LASTSTUFENSCHALTER

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter sowie einen Ortsnetztransformator mit einem Laststufenschalter.

Die Regelung von Ortsnetztransformatoren gewinnt auf Grund des Anstiegs von alternativen Energieerzeugern, wie z.B. Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen, im Niederspannungs netz bzw. Mittelspannungsnetz immer mehr an Bedeutung. Herkömmliche Laststufenschalter, die in Hochspannungstransformatoren eingesetzt werden, sind für Ortsnetztransformatoren, allein schon wegen ihrer Größe, nicht geeignet.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen besonders kompakten und zuver lässigen Laststufenschalter für Stufentransformatoren, insbesondere Ortsnetztransformato ren, sowie einen Ortsnetztransformator mit einem Laststufenschalter zu schaffen.

Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche vor. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen be schrieben.

Die Erfindung schlägt einen Laststufenschalter vor, der

- einen ersten Wählerstab und einen zweiten Wählerstab;

- einen Lastumschalterstab;

- ein Schaltmittel und

- ein Getriebe umfasst;

wobei

- der erste Wählerstab, der zweite Wählerstab und der Lastumschalterstab kollinear ange ordnet sind;

- das Getriebe dazu eingerichtet ist

die Wählerstäbe während einer Umschaltung von einem Wählerkontakt auf einen benachbarten Wählerkontakt in eine erste Richtung zu bewegen;

- den Lastumschalterstab während der Umschaltung in die erste Richtung und eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, zu bewegen um das Schalt mittel zu betätigen.

Der erfindungsgemäße Laststufenschalter weist zwei Wählerstäbe auf, die dem Aufbau eines Umstellers ähneln und dadurch eine kompakte Bauweise ermöglichen. Mittels eines Lastum- schalterstabes wird auf einfache, kostengünstige und bauraumsparende Weise eine Möglich keit geschaffen, Umschaltungen unter Last, d.h. während des Betriebs des Stufentransforma tors, schnell und sicher durchzuführen. Dabei ermöglicht das Getriebe des Laststufenschal ters, dass die Wählerstäbe und der Lastumschalterstab zur richtigen Zeit bewegt werden und eine Umschaltung durchführen. Um eine besonders kompakte Bauweise zu ermöglichen, wird der Lastumschalterstab für die Betätigung des Schaltmittels in eine erste Richtung und eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, bewegt. Die Wählerstäbe und der Las tumschalterstab sind dabei kollinear angeordnet. Auch diese Ausgestaltung erlaubt es sämtli che Teile des Laststufenschalters platzsparend anzuordnen und dabei die Funktionalität und eine hohe Sicherheit zu gewährleisten. Die Wählerstäbe und/oder der Lastumschalterstab können jeweils einteilig oder mehrteilig ausbildet sein.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst das Getriebe ein erstes Antriebsritzel so wie ein erstes Abtriebsritzel wobei eine Antriebswelle den ersten Wählerstab über das erste Antriebsritzel und das erste Abtriebsritzel während der Umschaltung bewegt.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst das Getriebe ein zweites Antriebsritzel und ein zweites Abtriebsritzel wobei die Antriebswelle den zweiten Wählerstab über das zweite Antriebsritzel und das zweite Abtriebsritzel während der Umschaltung bewegt.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst das Getriebe eine Kurbel und ein Pleuel wobei die Antriebswelle den Lastumschalterstab über die Kurbel und das Pleuel bewegt und damit das Schaltmittel während der Umschaltung betätigt. Das Schaltmittel kann jedoch auch direkt über den Lastumschalterstab betätigbar ausgestaltet sein.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass

- der Lastumschalterstab eine Nockenkontur aufweist,

- das Schaltmittel mit einem Umlenkhebel mechanisch verbunden ist,

- das Schaltmittel während der Umschaltung über den Umlenkhebel und die Nockenkontur betätigt wird.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform fährt der Umlenkhebel die Nockenkontur während der Betätigung des Schaltmittels zumindest teilweise ab. Hierfür kann der Umlenkhebel eine Rolle umfassen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Getriebe dazu eingerichtet ist während der Um schaltung ein weiteres Schaltmittel zu betätigen. Dabei kann der Lastumschalterstab das wei tere Schaltmittel umfassen. Das weitere Schaltmittel kann wenigstens einen Kontakt umfassen und als Brückenschalter ausgebildet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Getriebe dazu eingerichtet ist während der Um schaltung den ersten Wählerstab in die erste Richtung zu bewegen, danach den Lastumschal terstab in die erste und die zweite Richtung zu bewegen und danach den zweiten Wählerstab in die erste Richtung zu bewegen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Getriebe dazu eingerichtet ist während der Um schaltung den Lastumschalterstab mehrmals in die erste und/oder mehrmals die zweite Rich tung zu bewegen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Lastumschalterstab während der Umschaltung das Schaltmittel öffnet und schließt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Getriebe als Maltesergetriebe ausgebildet ist.

Weiterhin können die Grundplatte und/oder Antriebswelle und/oder Getriebe und/oder die Wählerstäbe und/oder die Antriebsritzel und/oder die Abtriebsritzel und/oder der Lastumschal terstab und/oder die Kurbel und/oder das Pleuel und/oder der Umlenkhebel und/oder die Rolle aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material wie z.B. Hartpapier oder GFK ausgebildet sein. Gemäß der Erfindung wird ein Ortsnetztransformator angegeben, der eine erfindungsgemä ßen Laststufenschalter umfasst.

Die Zeichnungen zeigen in

FIG.°1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter

FIG°2 eine Ausführungsform eines Getriebes im Laststufenschalter

FIG.°3 eine detaillierte Ansicht des Getriebes

FIG.°4 eine weitere detaillierte Ansicht des Getriebes

FIG.°5 eine Ausführungsform einer Betätigung eines Schaltmittels

FIG.°6 einen Ortsnetztransformator mit einem Laststufenschalter.

In FIG. 1 ist ein Laststufenschalter 10 mit einem Wähler 20 und einem Lastumschalter 50 dargestellt. Der Laststufenschalter 10 wird mittels einer Antriebswelle 18 über ein Getriebe 19 betätigt. Der Wähler 20 umfasst dabei einen ersten Wählerstab 21 und einen zweiten Wähler stab 25. Der Lastumschalter 50 umfasst einen Lastumschalterstab 51 . Da die dargestellte Ausführungsform des Laststufenschalters 10 dreiphasig ausgestaltet ist, weist der Lastum schalter 50 je ein Schaltmittel 55 für je eine Phase auf. Jedes Schaltmittel 55 kann als Vaku umschaltröhre, Halbleiterschalter oder aus einfachen Kontakten ausgebildet sein. Die An triebswelle 18 bewegt über das Getriebe 19 den ersten und den zweiten Wählerstab 21 , 25 sowie den Lastumschalterstab 51 . Der Lastumschalter 50 und der Wähler 20 sind auf einer Grundplatte 17 angeordnet. In der Grundplatte 17 sind außerdem mehrere Wählerkontakte 29 eingebracht. Die Wählerkontakte 29 sind mit, hier nicht gezeigten, Wicklungsanzapfungen 70 einer Regelwicklung 71 eines Stufentransformators 72, insbesondere Ortsnetztransformators, verbunden.

In FIG. 2 ist das Getriebe 19 im Bereich des Wählers 20 mit einem ersten und zweiten An triebsritzel 31 , 35 sowie einem ersten und zweiten Abtriebsritzel 41 , 45 abgebildet. Weiterhin ist zu sehen, dass der erste und der zweite Wählerstab 21 , 25 auf jeweils einer, dem Getriebe zugewandten Seite einen verzahnten Bereich 22, 26 aufweisen.

In FIG. 3 ist eine detaillierte Ansicht des Getriebes 19 dargestellt. Die Außenfläche 30 des ersten Antriebsritzels 31 ist in zwei Teile 32, 34 unterteilt. Der erste Teil 32 der Außenfläche 30 weist eine Kerbe 33 und der zweite Teil 34 weist zwei Zähne 36 auf, wobei die Kerbe 33 des ersten Teils 32 zwischen den zwei Zähnen 36 des zweiten Teils 34 verläuft. Dies gilt ana log für das zweite Antriebsritzel 35. Die Antriebsritzel 31 , 35 sind gespiegelt untereinander an der Antriebswelle 18 angeordnet.

Die Außenfläche 40 des ersten Abtriebsritzels 41 ist in zwei Teile 42, 44 unterteilt. Der erste Teil 42 weist vier, symmetrisch verteilte, Zähne 43 auf. In einem zweiten Teil 44 ist das Ab triebsritzel 41 gleichmäßig verzahnt. Die vier symmetrisch verteilten Zähne 43 gehen homogen in den zweiten verzahnten Teil über. Dies gilt analog für das zweite Abtriebsritzel 45. Die Ab triebsritzel 41 , 45 stehen über die teileverzahnten Bereiche 22, 26 in Wirkverbindung mit den Wählerstäben 21 , 25.

Das Getriebe 19 ermöglicht es, die Wählerstäbe 21 , 25 während einer Umschaltung von einem Wählerkontakt 29A auf einen benachbarten Wählerkontakt 29B in eine erste Richtung zu be wegen (siehe FIG. 1 ). Bei einer nachfolgenden Umschaltung werden die Wählerstäbe 21 , 25 entweder in die selbe erste Richtung oder eine zweite, entgegengesetzte Richtung bewegt, also von Wählerkontakt 29B auf den benachbarten Wählerkontakt 29A.

Die Kombination aus einem Wählerstab 21 , 25, einem Abtriebsritzel 41 , 45 und einem An triebsritzel 31 , 36 ermöglicht es, die kontinuierliche Rotationsbewegung der Antriebswelle 18 in eine lineare und/oder schrittweise Bewegung des Wählerstabes 21 , 25 in eine erste Rich tung umzuwandeln. Dadurch, dass das erste und das zweite Antriebsritzel 31 , 35 versetzt zu einander an der Antriebswelle 18 angeordnet sind, erfolgt eine zeitlich versetzte Bewegung der beiden Wählerstäbe 21 , 25 zueinander. Weiterhin verhindern die jeweiligen ersten Teile 32, 42 der Antriebsritzel 31 , 35 und der Abtriebsritzel 41 , 45, die Bewegung des jeweiligen Wählerstabes 21 , 25 außerhalb einer Umschaltung. Die Außenflächen 30 mit der Kerbe 33 der Antriebsritzel 31 , 35 und die vier Zähne 43 der Abtriebsritzel 41 , 45 schaffen eine Verdreh sicherung. Das Getriebe 19 kann auch als Maltesergetriebe ausgeführt werden.

In FIG. 4 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 51 mechanisch verbunden. Durch Drehung der Antriebswelle 18 wird der Lastumschalterstab 51 über die Kurbel 53 und das Pleuel 54, während der Umschaltung in die erste Richtung und in eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung ist, bewegt. Somit ergibt sich, dass bei einer Umschaltung von einem Wählerkontakt 29A zu einem be nachbarten Wählerkontakt 29B die Wählerstäbe 21 , 25 in eine erste Richtung bewegt werden und der Lastumschalterstab 51 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 51 parallel in einer Ebene angeordnet und der zweite Wählerstab 25 und der Lastumschalterstab 51 parallel in einer Ebene angeordnet; das beutet 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 51 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 51 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 51 über ein teilverzahntes Getriebe und/oder ein Maltesergetriebe über die Antriebswelle 18 zu betätigen.

Der Lastumschalterstab 51 weist für die Betätigung jedes Schaltmittels 55 eine Nockenkontur 52 auf. In der hier beschriebenen Ausführungsform weist der Lastumschalterstab 51 drei No ckenkonturen 52 auf. Die Nockenkontur 52 dient der Betätigung des Schaltmittels 55, in die sem Beispiel der Betätigung einer Vakuumschaltröhre. Weiterhin betätigt der Lastumschalter stab 51 ein weiteres, zweites Schaltmittel 56. Dieses weitere bzw. zweite Schaltmittel 56 ist als Brückenschalter ausgebildet und umfasst einen ersten Kontakt 63 und eine zweiten Kon takt 64. Dabei sind die Kontakte 63, 64 mechanisch mit dem Lastumschalterstab 51 verbun den.

In FIG. 5 ist eine Ausführungsform des Lastumschalters 50 zur Betätigung des Schaltmittels 55 und des zweiten Schaltmittels 56 dargestellt. Dabei ist ein Umlenkhebel 57 zwischen dem Lastumschalterstab 51 und dem Schaltmittel 55 drehbar gelagert angeordnet. Ein erstes Ende 60 des Umlenkhebels 57 weist eine Rolle 58 auf, die die Nockenkontur 52 während der Bewe gung des Lastumschalterstabes 51 zumindest teileweise abfährt. Das zweite Ende 61 des Umlenkhebels 57 ist mit dem Schaltmittel 55 mechanisch verbunden. In der hier gezeigten Ausführungsform wird der bewegliche Kontakt 62 des Schaltmittels 55, das als Vakuumschalt röhre ausgebildet ist, bewegt und die Vakuumschaltröhre geschlossen bzw. geöffnet. Die Be tätigung der Schaltmittel 55 kann auch unmittelbar über den Lastumschalterstab 51 erfolgen. Dabei würden am beweglichen Kontakt 62 des Schaltmittels 55 eine Rolle 58 angebracht wer den, die durch Abfahren der Nockenkontur 52 die Vakuumschaltröhre öffnet oder schließt.

Parallel dazu wird das zweite Schaltmittel 56 betätigt. Dabei werden die, am Lastumschalter stab 51 befestigten Kontakte 63, 64 des Brückenschalters auf Festkontakte geschoben bzw. von diesen getrennt.

Bei der Betätigung des Lastumschalters 50 wird also der Lastumschalterstab 51 einmal oder mehrmals in eine erste und zweite Richtung bewegt. Dabei werden die Schaltmittel 55, 56 einmal oder mehrmals betätigt, d.h. geöffnet oder geschlossen bzw. Festkontakte gebrückt durch Aufschieben oder getrennt durch Lösen. Die ist von der Umschaltsequenz abhängig.

Die Grundplatte 17 und/oder Antriebswelle 18 und/oder Getriebe 19 und/oder die Wählerstäbe 21 , 25 und/oder die Antriebsritzel 31/35 und/oder die Abtriebsritzel 41/45 und/oder der Las- tumschalterstab 51 und/oder die Kurbel 53 und/oder das Pleuel 54 und/oder der Umlenkhebel 57 und/oder die Rolle 58 sind aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material wie z.B. Hartpa pier oder GFK.

FIG. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Stufentransformators 72, insbesondere Orts netztransformators, mit dem erfindungsgemäßen Laststufenschalter 10. Die Wählerkontakte 29 sind mit Wicklungsanzapfungen 70 einer Regelwicklung 71 verbunden.

BEZUGSZEICHEN

10 Laststufenschalter

17 Grundplatte

18 Antriebswelle

19 Getriebe

20 Wähler

21 erster Wählerstab

22 verzahnter Bereich von 21

25 zweiter Wählerstab

26 verzahnter Bereich vom 25

29 Wählerkontakte

29A Wählerkontakte

29B Wählerkontakte

30 Außenfläche von 31/35

31 erstes Antriebsritzel

32 erster Teil von 30

33 Kerbe

34 zweiter Teil von 30

35 zweites Antriebsritzel

36 Zähne von 31/35

40 Außenfläche von 41/45

41 erstes Abtriebsritzel

42 erster Teil von 40

43 vier Zähne

44 zweiter Teil von 40

45 zweites Abtriebsritzel

50 Lastumschalter

51 Lastumschalterstab

52 Nockenkontur

53 Kurbel

54 Pleuel

55 Schaltmittel 56 weiteres bzw. zweites Schaltmittel

57 Umlenkhebel

58 Rolle

60 erstes Ende von 57

61 zweites Ende von 57

62 beweglicher Kontakt

63 erster Kontakt von 56

64 zweiter Kontakt von 56

70 Wicklungsanzapfungen

71 Regelwicklung

72 Stufentransformator/Ortsnetztransformator