Die vorliegende Erfindung betrifft einen mechanischen Schaltkontakt zur Um- oder Freischaltung bzw. zur Trennung eines elektrischen Kontakts, insbesondere in einem Lastumschalter eines Stufenschalters mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.

Bekannte Lastumschalter für Stufenschalter von Regeltransformatoren besitzen meist eine sog. Widerstandsschnellumschaltung, deren Schaltkontaktwellen von einem Kurvenscheibengetriebe gesteuert werden, das wiederum von einem Kraftspeicher angetrieben wird. Hierbei bewegt sich die Kurvenscheibe in einer oszillierenden

Bewegung zwischen zwei Endlagen, und zwar unabhängig von der jeweiligen

Bewegungsrichtung des Wählers. Dies bedeutet, dass die Kontakte, welche bei einer ersten Drehrichtung der Kurvenscheibe als erste geschlossen haben, bei einer

Rückbewegung als erste öffnen. Die Kontakte, welche bei der gleichen Drehrichtung der Kurvenscheibe zuerst geöffnet haben, schließen bei der Rückbewegung zuletzt.

Die DE 100 50 821 C1 offenbart einen mechanischen Schaltkontakt zur doppelpoligen Unterbrechung für einen Stufenschalter. Der Schaltkontakt weist einen Isolierstoffträger auf, an dem feste Kontakte angeordnet sind, die als ballig geformte Kontaktbereiche ausgebildet sind. Am Isolierstoffträger ist weiterhin ein Kontaktträger drehbar gelagert, der mit einem um einen bestimmten Winkel verschwenkbaren Schwenkarm in Verbindung steht. Am freien Ende des Schwenkarmes ist ein

Kontaktstück befestigt, das seinerseits an seinen beiden Enden Kontaktrollen aufweist. Durch diese Kontaktrollen sind die festen Kontakte wahlweise beschaltbar. Je nach Lage des Schwenkarmes treffen die Kontaktrollen auf die ballige Oberfläche jeweils gegenüber liegend angeordneter fester Kontakte und stellen auf diese Weise jeweils elektrische Kontaktverbindungen her.

Ein weiterer mechanischer Schaltkontakt zur Umschaltung bei einem

Laststufenschalter ist aus der WO 2007/042088 A1 bekannt. Auch dieser mechanische Schaltkontakt weist einen Isolierstoffträger auf, an dem feste, beschaltbare Kontakte angeordnet sind. Weiterhin ist an dem Isolierstoffträger ein Schalthebel drehbar gelagert, der an einem seiner beiden freien Enden einen Schwenkarm und am anderen freien Ende eine Betätigungskontur aufweist. Der Schalthebel ist bei Krafteinwirkung auf die Betätigungskontur sprungartig von einem seiner beiden stationären Zustände in den jeweils anderen stationären Zustand verschwenkbar. Am Isolierstoffträger ist zusätzlich ein um ein separates Lager verschwenkbares Kontaktgehäuse gelagert, das zwei parallele, elektrisch miteinander verbundene Kontaktfinger trägt, welche die jeweils beschalteten festen Kontakte beidseitig umschließen. Das Kontaktgehäuse steht mit dem Schalthebel in einer mechanischen Verbindung und ist von diesem betätigbar. Der Schalthebel kann weiterhin einen Mitnehmer aufweisen, der formschlüssig in eine Mitnehmeröffnung des Kontaktgehäuses eingreift. Einer der beiden festen Kontakte kann wahlweise als Kontaktschiene ausgebildet sein, auf der die Kontaktfinger bei Bewegungen des Kontaktgehäuses gleiten.

Den Betätigungsmechanismen für bekannte mechanische Schaltkontakte zur Umschaltung bei Laststufenschaltern ist gemeinsam, dass die Umschaltung zwischen zwei Endlagen erfolgt, so dass oszillierende Schaltbewegungen erforderlich sind.

Die WO 89/08924 A offenbart einen Federsprungantrieb für Lastumschalter von Stufenschaltern, deren Speicherfeder von einem Antrieb spannbar ist, dessen Welle sich entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, wobei ein von der

Speicherfeder beim Umschaltvorgang angetriebenes Element zur Kontaktbewegung eine Drehbewegung ausführt. Das Element zur Kontaktbewegung kann bspw. eine Nockenscheibe oder eine Kulissensteuerung sein. Die Speicherfeder und das angetriebene Element sind mit einem Koppelelement verbunden, welches unabhängig von der Drehrichtung des Antriebes nur in eine Richtung drehbar ist. Dieser bekannte Federsprungantrieb dient zur Kontaktfolgesteuerung und soll sich besonders für Thyristor-Lastumschalter eignen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen zuverlässig arbeitenden mechanischen Schaltkontakt vorzuschlagen, der eine mechanisch und elektrisch sichere Kontaktgabe zwischen zwei Endlagen und unabhängig von einer Drehrichtung einer Betätigungswelle gestattet. Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen

Patentanspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Zur Erreichung des Ziels schlägt die vorliegende Erfindung einen mechanischen Schaltkontakt zur Kontaktgabe,

Kontakttrennung bzw. Umschaltung vor, der insbesondere bei einem

Laststufenschalter eines Stufentransformators zum Einsatz kommen kann. Der mechanische Schaltkontakt weist wenigstens zwei unabhängig voneinander bewegliche, jeweils zwischen zwei Endlagen verschwenkbare, elektrisch leitend miteinander verbundene Kontakte oder Kontaktbaugruppen oder Kontaktfingerpakete auf, die jeweils über Mehrhebelgelenke mit einer drehbaren Schaltwelle wirkverbunden sind, die über umlaufende Führungskulissen zur Betätigung der Mehrhebelgelenke und zur damit gekoppelten Auslenkung der Kontakte oder Kontaktbaugruppen verfügt.

Dieser erfindungsgemäße mechanische Schaltkontakt ist als Freischalter oder Umschalter ausgebildet und dient zur zuverlässigen sowie mechanisch und elektrisch hoch belastbaren Umschaltung, bspw. bei einem Stufentransformator. Die beiden verschwenkbaren Kontakte oder Kontaktfingerpakete sind dabei vorzugsweise auf einer elektrisch leitenden gemeinsamen Achse gelagert, die parallel zur drehbaren Schaltwelle angeordnet ist. Wahlweise können die Kontakte oder Kontaktfingerpakte jedoch auch abweichend davon gelagert sein, bspw. senkrecht zur Achse. Jedem der beiden verschwenkbaren Kontaktbaugruppen oder Kontaktfingerpakete ist weiterhin ein separater mechanischer, elektrisch leitender, als Kontakt ausgebildeter Anschlag zur Bildung der jeweils geschalteten Endlagen des Freischalters, Trennschalters oder Umschalters zugeordnet.

Der erfindungsgemäße mechanische Schaltkontakt liefert einen zuverlässig arbeitenden elektrischen Trenn- oder Umschalter, dessen Schaltfinger über eine rotierende Kurvenkulisse oder Scheibe zwangsgeführt angetrieben sind und deshalb sehr genau und zuverlässig gesteuert werden können, und zwar entsprechend der Kurvengestaltung unabhängig von der Drehrichtung der Kurvenkulisse oder Scheibe. In vielen Einsatzfällen ist es besonders vorteilhaft, wenn kein oszillierender Antrieb, sondern eine rotierende, ggf. sogar richtungsunabhängige Betätigungsbewegung für den Trenn- oder Umschalter genutzt werden kann, wie dies bspw. bei bekannten Stufenschaltern oder Lastschaltern o. dgl. im Starkstrombereich der Fall ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste Kontaktbaugruppe oder das erste Kontaktfingerpaket in einer ersten Endlage des mechanischen Schaltkontakts an seinem elektrisch leitenden mechanischen Anschlag anliegt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektrisch leitenden gemeinsamen Achse und dem Anschlag herstellt, während die zweite Kontaktbaugruppe oder das zweite

Kontaktfingerpaket von dem ihm zugeordneten elektrisch leitenden mechanischen Anschlag abgehoben ist. Durch unabhängiges Verschwenken der beiden

Kontaktfingerpakete kann sichergestellt werden, dass eine Umschaltwirkung ohne gleichzeitige Kontaktierung beider zu schaltenden Anschlüsse ermöglicht ist. So ist das erste Kontaktfingerpaket in der zweiten Endlage des mechanischen Schaltkontakts von dem ihm zugeordneten elektrisch leitenden mechanischen Anschlag abgehoben, während das zweite Kontaktfingerpaket an dem ihm zugeordneten elektrisch leitenden mechanischen Anschlag anliegt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektrisch leitenden gemeinsamen Achse und dem Anschlag herstellt.

Durch die Schaltwelle und die drehfest mit dieser verbundenen

scheibenförmigen Führungskulissen sowie die zwischen den Kontaktfingerpaketen und den Führungskulissen angeordneten Mehrhebelgelenke werden die

Kontaktfingerpakete in der gewünschten Weise zwischen ihren jeweiligen Endlagen verschwenkt. Somit sind die beiden Kontaktfingerpakete wahlweise mechanisch miteinander gekoppelt. Je nach Kontur der in den scheibenförmigen Führungskulissen oder Kurvenscheiben angeordneten Bewegungsbahnen sind die Kontaktfingerpakete geringfügig gegeneinander verzögert verschwenkbar und entsprechend schaltbar, so dass während der kurzen Schaltzeit zunächst die leitende Kontaktierung des einen Kontaktfingerpakets geschlossen wird, bevor die leitende Kontaktierung des anderen Kontaktfingerpakets geöffnet und der einzelne Schaltvorgang abgeschlossen wird.

In der erwähnten Weise sind die Kontaktfingerpakete oder Kontaktbaugruppen unabhängig von der Drehrichtung der Schaltwelie betätigbar, so dass diese bei wiederholten Drehbewegungen jeweils gleichartige oder wechselnde

Schwenkbewegungen der beiden Kontaktfingerpakete auslösen kann. Die

Führungskulissen sind vorzugsweise jeweils in drehfest mit der Schaltwelle

verbundenen Scheiben angeordnet und führen jeweils einen Betätigungsbolzen jedes der Mehrhebelgelenke, wobei der Bolzen durch die entsprechend geformten

Bewegungs- bzw. Führungskulissen ausgelenkt werden kann, wenn die Scheiben mit der Schaltwelle gedreht werden. Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann ein einseitig rahmen- oder gehäusefest gelagerter erster Hebel jedes Mehrhebelgelenks einen in der Führungskulisse gleitenden Bolzen aufweisen und an seinem freien Ende mit einem zweiten Hebel gekoppelt sein, der schwenkbar am Kontaktfinger angreift. Der Bolzen ist vorzugsweise zwischen der rahmen- bzw.

gehäusefesten Lagerung und dem freien Ende des ersten Hebels angeordnet, so dass bereits bei geringen Auslenkungen der Führungsbahn eine ausreichende

Hebelbewegung erreicht werden kann, die zur Verschwenkung des jeweiligen

Kontaktfingerpakets ausreicht.

Die beiden Kontaktfingerpakete oder Kontaktbaugruppen können in der erwähnten Weise mehrfach als Trennschalter, Freischalter oder Umschalter betätigt werden, ohne dass die Drehrichtung der Schaltwelle geändert wird. Der

erfindungsgemäße mechanische Schalter bzw. Umschalter kann somit mehrfach in einer Richtung weiterschalten. Die Schaltwelle kann bspw. über ein Schrittgetriebe an einen vorhandenen Drehantrieb gekoppelt sein, so dass eine feste Phasenzuordnung sichergestellt werden kann.

Es sei weiterhin betont, dass durch eine geeignete Gestaltung und Auslegung der Kurvenkulissen der Kurvenscheiben nahezu beliebige Schaltwinkel und

Schaltrampen erzielt werden können, sowohl beim Öffnungsweg der Kontakte als auch hinsichtlich des Drehwinkels der Antriebswelle. Eine hier nicht näher erläuterte Variante sieht zudem eine dreiphasige

Anordnung vor, die sich ebenfalls realisieren lässt. Bei einer solchen dreiphasigen Anordnung können jeweils mehrere Kontaktfingerpakete auf gemeinsamen

Gelenkachsen gelagert sein, so dass sie sich die jeweiligen Gelenkachsen teilen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen mechanischen Schaltkontaktes.

Fig. 2 zeigt eine weitere Darstellung des mechanischen Schaltkontaktes gemäß

Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine andere Ansicht des Schaltkontaktes gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ansicht des Schaltkontaktes gemäß Fig. 2.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend zu verstehen, sondern dient zur Erläuterung der Funktion eines erfindungsgemäßen mechanischen Schaltkontaktes. Die schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 4 zeigen einen mechanischen Schaltkontakt 10 zur Umschaltung, der insbesondere bei einem Laststufenschalter eines Stufentransformators zum Einsatz kommen kann. Der anhand eines Ausführungsbeispiel dargestellte mechanische Schaltkontakt 10 weist zwei jeweils zwischen zwei Endlagen verschwenkbare, elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktfinger 12 und 14 auf, die jeweils über Mehrhebelgelenke 16 mit einer drehbaren Schaltwelle 18 wirkverbunden sind. An der Schaltwelle 18 sind oberhalb und unterhalb der schwenkbar an einer gemeinsamen, elektrisch leitenden Achse 20 gelagerten Kontaktfinger 12 und 14 sowie zwischen diesen mehrere Kurvenscheiben 22a, 22b, 22c angeordnet, die jeweils zur Führung und Bewegung der Mehrhebelgelenke 16 dienen. Zu diesem Zweck weisen die Kurvenscheiben 22a, 22b, 22c jeweils umlaufende Führungskulissen 24 auf, die zur Anlenkung der

Mehrhebelgelenke 16 und zur damit gekoppelten Auslenkung der Kontaktfinger 12 und 14 dienen.

Der gezeigte mechanische Schaltkontakt 10 ist als Umschalter bzw. als Freischalter ausgebildet, weshalb die beiden verschwenkbaren Kontaktfinger 12 und 14 elektrisch leitend verbunden und auf der gemeinsamen Achse 20 gelagert sind. Die Achse 20 ist parallel zur drehbaren Schaltwelle 18 angeordnet. Jedem der beiden verschwenkbaren Kontaktfinger 12 und 14 ist zudem ein separater mechanischer, elektrisch leitender Anschlag 26 und 28 zur Bildung der jeweils geschalteten Endlagen des Umschalters zugeordnet. So weist der obere Kontaktfinger 12 einen ersten Anschlag 26 auf, an dem er in einer ersten Schaltstellung elektrisch leitend anliegt, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Achse 20 und dem ersten Anschlag 26 hergestellt ist. Dem unteren Kontaktfinger 14 ist der zweite Anschlag 28 zugeordnet, an dem er in einer zweiten Schaltstellung elektrisch leitend anliegt, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Achse 20 und dem zweiten Anschlag 28 hergestellt ist. In der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten zweiten Schaltstellung ist der erste Kontaktfinger 12 vom ersten Anschlag 26 abgehoben, während der zweite Kontaktfinger 14 am zweiten Anschlag 28 anliegt. Während eines (hier nicht dargestellten) Umschaltvorgangs liegen dagegen kurzzeitig beide

Kontaktfinger 12 und 14 an ihren korrespondierenden Kontaktanschlägen 26 bzw. 28 an, so dass der Umschalter kurzzeitig beide Kontakte geschlossen hat.

Durch eine Drehung der Schaltwelle 18 in beliebige Richtung und die damit gekoppelte Drehung der Kurvenscheiben 22 und der darin angeordneten

Führungskulissen 24 sowie durch die damit ausgelösten Schwenkbewegungen der zwischen den Kontaktfingern 12, 14 und den Führungskulissen 24 angeordneten Mehrhebelgelenke 16 werden die Kontaktfinger 12 und 14 in der gewünschten Weise zwischen ihren jeweiligen Endlagen verschwenkt. Die beiden Kontaktfinger 12 und 14 sind über die Führungskuiissen 24 mechanisch miteinander gekoppelt. Je nach Kontur der in den Kurvenscheiben 22 angeordneten Führungskulissen 24 und der dadurch ausgebildeten Bewegungsbahnen sind die Kontaktfinger 2 und 14 geringfügig gegeneinander verzögert verschwenkbar und entsprechend schaltbar, so dass während der kurzen Schaltzeit zunächst die leitende Kontaktierung des einen

Kontaktfingers 2 geschlossen wird, bevor die leitende Kontaktierung des anderen Kontaktfingers 4 geöffnet und der einzelne Schaltvorgang abgeschlossen wird.

Die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Befestigungsrahmen 30 dienen zur Verankerung und Lagerung der Achse 20 und der Anschläge 26 und 28 sowie der damit verbundenen bzw. daran gelagerten beweglichen Teile. Anhand der Fig. 4 werden besonders die Bewegungen der Mehrhebelgelenke 16 verdeutlicht, die aus mehreren miteinander verbundenen Hebeln 32 und 34 gebildet sind. Ein einseitig rahmen- oder gehäusefest gelagerter langer Hebel 32 jedes Mehrhebelgelenks 6 weist einen in der Führungskulisse 24 gleitenden Bolzen 36 auf, der näher an seinem freien Ende 38 angeordnet ist als an seiner schwenkbaren Verankerung am

Befestigungsrahmen 30. Am freien Ende 38 des langen Hebels 32 ist über eine Achse 42 ein kurzer Hebel 34 gelagert, der an seinem anderen Ende schwenkbar am Kontaktfinger 14 angreift. Der Bolzen 36 ist derart zwischen der rahmen- bzw.

gehäusefesten Lagerung 40 und dem freien Ende 38 des langen Hebels 32 platziert, dass bereits bei geringen Auslenkungen der Führungsbahn 24 eine ausreichende Hebelbewegung erreicht werden kann, die zur Verschwenkung des Kontaktfingers 14 ausreicht. Der obere Kontaktfinger 12 ist in entsprechender Weise mit einem

gleichartig ausgebildeten und dimensionierten Mehrhebelgelenk 16 mit der ihm zugeordneten Führungsbahn 24 gekoppelt, so dass durch gleichartige

Führungsbahnen 24, die in Drehrichtung gegeneinander versetzt sind, die

gewünschten versetzten Schwenkbewegungen der beiden Kontaktfinger 12 und 14 ausgelöst werden können.

In der dargestellten Weise sind die Kontaktfinger 12 und 14 unabhängig von der Drehrichtung der Schaltwelle 18 betätigbar, so dass die Schaltwelle 18 bei

wiederholten Drehbewegungen jeweils gleichartige Schwenkbewegungen der beiden Kontaktfinger 12 und 14 auslöst. Der erfindungsgemäße mechanische Schaltkontakt 10 liefert einen zuverlässig arbeitenden mechanischen Umschalter, dessen

Schaltfinger 12, 14 über die rotierende Welle 18 und die Kurvenscheiben 22 zwangsgeführt sind und deshalb sehr genau und zuverlässig gesteuert werden können, und zwar unabhängig von der Drehrichtung der Welle.

Die beiden Kontaktfinger 12 und 4 können in der gezeigten Weise mehrfach als Freischalter, Trennschalter oder Umschalter betätigt werden, ohne dass die Drehrichtung der Schaltwelle 18 geändert wird. Der erfindungsgemäße mechanische Umschalter kann somit mehrfach in einer Richtung weiterschalten bzw. hin- und herschalten. Die Schaltwelle 18 kann bspw. über ein Schrittgetriebe an einen vorhandenen Drehantrieb gekoppelt sein, so dass eine feste Phasenzuordnung sichergestellt werden kann.