DE102011008964B4

DE102011008964B4 - Stufenschalter

Info

Publication number: DE102011008964B4
Application number: DE102011008964A
Authority: DE
Inventors: Christian Böger; Toni Hottner; Martin Jatta; Philipp Lederer; Sebastian Rehkopf; Klaus Schlepp; Rolf Strempel
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: WO2012097959A8; DE102011008964A1; CN103314425A; EP2666172A1; BR112013016126B1; EP2666172B1; CN103314425B; UA116523C2; WO2012097959A1; BR112013016126A2; ES2580958T3

Abstract

Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, aufweisend einen Isolierstoffzylinder, an dessen Innenseite feste, beschaltbare Stufenkontakte angeordnet sind, sowie mindestens eine im inneren des Isolierstoffzylinders angeordnete Schaltwelle, die durch Antriebsmittel drehbar ist bzw. sind und an der bzw. denen eine Kontakteinheit oder übereinander für mehrere Phasen mehrere Kontakteinheiten befestigbar ist bzw. sind, die wiederum mindestens je einen Schaltkontakt aufweisen, mittels dem bzw. der die festen Stufenkontakte beschaltbar sind, wobei jede Kontakteinheit formschlüssig lagefixiert und durch ein außerhalb der mindestens einen Schaltwelle verlaufendes Befestigungsmittel an dieser bzw. diesen befestigbar ist bzw. sind, wobei die jeweilige Kontakteinheit (2) aus mehreren identisch aufgebauten Kontaktträgern (1) gebildet wird, und wobei die Kontaktträger (1), auf der der mindestens einen Schaltwelle zugewandten Seite, mindestens zwei Zapfen (14) aufweisen, die sich in an der mindestens einen Schaltwelle vorgesehenen Sackbohrungen großflächig abstützen, derart, dass die gesamte Kontakteinheit (2) damit vor Verdrehung gesichert ist dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kontaktträger (1) jeweils mit einer Bügelschelle (3) an der mindestens einen Schaltwelle fixierbar sind, und dass die einzelnen Kontaktträger (1) jeweils mehrere Stifte (11) und Sackbohrungen (12) aufweisen, die derart zueinander positioniert sind, dass die Stifte (11) der jeweiligen Oberseite des einen Kontaktträgers (1) mit den Sackbohrungen (12) der entsprechenden Unterseite eines weiteren Kontaktträgers (1) in Eingriff gebracht werden können, so dass damit mindestens zwei Kontaktträger (1) zu einer Kontakteinheit (2) zusammensteckbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Stufenschalter werden seit vielen Jahren in Transformatoren eingebaut, um durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses unter Last die Spannung, Wirk- und Blindleistung von elektrischen Netzen einstellen zu können.
Bekannte Stufenschalter sind in zwei prinzipiellen Bauformen bekannt: Bei der einen Bauform bestehen sie aus den getrennten Baugruppen Stufenwähler und Lastumschalter, bei der zweiten Bauform sind diese beiden Baugruppen zu einem Lastwähler vereinigt, der beide Funktionen ausführt. Der im nachfolgenden verwendete Begriff ”Stufenschalter” soll beide vorgenannten Bauformen umfassen.
Die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt in Stufen; hierzu ist der Transformator mit einer Stufenwicklung ausgerüstet, deren Anzapfungen vom Stufenschalter beschaltbar sind.
Solche Lastwähler bzw. Stufenwähler sind aus der DE 38 27 385 C2 hinreichend bekannt. Hierin wird eine Befestigung von Kontaktträgern an einer Schaltwelle beschrieben, die ohne Bohrungen in der Schaltwelle dadurch erfolgen soll, dass sowohl ein Flansch des Kontaktträgers als auch die Schaltwelle mit einem harzgetränkten selbsthärtenden Isolierstoffband umwickelt werden.
Durch diese Umwickelung werden nicht nur wie ausgeführt, Bohrungen in der Schaltwelle, die aus elektrischen als auch aus Festigkeitsgründen unerwünscht sind, vermieden, sondern es ist auch nicht erforderlich, dass Befestigungsmittel, z. B. Muttern, im Inneren der Schaltwelle zugänglich sein müssen.
Trotzdem hat sich diese Befestigungsmethode durch Umwickeln nicht durchsetzen können. Dies liegt zum einen daran, dass bei dieser Art der Befestigung relativ viel Platz um die Schaltersäule herum vorhanden sein muss, um das Isolierstoffband um diese herum wickeln und ggf. noch mit Harz tränken zu können. Zum anderen ist es bei dieser Befestigung nicht möglich, ohne größeren Aufwand den Kontaktträger wieder von der Schaltwelle zu lösen, bei Wartungsarbeiten etwa. Hierbei wird die Isolierstoffwicklung zwangsläufig zerstört und muss jeweils erneut aufgebracht werden.
Aus der DE 10 2007 023 124 B3 ist eine Schaltungsanordnung mit zwei Betriebsstellungen zum Umschalten einer Wicklung während des Transformatorbetriebes bekannt, bei der durch die Umschaltung ein Durchgangsstrom von einem Strompfad auf einen anderen Strompfad kommutiert. Eine solche Schaltungsanordnung, die in der Regel in Kombination mit einem Laststufenschalter angewendet wird, wird vorrangig zum Umpolen der Regelspannung bei Anwendungen mit großem Regelbereich verwendet. Hierzu ist an der Schaltwelle eine Kontakteinheit vorgesehen, die diese von beiden Seiten her flanschartig umgreift. Zudem sind an der der Schaltwelle zugewandten Seite der Kontakteinheit mehrere Zapfen vorgesehen, die in an der Schaltwelle vorgesehene Bohrungen eingreifen und damit die Kontakteinheit vor Verdrehen sichern.
Aus der DE 44 14 951 C1 ist ein Lastwähler oder ein Stufenwähler für einen Stufentransformator bekannt, der aus einem Isolierstoffzylinder, an dessen Innenseite feste Stufenkontakte angeordnet sind, sowie einer im Inneren angeordneten, durch bekannte Antriebsmittel drehbaren, Schaltwelle besteht. An der Schaltwelle sind dabei ein oder mehrere Kontakteinheiten befestigt, der bzw. die wiederum jeweils mindestens einen Schaltkontakt aufweisen. Jeder der Kontakteinheiten ist durch einen zweiteiligen, flanschartig ausgebildeten Klemmring an der Schaltwelle befestigt, derart, dass die Kontakteinheit fest mit einem Teil des zweigeteilten Klemmrings verbunden ist und beide Teile des Klemmrings die Schaltwelle flanschartig umfassen und durch außerhalb der Schaltwelle verlaufende Spannmittel miteinander verspannt sind. Weiterhin ist an der Außenfläche der Schaltwelle mindestens eine Zentrierhilfe vorgesehen, die mit dem zweiteiligen Klemmring korrespondiert und eine eindeutige Lagezuordnung der Kontakteinheit und zugleich eine zusätzliche Verdrehsicherung gewährleistet.
Die in der Regel aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellte Schaltwelle muss bei der bekannten Lösung zwingend nachbearbeitet, insbesondere abgedreht, werden, was einen nicht unerheblichen Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringt. Technisch ist dies deshalb zwingend erforderlich, weil der zweiteilig und flanschartig ausgebildete Klemmring als Auflagefläche einen genau definierten Durchmesser der Schaltwelle für eine dauerhalte und feste Fixierung benötigt. Als Verdrehsicherung dient in der DE 44 14 951 C1 eben ein in eine Sackbohrung eingesteckter Zentrierstift. Diese von der Anmelderin vorgeschlagene Lösung hat sich jedoch in der Praxis als unpraktikabel erwiesen, da der Zentrierstift ungeeignet ist, Kräfte zu übertragen, gleichzeitig jedoch beim Drehen der Schaltwelle eben hohen mechanischen Scherkräften ausgesetzt ist. Insgesamt betrachtet ergibt sich damit ein Verbesserungspotential aus fertigungstechnischer sowie kostenseitiger Sichtweise.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine einfach und kostengünstig herzustellende Kontakteinheit anzugeben, die zudem dauerhaft und stabil mit der Schaltwelle verbunden werden kann und es dennoch nicht erforderlich macht, die Kontakteinheit mit der Schaltwelle zu verschrauben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht dabei darin, eine Kontakteinheit aus mehreren identisch aufgebauten Kontaktträgern vorzuschlagen, die untereinander durch einfaches Zusammenstecken zu einer fertigen Kontakteinheit montierbar sind, wobei die einzelnen Kontaktträger mit jeweils einer Bügelschelle an der Schaltwelle fixierbar sind und wobei weiterhin als Verdrehsicherung an jedem Kontaktträger, auf der der Schaltwelle zugewandten Seite, mindestens zwei geometrisch speziell geformte Zapfen vorgesehen sind, die mit in der Schaltwelle vorgesehenen Sackbohrungen in Eingriff gebracht werden können, derart, dass die gesamte Kontakteinheit damit gegen Verdrehung gesichert ist. Indem die fertige Kontakteinheit aus mehreren identisch aufgebauten Kontaktträger besteht, die nur in unterschiedlichen Richtungen zusammengesteckt werden müssen, erspart dies dem Hersteller enormen fertigungstechnischen Aufwand und damit Kosten. Ebenfalls einher geht damit eine für den Hersteller einfachere Ersatzteillieferung, da weniger Einzelteile für die gesamte Baugruppe vorgehalten werden müssen. Statt eines zweiteilig ausgebildeten, flanschartigen Klemmrings mehrere Bügelschellen zu verwenden, hat sich als die mechanisch dauerhaft beanspruchbarere Lösung erwiesen. Nicht zuletzt auch deshalb, weil mit den mehreren Bügelschellen eine größere mechanische Auflagefläche an der äußeren Umfangsfläche der Schaltwelle und damit ein größerer Kraftschluss geschaffen wird.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Figuren noch beispielhaft näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Kontakteinheit für einen Stufenschalter in einer seitlichen Darstellung
2a und 2b einen Kontaktträger einer erfindungsgemäßen Kontakteinheit in unterschiedlichen Ansichten.
1 zeigt eine aus mehreren identischen Kontaktträgern 1 aufgebaute erfindungsgemäße Kontakteinheit 2 für einen nicht näher dargestellten, weil bekannten, Stufenschalter. Die einzelnen Kontaktträger 1, und damit die gesamte Kontakteinheit 2, sind mittels Bügelschellen 3 an einer, aus Übersichtlichkeitsgründen ebenfalls nicht dargestellten, Schaltwelle montierbar. Die Bügelschellen 3 sind derart ausgebildet, dass sie sich an die geometrische Form der Schaltwelle einfach anpassen, insbesondere an deren äußeren Umfangsfläche dauerhaft und stabil anhaften. Die jeweiligen Enden der Bügelschellen 3 werden in an den Kontaktträgern 1 vorgesehenen, eine Durchgangsbohrung aufweisende, Klötzen 4 aufgenommen und mittels Befestigungsmitteln 5, hier beispielsweise mit Muttern, vor einem ungewollten Herausziehen dauerhaft gesichert. Damit entsteht, anders als beim bekannten Stand der Technik, keine punktuelle Auflagefläche an der Schaltwelle, sondern ein großflächiger mechanischer Kontaktschluss an beinahe dem gesamten äußeren Umfang der Schaltwelle unter Zuhilfenahme der mehreren Bügelschellen 3 und damit ein größerer Kraftschluss als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung.
Zudem weisen die Kontaktträger 1 jeweils eine mit mehreren Bohrungen 6 versehene Aufnahmeplatte 7 für hier nicht näher dargestellte Schaltmittel auf. Bei den Schaltmitteln kann es sich dabei insbesondere um ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Rollenkontakte handeln, die zwischen den einzelnen Aufnahmeplatten 7 positioniert werden. Aus Gründen der mechanischen Festigkeit sind die Aufnahmeplatten 7 mit Strebenabschnitten 8 verstärkt. An beiden Seitenflächen der Kontaktträger 1 befinden sich jeweils nach oben und unten gerichtete und zudem in der Anzahl sich abwechselnde Rastnasen 9 angebracht, die untereinander jeweils um wenige Zehntelmillimeter versetzt, bezogen auf ihre Höhe, angeordnet sind. Dies deshalb, weil damit bei der Montage der Kontakteinheit 2 jeweils ein Bolzen 10 eingeschlagen werden kann, der sich durch die versetze Anordnung der Rastnasen 9 leicht mechanisch verformt und damit vor einem ungewollten Herausfallen gesichert wird, was in den Ausführungen zu den 2a und b noch näher erläutert wird.
Die 2a und 2b zeigen einen einzelnen erfindungsgemäßen Kontaktträger 1 in einer Unteransicht und einer Oberansicht. Der aus elektrisch nicht leitendem Material gebildete Kontaktträger 1 weist auf beiden Seiten, also sowohl der Oberseite als auch der Unterseite, mehrere Stifte 11 und Sackbohrungen 12 auf, die derart positioniert sind, dass beim Zusammenstecken von zwei oder mehreren Kontaktträgern 1, wie in 1 ersichtlich, die Stifte 11 der jeweiligen Oberseite des einen Kontaktträgers 1 in die Sackbohrungen 12 der entsprechenden Unterseite eines weiteren Kontaktträgers 1 eingreifen und umgekehrt. Auf diese Art und Weise sind eine beliebige Anzahl von Kontaktträgern 1 zu einer Kontakteinheit 2 zusammensteckbar. Des Weiteren ragen die Rastnasen 9 derart weit über die seitliche Wandung des jeweiligen Kontaktträgers 1, dass beim Zusammenstecken von zwei oder mehreren einzelnen Kontaktträgern 1 in den überlappenden Bereich dann entsprechend korrespondierender Rastnasen 19 ein Bolzen 10 zum verhaken geschlagen werden kann, was ebenfalls in 1 ersichtlich ist. Insgesamt sind dann damit zwei oder mehr Kontaktträger 1 mechanisch dauerhaft fixiert.
An dem der Aufnahmeplatte 7 gegenüberliegenden Bereich, weist der Kontaktträger 1 einen Halbschalenbereich 13 auf, an dem auch seitlich die Klötze 4 zur Aufnahme der Bügelschellen 3 befestigt sind. Mit dieser Halbschale 13 wird der jeweilige Kontaktträger 1 an der nicht dargestellten Schaltwelle kontaktschlüssig angeordnet. Als Verdrehsicherung und zur dauerhaften mechanischen Fixierung sind an der Innenseite der Halbschale 13, also an der der Schaltwelle zugewandten Seite, mehrere geometrisch speziell geformte Zapfen 14 angebracht, die sich in an der Schaltwelle vorgesehene Sackbohrungen großflächig abstützen.

Claims

Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, aufweisend einen Isolierstoffzylinder, an dessen Innenseite feste, beschaltbare Stufenkontakte angeordnet sind, sowie mindestens eine im inneren des Isolierstoffzylinders angeordnete Schaltwelle, die durch Antriebsmittel drehbar ist bzw. sind und an der bzw. denen eine Kontakteinheit oder übereinander für mehrere Phasen mehrere Kontakteinheiten befestigbar ist bzw. sind, die wiederum mindestens je einen Schaltkontakt aufweisen, mittels dem bzw. der die festen Stufenkontakte beschaltbar sind, wobei jede Kontakteinheit formschlüssig lagefixiert und durch ein außerhalb der mindestens einen Schaltwelle verlaufendes Befestigungsmittel an dieser bzw. diesen befestigbar ist bzw. sind, wobei die jeweilige Kontakteinheit (2) aus mehreren identisch aufgebauten Kontaktträgern (1) gebildet wird, und wobei die Kontaktträger (1), auf der der mindestens einen Schaltwelle zugewandten Seite, mindestens zwei Zapfen (14) aufweisen, die sich in an der mindestens einen Schaltwelle vorgesehenen Sackbohrungen großflächig abstützen, derart, dass die gesamte Kontakteinheit (2) damit vor Verdrehung gesichert ist dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kontaktträger (1) jeweils mit einer Bügelschelle (3) an der mindestens einen Schaltwelle fixierbar sind, und dass die einzelnen Kontaktträger (1) jeweils mehrere Stifte (11) und Sackbohrungen (12) aufweisen, die derart zueinander positioniert sind, dass die Stifte (11) der jeweiligen Oberseite des einen Kontaktträgers (1) mit den Sackbohrungen (12) der entsprechenden Unterseite eines weiteren Kontaktträgers (1) in Eingriff gebracht werden können, so dass damit mindestens zwei Kontaktträger (1) zu einer Kontakteinheit (2) zusammensteckbar sind.
Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Enden der Bügelschellen (3) in an den Kontaktträgern (1) vorgesehenen Klötzen (4) aufgenommen und mittels Befestigungsmitteln (5) dauerhaft gesichert werden.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Seitenflächen eines jeden Kontaktträgers (1) nach oben und unten gerichtete Rastnasen (9) vorgesehen sind, die untereinander um wenige Zehntelmillimeter versetzt angeordnet sind.