Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen

Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Laststufenschaiter sind seit vielen Jahren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren in großen Zahlen weltweit im Einsatz. Sogenannte Reaktorschalter, die besonders in Nord-Amerika verbreitet sind, besitzen eine Umschaltreaktanz, die eine langsame, kontinuierliche Umschaltung ermöglicht. Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschalt-Prinzip bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des

Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der bisherigen auf die neue, vorgewählte

Wicklungsanzapfung. Der Lastumschalter weist dazu üblicherweise Schaltkontakte und Widerstandskontakte auf. Die Schaitkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer

Überschaltwiderstände. Die Entwicklungen der letzten Jahre führten jedoch weg von

Lastumschaltern mit mechanischen Schaltkontakten im Isolieröl. Stattdessen werden vermehrt Vakuumschaltzellen als Schaltelemente eingesetzt.

Ein derartiger Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren ist beispielsweise aus der DE 10 2009 043 171 A1 offenbart. Hier trägt ein Lastumschalter eine von einem Kraftspeicher antreibbare 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.

Bei einer besonderen Gattung von Laststufenschaltern, den so genannten Lastwählern, sind die beschriebenen Mittel zur Anwahl einer neuen Wicklungsanzapfung und die Mittel zur eigentlichen Lastumschaltung baulich vereinigt und werden gemeinsam betätigt.

Üblicherweise sind Stufenschalter nach dem Prinzip der Widerstandsschnellschaltung zur unterbrechungslosen Umschaltung von einer Anzapfung eines Stufentransformators zu einer anderen so aufgebaut, dass die jeweils mit den Ausleitungen der Stufenwicklungen elektrisch in Verbindung stehenden festen Stufenkontakte in einer oder mehreren horizontalen Ebene bzw. Ebenen kreisförmig an einem Isolierstoffgerüst oder - zylinder angeordnet sind und durch von konzentrischen Antriebswellen betätigte drehbare Kontaktbrücken beschaltbar sind. Bei Lastwählem, bei denen die Stufenwahl und die eigentliche Lastumschaltung kombiniert sind, erfolgt die Betätigung der Kontaktbrücken dabei sprungartig nach Auslösung eines von der Antriebswelle des Schalters aufgezogenen Energiespeichers, meist Federkraftspeichers.

In der DE 42 37 165 C1 ist, abweichend von diesen üblichen Konstruktionen, ein

Stufenschalter mit linearer Kontaktbetätigung beschrieben, wobei die festen Stufenkontakte längs einer Bahn sich in das Innere des Schalters erstrecken und von einem verschiebbaren Schaltmechanismus beschaltbar sind, der wiederum von der Antriebswelle angetrieben wird. Der vertikal verschiebbare Schaltmechanismus besteht dabei aus einem kontinuierlich von der Antriebswelle antreibbaren Aufzugsschlitten, der den neuen festen Stufenkontakt vorwählt, und einem durch den Aufzugsschlitten mittels eines Energiespeichers

aufziehbarem Abtriebsteil, das nach Auslösung sprungartig dem Aufzugsschlitten nachläuft und dabei die eigentliche Lastumschaltung von der bisherigen Anzapfung der Stufenwicklung auf die vorgewählte neue Anzapfung vollzieht. Die dazu erforderlichen Schaltelemente sind Bestandteil des Abtriebsteiles.

Aus der DE 198 47 745 C1 ist ein weiterer, auf die Anmelderin zurückgehender,

Laststufenschalter mit linear angeordneten Wählerkontakten bekannt geworden. Oberhalb der Wählerkontakte, also örtlich getrennt, befinden sich die den jeweiligen Wählerkontakten einer jeden Phase zugeordneten feststehenden Vakuumschaltröhren zur eigentlichen, sprungartigen Lastumschaltung. Zur Betätigung dieses Laststufenschalters ist ein

Federenergiespeicher notwendig, der während seiner Aufzugsbewegung die Wählerkontakte betätigt, als auch die Vakuumschaltelemente durch seine sprungartige Abtriebsbewegung antreibt. Unabhängig vom konstruktiven Aufbau des Laststufenschalters, also mit rotierendem oder linear bewegbarem Kontaktsystem, bedarf es bei aus dem Stand der Technik bekannten Laststufenschaltern eines Federenergiespeichers zum sprungartigen Umschalten mittels des Kontaktsystems. Aus dem Stand der Technik bekannte Kraftspeicher werden zu ^' Beginn jeder Betätigung des Laststufenschalters von einer Antriebswelle aufgezogen, d. h.

gespannt. Die bekannten Kraftspeicher bestehen im Wesentlichen aus einem

Aufzugsschlitten und einem Sprungschlitten, zwischen denen Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind. Derartige Kraftspeicher sind beispielsweise der DE 198 55 860 C1 sowie der DE 28 06 282 B1 entnehmbar.

Es wird eine anfängliche langsame Drehbewegung der Antriebswelle genutzt, um einen Aufzugsschlitten translatorisch aufzuziehen, um nachfolgend die wiederum translatorische Bewegung des Sprungschlittens in eine rotatorische Hauptbewegung der Abtriebswelle und in eine damit verbundene eigentliche Kontaktbetätigung zu überführen. Diese aufwändige Wandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung und wieder zurück in eine Drehbewegung erfordert einen hohen Platzbedarf der Kraftspeicherkonstruktion innerhalb des Laststufenschalters und zudem eine Vielzahl komplexer einzelner Baugruppen,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Laststufenschalter anzugeben, der auf die aufwändige Konstruktion eines Kraftspeichers verzichtet und damit einen deutlich vereinfachten konstruktiven Aufbau bei gleichzeitig erhöhter Betriebssicherheit bietet.

Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, sowohl die Wählerkontakteinheit, als auch die Schaltmittel zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels eines gemeinsamen Motorantriebes ohne Zwischenschaltung eines Energiespeichers zu betätigen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von dem Motorantrieb sowohl eine Gewindespindel angetrieben, die ihrerseits mit der Wählerkontakteinheit in

Wirkverbindung steht, als auch eine Nockenwelle, mittels der die Schaltmittel zur

unterbrechungslosen Umschaltung betätigbar sind. Dies ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise eine einfache unabhängige Betätigung der Wählerkontakteinheit von den Schaltmitteln zur unterbrechungslosen Umschaltung.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der

Laststufenschalter ein an der Unterseite des Transformatordeckels befestigtes

Getriebemodul auf, das mit dem an der gegenüberliegenden Außenseite des

Transformatordeckels angeordneten Motorantrieb zusammenwirkt. Das Getriebemodul weist hierfür ein flanschartiges Dichtmodul auf, das direkt an der Unterseite des Transformatordeckels angeordnet ist und mit dem Motorantrieb lösbar verbunden, insbesondere verschraubt, ist. An dem Getriebemodul ist zudem der gesamte

Lastumschalter befestigt. Damit hat das Getriebemodul sowohl die Aufgabe, den

Laststufenschalter zu halten, als auch mittels des Dichtmoduls gegenüber der Außenseite des Transformators abzudichten. Verwindungen des Transformatordeckels beim Transport des Trafos werden somit nicht an den Laststufenschalter übertragen. Zudem kann damit ein Anschlussflansch mit überfräster Dichtfläche am Transformatordeckel entfallen. Darüber hinaus bietet diese Art der vorgeschlagenen Befestigung eine für den Transformatorbauer einfache Montage des Laststufenschalters innerhalb des Transformatorkessels.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Trägerplatte aus einem dielektrischen Material, insbesondere einem Kunststoff, vorgesehen, an der auf einer ersten Seite die Wählerkontakteinheit und an einer zweiten Seite die Schaltmittel zur unterbrechungslosen Umschaltung angeordnet sind, derart, dass die Trägerplatte den für den Laststufenschalter notwendigen Erdabstand herstellt.

Nach einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die mindestens eine Wählerkontakteinheit während einer Umschaltung entlang einer Führungsstange bewegt, die eine Linearführung der mindestens einen Wähierkontakteinheit sicherstellen. Eine

Wähierkontakteinheit umfasst dabei jeweils einen Gleitschlitten sowie einen Kontaktträger zur Aufnahme der beweglichen Wählerkontakte, die mit den festen Wählerkontakten zusammenwirken.

Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die beweglichen Wählerkontakte jeweils an einem Kontaktträger aufgenommen und wirken mit festen

Wählerkontakten zusammen, derart, dass die einzelnen festen Wählerkontakte durch eine Längsverschiebung der beweglichen Wählerkontakte samt Gleitschlitten, also der

Wähierkontakteinheit, entlang der Führungsstange beschaltbar sind. Durch die Hin- und/oder Herbewegung der Wähierkontakteinheit werden die einzelnen festen Wählerkontakte beschaltet und damit der Regelbereich des Laststufenschalters durchlaufen.

Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine erste seitliche Perspektivansicht einer Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Laststufenschalters Figur 2 eine zweite seitliche Perspektivansicht nach der Ausführungsform nach Figur 1

Figur 3 eine Detailansicht der Wählerkontakteinheit eines erfindungsgemäßen

Laststufenschalters.

In den Figuren 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Laststufenschalter 1 in zwei

unterschiedlichen Perspektivansichten gezeigt, der direkt unterhalb eines nicht gezeigten Transformatordeckels eines ebenfalls nicht näher dargestellten Stufentransformators angeordnet ist. Eine genauere Beschreibung der Bauteile des Laststufenschalters 1 und deren Funktion ist der unten stehenden Beschreibung der Figuren entnehmbar. Ein derartiger Stufentransformator, der aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, umfasst einen mit Isolieröl befüllten Transformatorkessel, in dem an einem Eisenjoch wenigstens eine Wicklung angeordnet ist. Diese Wicklung unterteilt sich in eine Stamm- und eine Regelwicklung, an der mehrere Wicklungsanzapfungen vorgesehen sind, die den Regelbereich bilden. Zudem weist der Laststufenschalter 1 ein an der Unterseite des

Transformatordeckels befestigtes Getriebemodul 2 auf, das mit einem an der

gegenüberliegenden Außenseite des Transformatordeckels angeordneten Motorantrieb 3 zusammenwirkt. Der Motorantrieb 3 kann dabei beispielsweise als handelsüblicher

Schrittmotor ausgebildet sein. Das Getriebemodul 2 umfasst ein flanschartiges Dichtmodul 4, das direkt an der Unterseite des Transformatordeckels angeordnet ist und mit dem

Motorantrieb 3 lösbar verbunden, insbesondere verschraubt, ist. An dem Getriebemodul 2 ist damit der gesamte Laststufenschalter 1 gefestigt. Das Getriebemodul 2 erfüllt sowohl die Aufgabe, den Laststufenschalter 1 zu halten, als auch mittels des Dichtmoduls 4 gegenüber der Außenseite des Transformators hermetisch abzudichten. Verwindungen des

Transformatordeckels beim Transport des Transformators werden dadurch nicht an den Laststufenschalter 1 übertragen.

Mit dem Getriebemodul 2 mechanisch verbunden ist eine Trägerplatte 5 aus dielektrischem Material, an der die einzelnen Baugruppen des Laststufenschalter 1 befestigbar sind. Die Trägerplatte 5 ist dabei aus elektrisch isolierendem Material gefertigt und dazu ausgebildet, alle wesentlichen Bauteile des Laststufenschalters 1 aufzunehmen. Als Schaltmittel zur unterbrechungslosen Umschaltung sieht der erfindungsgemäße Laststufenschalter 1

Vakuumschaltröhren 6.1... 6.6 vor, wobei jeweils zwei Vakuumschaltröhren 6.1 und 6.2, bzw. 6.3 und 6.4, bzw. 6.5 und 6.6 jeweils einer Phase des Laststufenschalters 1 zugeordnet sind und mit einer entsprechenden Wählerkontakteinheit 7.1...7.3 der selben Phase zusammenwirken. Bei den Vakuumschaltröhren 6.1...6.6 handelt es sich um aus dem Stand der Technik bekannte Schaltmittel mit einem beweglichen Schaltkontakt 8.1...8.6 sowie einem nicht näher dargestellten Festkontakt. Eine jede Wählerkontakteinheit 7.1...7.3 umfasst jeweils mehrere beschaltbare feste Wählerkontakte 9.1...9.5, die elektrisch mit den Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des Stufentransformators verbunden sind, einen Kontaktträger 10.1 ... 10.3 mit jeweils zwei federnd gelagerten, beweglichen

Wählerkontakten 11.1 und 11.2 sowie jeweils 2 Vakuumschaltröhren 6.1...6.6.

In der Abbildung der Figur 1 sind beispielhaft drei Wählerkontakteinheiten 7.1 , 7.2 und 7.3 gezeigt; eine jede Wählerkontakteinheit 7.1 , 7.2 und 7.3 ist dabei mit einer separaten Phase, also Wicklung, des Stufentransformators verbunden. Der Kontaktträger 10.1 ... 10.3 einer jeden Phase ist dabei an einem Gleitschlitten 12.1 ... 12.3 mechanisch fixiert und bildet zusammen mit diesem eine bauliche Einheit. Aufgenommen wird der Gleitschlitten 12.1 ... 12.3 an einer Führungsstange 13.1 ... 13.3 sowie an einer, zu der Führungsstange 13.1 ... 13.3 parallel angeordneten, Gewindespindel 14, derart, dass die einzelnen festen

Wählerkontakte 9.1 ... 9.5 durch eine Längsverschiebung der beweglichen Kontakte 11.1 ... 11.2 samt Gleitschlitten 12.1 .... 12.3 entlang der Gewindespindel 14 beschaltbar sind.

Abhängig vom Umschaltprinzip, also nach dem Reaktor- oder Widerstandsschnellschalt- Prinzip, sind dabei Mittelstellungen, in denen der eine bewegliche Wählerkontakt, beispielsweise der bewegliche Wählerkontakt 11.1, den ersten festen Wählerkontakt, beispielweise den festen Wählerkontakt 9.1 , und der andere bewegliche Wählerkontakt, beispielsweise der bewegliche Wählerkontakt 1 .2, den zum ersten festen Wählerkontakt benachbarten zweiten festen Wählerkontakt, beispielsweise den festen Wählerkontakt 9.2, beschaltet, als stationäre Betriebsstellung des Laststufenschalters 1 zulässig. Damit sind nach dem Rekatorschaltprinzip bei hier 5 dargestellten festen Wählerkontakten 9.1...9.5 neun stationäre Betriebsstellungen möglich, während es bei einem Laststufen Schalter 1 nach dem Widerstandschnellschalt-Prinzip, bei dem keine Mittelstellungen zulässig sind, nur 5 stationäre Betriebsstellungen gibt.

Von dem Motorantrieb 3 wird sowohl die Gewindespindel 14 angetrieben, die ihrerseits mit jeder der Wählerkontakteinheiten 7.1...7.3 in mechanischer Wirkverbindung steht, als auch eine Nockenwelle 25, mittels der die Schaltmittel zur unterbrechungslosen Umschaltung, also die Vakuumschaltröhren 6.1...6.6, betätigbar sind. Die Gewindespindel 14 ist über deren gesamte Länge als Gewindespindel ausgebildet und wird mit einer in jedem der Gleitschlitten 12.1...12.3 vorgesehenen, jedoch in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigten, Spindelmutter 16.1... 16.3 in Eingriff gebracht, derart, dass bei einer Drehung der

Gewindespindel 14 ein jeder Gleitschlitten 12.1... 12.3 horizontal verfährt. Zur Betätigung der Vakuumschaltröhren 6.1...6.6 ist jeder bewegliche Schaltkontakt 8.1....8.6 mit einer Hubstange 26.1...26.6 mechanisch zwangsgekoppelt, die mit, auf der den beweglichen Schaltkontakten 8.1...8.6 gegenüberliegend, an der Nockenwelle 25 angeordneten,

Steuernocken 27.1...27.6 zusammenwirkt, derart, dass bei einer Drehung der Nockenwelle 25 die Steuernocken 27.1...27.6 auf die korrespondierende Hubstange 26.1... 26.6 eine Vertikalbewegung einleitet und damit letzten Endes den dazugehörigen beweglichen Schaltkontakt 8.1...8.6 der entsprechenden Vakuumschaltröhren 6.1...6.6 betätigt. Als technische Alternative zu der Betätigung der Vakuumschaltröhren mittels der Hubstange, könnte auch eine Kipphebelanordnung vorgesehen sein, die von der Nockenwelle antreibbar ist. Abhängig von der dem Laststufenschalter 1 zu Grunde liegenden Schaltsequenz sind dabei am Umfang der Nockenwelle 25 mehrere Steuernocken 27.1...27.6 je

Vakuumschaltröhre 6.1...6.6 vorgesehen.

Die Figur 3 zeigt die festen Wählerkontakte 9.1...9.5, die an einer Kontaktleiste 28.1 aus Kunststoff angeordnet. An der Trägerplatte 5 ist die Kontaktleiste 28.1 ... 28.3 mittels jeweils zwei Abstandhaltern 29.1...29.2 befestigt, die als Anschluss einer nicht dargestellten Überschaltdrossel bzw. eines Überschaltwiderstandes genutzt werden. Überschaltdrosseln sind nach dem Reaktorschaltprinzip und Überschaltwiderstände nach dem

Widerstandschnellschaltprinzip vorzusehen. Zudem weist die Kontaktleiste 28.1 an ihrer Längsseite eine Steuerkulisse auf, an der beidseitig mehrere Nocken angeordnet sind, um die federnd gelagerten Wählerkontakte 11.1 und 11.2 der entsprechenden

Wählerkontakteinheit 7.1 bei einer Längsverschiebung des korrespondieren Gleitschlittens 12.1 mittels der an der Steuerkulisse vorgesehenen Nocken vertikal zu bewegen, abhängig von der Kontur der mehreren Nocken. Die Kontur der Nocken ist dabei so bemessen, dass die beweglichen Wählerkontakte 11.1 und 11.2 der Wählerkontakteinheit 7.1 zwischen zwei benachbarten festen Wählerkontakten 9.1...9.5 von dem aktuell beschalteten festen

Wählerkontakt, hier 9.1, abheben, nachdem sie nach vollzogener Umschaltung den nächsten festen Wählerkontakt, hier 9.2, wieder beschälten. Es ist also eine Mittelstellung der beweglichen Wählerkontakte 11.1 und 11.2 auf zwei benachbarten festen Wählerkontakten 9.1 ... 9.5 nach dem Reaktorschaltprinzip zulässig, während nach dem

Widerstandsschnellschaltprinzip auf den benachbarten festen Wählerkontakt

weitergeschaltet wird. Zur definierten Kontaktgabe sind die Kontaktstücke 11.1 und 11.2 an der eigentlichen Kontaktfläche ballig ausgebildet. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der erfindungsgemäße Laststufenschalter 1 damit sowohl nach dem Reaktorschaltprinzip, als auch nach dem

Widerstandsschnellschaltprinzip einsetzbar ist. Abhängig vom zu Grunde liegenden Umschaltprinzip sind bei hier 5 dargestellten festen Wählerkontakten 9.1...9.5 nach dem Reaktorschaltprinzip 9 stationäre Betriebsstellungen zulässig, während bei einem nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip aufgebauten erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 lediglich 5 stationäre Betriebsstellungen zulässig sind.

Der erfindungsgemäße Laststufenschalter 1 kann besonders vorteilhaft an

Verteiltransformatoren zur Spannungsregelung von Ortsnetzen verwendet werden.

Bezugszeichentiste

1 Laststufenschalter

2 Getriebemodul

3 Motorantrieb

4 Dichtmodul

5 Trägerplatte

6.1 ., .. 6.6 Vakuumschaltröhre

7.1 .. . 7.3 Wählerkontakteinheit

8.1 .. . 8.6 bewegliche Schaltkontakte

9.1 .. . 9.5 feste Wählerkontakte

10.1 ... 10.3 Kontaktträger

11.1 , 11.2 bewegliche Wählerkontakte

12,1 ... 12.3 Gleitschlitten

13.1 , 13.2 Führungsstangen

14 Gewindespindel

16.1 ... 16.3 Spindelmutter

25 Nockenwelle

26.1. ..26.6 Hubstange

27.1. ..27.6 Steuernocken

28.1 ... 28.3 Kontaktleiste

29.1 ... 29.3 Abstandshalter