugelgewindetriebe zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen der Spindelmutter 23 und der Spindel 19 sich Wälzkörper (nicht dargestellt) in Form von Kugeln in Laufrillen 31 abrollen und so Axialbewegungen mit einem hohen Wirkungsgrad sichern.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 , wie auch in Fig. 1 gezeigt, sieht eine Verdrehsicherung 33 vor, so dass die Spindel 19 gegen ein

Verdrehen gesichert ist. Da einem Fachmann Verdrehsicherungen 33 für eine Spindel 19 bekannt sind, wird auf eine Beschreibung dieser verzichtet. Fig. 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Laststufenschalters 1 nach Fig. 1 bei einem geschlossenen Stromkreis. Dies beruht darauf, dass die Spindel 19 in Richtung der Achse A im Vergleich zu Fig. 1 auf Höhe der Ebene E ist. D. h. der bewegliche Kontakt 17 ist mit dem unteren Stößel 39 der Vakuumschaltröhre 3 mechanisch gekoppelt (s. hierzu Fig. 4). Somit ist der Stromkreis geschlossen und es fließt Strom.

Weitere in dieser Darstellung zu entnehmenden Merkmale einschließlich ihrer Bezugszeichen sind identisch mit dem Laststufenschalter 1 nach Figur 1 und sind dieser daher zu entnehmen. Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Lastumschalters 5 des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 (s. Fig. 1 ) bei einem offenen Stromkreis, wobei eine Druckfeder 37 zwischen einer Spindel 19 und dem beweglichen Kontakt 17 angeordnet ist. Die Druckfeder 37 ist dafür vorgesehen, dass der bewegliche Kontakt 17 in Richtung der Achse A des Lastumschalters 5 mechanisch vorspannt ist und ein Elektroabbrand vermieden wird.

Wie bereits beschrieben, ist der elektrische Kontakt 17 aus einem oberen Stößel 37 und weiteren zur elektrischen Übertragung bestehenden Bauteilen (nicht dargestellt) ausgebildet. Auf eine genauere Beschreibung des elektrischen Kontakts 17 wurde aufgrund im Stand der Technik bekannter Bauweisen verzichtet. Fig. 3 zeigt auch, dass in jeder Va- kuumschaltröhre 3 ein unterer Stößel 39 ausgebildet ist. Da hier der beweglichen Kontakt 17 zu dem unteren Stößel 39 der Vakuumschaltröhre 3 beabstandet ist, ist der Stromkreis offen.

Weitere hier zu entnehmenden Merkmale einschließlich ihrer Bezugszeichen sind iden- tisch mit den vorherigen Figuren 1 und 2 und sind dieser daher zu entnehmen.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Lastumschalters 5 nach Fig. 3 bei einem geschlossenen Stromkreis, da der bewegliche Kontakt 17 mit dem unteren Stößel 39 der Vakuumschaltröhre 3 mechanisch gekoppelt ist. Somit fließt Strom. Zum Ausgleich der durch einen Kontaktabbrand entstehenden Veränderung des Axialweges, den jeder bewegliche Kontakt 17 bei seiner durch die Spindel 19 eingeleiteten Kraftfluss bewirkten Axialbewegung zurücklegt, ist in einer Lagereinheit 41 zur Lagerung des beweglichen Kontakts 17 ein Axialspiel 43 zwischen der Lagereinheit 41 und dem beweglichen Kontakt 17 vorgesehen. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachste- henden Ansprüche zu verlassen. Die voran stehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein.

Bezugszeichenliste:

I Laststufenschalter

3 Vakuumschaltröhre

5 Lastumschalter

7 Wähler

9 Stufentransformator

I I Antriebswelle

13 Kraftspeicher

15 Getriebe

17 beweglicher Kontakt

19 Spindel

21 A, 21 B erste, zweite Kurvenscheibe

23 Spindelmutter

25A, 25B Mitnehmer

27A, 27B erste, zweite Nocke

29 Lagerung

31 Laufrille

33 Verdrehsicherung

35 Druckfeder

37 oberer Stößel

39 unterer Stößel

41 Lagereinheit

43 Axialspiel

A Achse

E Ebene

ω Drehbewegung

n beschaltete Wicklungsanzapfung n+1 vorwählbare Wicklungsanzapfung