DE3838195C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungs-Anzapfumschalter mit einer Vielzahl von stationären und beweglichen Kon­ takten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Leistungs-Anzapfumschalter ist aus der Lite­ raturstelle ELIN-Zeitschrift 1971, Heft 4, Seite 77-91, bekannt.

Bei dem bekannten Leistungs-Anzapfumschalter kommt es bei den Schaltvorgängen zu einer Gleitbewegung zwischen den beweglichen und stationären Kontakten, mit der Fol­ ge der Bildung von Metallstaub durch Abrieb. Dieser Ab­ rieb kann zwar durch Schmiermittel vermindert werden, jedoch ist der Einsatz von Schmiermitteln in vielen An­ wendungsfällen des Umschalters, etwa bei gasgekapselten Transformatoren unerwünscht.

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 20 21 157, 34 07 332 und 34 09 077 sind zwar Anzapfumschalter bekannt, bei denen das Trennen der Kontakte nicht zu einer Gleit-, sondern zu einer Abwälzbewegung führt, jedoch handelt es sich dabei um Umschalter grundsätzlich anderen Aufbaus, und darüber hinaus ist damit ein Abrieb nicht vollständig zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Lei­ stungs-Anzapfumschalter der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß ein Abrieb bei den Schaltvorgängen und da­ mit die Bildung von Metallstaub vollständig ausgeschaltet ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Aufrißschnitt des Umschal­ ters,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Umschalters von Fig. 1 in aus­ einandergezogener Form (Explo­ sionsdarstellung),

Fig. 3 ein Diagramm der Arbeitsfolge des Umschalters von Fig. 1 bzw. 2,

Fig. 4 bis 12 Darstellungen im vergrößerten Maßstab des Malteserkreuzme­ chanismus des Umschalters zur Erläuterung der Betriebsweise der Hauptumschaltung,

Fig. 13 eine Darstellung eines beweg­ lichen Kontakts entlang der Linie XIII-XIII von Fig. 14,

Fig. 14 einen Schnitt nach der Linie XIV-XIV von Fig. 13, der ebenfalls den Aufbau des be­ weglichen Kontakts wiedergibt,

Fig. 15 und 16 Darstellungen zur Erläuterung der gemeinsamen Wirkungsweise des beweglichen Kontakts und einer Steuerkurveneinrichtung.

In den Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Über­ tragungsmechanismus bezeichnet, der mit einem nichtgezeich­ neten elektrischen Antrieb in Antriebsverbindung steht und in Abhängigkeit von der Speisespannung des elektrischen An­ triebs eine Drehung zwecks Anheben oder Absenken der An­ zapfumschalter durchführt. Eine Antriebswelle 2 aus isolie­ rendem Material ist mit dem Mechanismus 1 über eine Kupplungs­ welle verbunden. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Anzeigegrät zum Anzeigen von durch die Drehung der Kupplungswelle 2 bewirkten Umschaltvor­ gängen. Das Anzeigegerät ist benachbart dem Übertragungsme­ chanismus 1 mit einem Schauloch versehen, damit von außen die Betriebsbedingungen jeweils zu beobachten sind. Ein erster Malteserkreuzmechanismus wird durch eine Antriebsscheibe 4 und zwei Malteserkreuze 6 und 7 gebildet, ein zweiter Malte­ serkreuzmechanismus durch eine Antriebsscheibe 5 und zwei Malteserkreuze 8 und 9.

Die Antriebsscheibe 4 ist mit der Antriebswelle 2 derart verbun­ den, daß sie in Abhängigkeit vom äußeren elektrischen Antrieb eine Drehung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn durchführt. Eine Vielzahl von Stiften 4a, 4b, 4c und 4d zum Antrieb der Malteserkreuze 6 und 7 ist auf der Oberfläche der Antriebsscheibe 4 angeordnet, derart, daß die Stife 4c und 4d von der unteren Oberfläche der Scheibe abstehen, und zwar um 180° gegenüber der von der oberen Oberfläche der Schei­ be abstehenden Stifte 4a und 4b. Die Stifte 4a und 4b treiben das Malteserkreuz 6 und die Stifte 4c und 4d das Malteserkreuz 7 an. Wenn die Antriebsscheibe 4 kontinuierlich in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben wird, werden die Malte­ serkreuze 6 und 7 durch die Stifte 4a, 4b, 4c und 4d gedreht.

Die Antriebsscheibe 5 ist ebenfalls mit der Antriebswelle 2 verbunden und wird gleichzeitig mit der Antriebsscheibe 4 ge­ dreht. Wie die Antriebsscheibe 4 ist auch die Antriebsscheibe 5 mit Stiften 5a und 5b versehen, die zum Antrieb der Malteserkreuze 8 und 9 dienen.

Wird die Antriebswelle 2 in einer Drehrichtung um 180° gedreht, dann werden damit Malteserkreuze 6 und 8 durch die Stifte 4a und 4b der Antriebsscheibe 4 bzw. durch den Stift 5a der Antriebsscheibe 5 in einer vorbestimmten Zeitfolge ange­ trieben. Die anschließende Drehung der Antriebswelle 2 um 180° führt über die Stifte 4c und 4d der Antriebsscheibe 4 bzw. den Stift 5b der Antriebsscheibe 5 zu einer Drehung der Malteserkreuze 7 und 9 in der vorbestimmten Zeitfolge. Die Malteserkreuze 6 und 7 sind mit kreisförmigen Innenausneh­ mungen versehen, deren Umfang als Innenzahnkranz ausgebil­ det ist. In diese Innenzahnkränze greifen drehbare Zahnrä­ der 11 bzw. 12 ein. Die Zahnräder 10 und 12 sitzen auf Drehwellen 11 bzw. 13, die aus isolierendem Material besteh­ hen. Die Drehwellen 11 und 13 übertragen die Drehungen über die Wellen 16 auf bewegliche Kontakte 17 der gradzahligen und der ungeradzahligen Seite der Stufenschaltanordnung. Die Wellen 16 sind, wie aus Fig. 1 entnehmbar, auf den gera­ den und ungeraden Seiten der entsprechenden Phasen eingesetzt, um dadurch die Isolierung zwischen den Phasen zu gewährleisten. Im Mittelbereich der Malteserkreuze 8 und 9 sind zylindrische Elemente eingesetzt, wobei das innere zylindrische Element des Malteserkreuzes 8 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als das äußere zylindrische Element des Malteserkreuzes 9. Ein innerer und ein äußerer Isolierzylinder 14 bzw. 15 ist mit diesen inneren und äußeren zylindrischen Elementen verbunden, um zusamen mit den Malteserkreuzen 8 und 9 in Drehung ver­ setzt zu werden. An den Isolierzylindern 14 und 15 sind drei Paare beweglicher Kontakte 17 an den geradzahligen und unge­ radzahligen Seiten der Stufenschalteranordnung mit vorbestimm­ ten Abständen vorgesehen; es handelt sich also um einen Drei­ phasen-Aufbau.

Anhand der Fig. 14 bis 15 soll nun ein an dem äußeren Isolier­ zylinder 15 befindlicher, beweglicher Kontakt erläutert wer­ den. Der innere Isolierzylinder 14 und ein beweglicher Kontakt 23 einer Neben-Anzapfumschalter- bzw. Grobstufenschalteranordnung haben im wesentlichen den gleichen Innenaufbau wie der Isolierzylinder 15 und die beweg­ lichen Kontakte 17, ausgenommen lediglich einen geringfügigen Unterschied ihrer Befestigung.

Das Bezugszeichen 17a bezeichnet eine Vielzahl beweglicher Kontaktpaare, wobei jedes Paar aus einem oberen und einem unteren Kontakt besteht, die derart angeordnet sind, daß sie einen stationären Kontakt 24 und einen Kollektorring 17d klemmend umgeben.

Eine Vielzahl von Federn 17c üben auf die beweglichen Kon­ takte 17a einen Kontaktdruck aus, der für den Stromfluß erforderlich ist. Ein Tragelement 17f dient der Halterung der beweglichen Kontakte 17a und ist in einem Lager 17k mit Bewegungsfreiheit nach oben und unten geführt, das seinerseits an den inneren Seitenflächen eines Gehäuses 17e befestigt ist. Eine Drehwelle 17h ist in ihrem oberen und unteren Bereich in Lagern 17j drehbar gehalten und Nockenfolger 17g, 17g′ an der Drehwelle 17h gelagert, und zwar symmetrisch um 180° versetzt. Die Nockenfolger 17g sind in einer Nut einer Steuerkurve 17b geführt, wie dies am besten aus Fig. 15 ersichtlich ist.

Die Nut weist bei jeder Drehung um 90° eine maximale Aus­ lenkung auf, um die beweglichen Kontakte 17a in die obere und untere Richtung zu bewegen, wie dies in 15 ge­ zeigt ist. Das Gehäuse 17e ist an dem Isolierzylinder 15 in der Fig. 13 gezeigten Weise befestigt, so daß der be­ wegliche Kontakt 17a von einem stationären Kontakt zu einem anderen stationären Kontakt bei der Drehung des Isolationszylinders gebracht werden kann. Die stationä­ ren Kontakte 24 der erforderlichen Anzahl für den Drei­ phasen-Aufbau sind an einer Vielzahl von Isolationszylin­ dern 25 angebracht, welche kreisförmig in bestimmten Ab­ ständen zueinander angeordnet sind und im oberen und un­ teren Bereich durch Halteelemente 30 und 31 getragen werden.

Als nächstes wird im folgenden der Grobstufenschalter be­ schrieben. Die Antriebsscheibe 9 besitzt drei Antriebs­ stifte 9a und 9b, 9b, welche in einem Umfangbereich der Vorderseite angeordnet sind, wobei sich der Stift 9a in der Mitte und die Stifte 9b zu dessen beiden Seiten be­ finden. Die Anordnung der Stifte 9a und 9b ist so ge­ troffen, daß sie mit den Stellen von drei Ausnehmungen zusammentreffen, welche in einem Malteserkreuz 18 aus­ gebildet sind, sobald diese miteinander eingreifen sol­ len. Das Malteserkreuz 18 besitzt einen äußeren umlau­ fenden Rand mit einem Bereich, der als Außenzahnrad ausgebildet ist, das wiederum in ein Zahnrad 20 ein­ greift, um die Drehung des Malteserkreuzes 18 zu über­ tragen. Das Zahnrad 20 ist drehbar mit einem Teil eines Gabelelements 19 verbunden, das sich unterhalb des Zahn­ rades 20 befindet. Das Malteserkreuz 18 und das Ga­ belelement 19 sind gemeinsam auf einer Welle 32 für eine entsprechende Drehung angebracht, und das Gabelelement 19 ist mit einer Ausnehmung 19a versehen, deren Form der Form der zentralen Ausnehmung 18a des Malteserkreuzes 18 entspricht, so daß das Gabelelement 19 zusammen mit dem Malteserkreuz 18 über den Antriebsstift 9a gedreht werden kann. Das Zahnrad 20 ist auf einer Drehwelle 27 angebracht, welche wirksam mit dem beweglichen Kontakt 23 des Grobstu­ fenschalters verbunden ist, um den beweglichen Kontakt 23 des Grobstufenschalters in die obere und untere Richtung über eine Steuerkurve 23b zu verschieben und dadurch mit einem stationären Kontakt 28 und einem Kollektor 23e in Kontakt zu bringen oder von diesem zu trennen. Mit 22 sind drei Paare von Antriebsplatten bezeichnet, an welchen die beweglichen Kontakte 23 in vorbestimmten Abständen zwi­ schen diesen befestigt sind und von denen eines ihrer En­ den an dem Gabelelement befestigt ist, so daß die bewegli­ chen Kontakte 23 zu den anderen benachbarten, stationären Kontkaten 28 infolge der Drehung des Gabelelements 19 ver­ schoben werden kann. Eine Vielzahl von stationären Kontak­ ten 28 ist am Isolationszylinder 29 angebracht, wie aus Fig. 2 zu sehen ist.

Eine dataillierte Darstellung der beweglichen Kontakte 23 des Grobstufenschalters wird hierbei weggelassen, da der Aufbau im wesentlichen der gleiche ist wie derjenige der beweglichen Kontakte 17 des Hauptschalters, ausgenommen, daß ein Gehäuse 23d an der Antriebsplatte 22 befestigt ist.

Die Betriebsweise wird nunmehr anhand der Fig. 3 bis 12 er­ läutert. Da die Betriebsweise des Hauptschalters und die des Grobstufenschalters im Prinzip im wesentlichen die gleiche ist, wird die ausführliche Analyse nur in bezug auf den Hauptschalter gegeben.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das den Betriebsablauf während der Periode des Wechsels einer Stufe wiedergibt, wobei die Ele­ mente im Antriebssystem auf der linken Seite des Diagramms beschrieben sind und die Betriebszustände dieser Elemente in Richtung der horizontalen Achse des Diagramms dargestellt sind.

Die Malteserkreuze 6 und 8 werden durch die Stifte 4a, 4b und 5a gedreht, welche auf den Vorderseiten (oberen Flächen gemäß Fig. 1 und 2) der Antriebsscheiben 4 bzw. 5 angeordnet sind, wenn die Anzapfstellen an der ungeradzahligen Seite ge­ ändert werden. Andererseits werden die Malteserkreuze 7 und 9 durch die Stifte 4c, 4d und 5b gedreht, welche auf den rück­ wärtigen Flächen der Antriebsscheibe 4 bzw. 5 angeordnet sind, wenn die Anzapfstellen auf der geradzahligen Seite ge­ ändert werden. In Fig. 3 ist der die geradzahlige Seite be­ treffende Betrieb durch gestrichelte Linien wiedergegeben.

Wie oben beschrieben, werden beim tatsächlichen Betrieb, sofern mit den Anzapfstellen auf der ungeradzahligen Seite gestartet wird, die Malteserkreuze 6 und 8 zunächst gedreht, um den Wechselvorgang des ersten Schalt­ schrittes zu beenden. Die Malteserkreuze 7 und 9 werden während des ersten Schaltschrittes stationär gehalten, da die Stifte 4c, 4d und 5d untätig sind. Beim nächsten Schritt werden die Malteserkreuze 7 und 9 gedreht, und die Malteserkreuze 6 und 8 werden stationär gehalten. Die Mal­ teserkreuze 6, 8 und 7, 9 werden somit abwechselnd gedreht. Das Malteserkreuz 18 für den Grobstufenschalter wird durch das Malteserkreuz 9 nur in der vorbestimmten Lage gedreht, um dadurch den Wechselvorgang durchzuführen.

Das Lageverhältnis zwischen den Antriebsscheiben 4 und 5 und den Malteserkreuzen 6 und 8 während der Betriebsperio­ de wird in Fig. 4 gezeigt, welche den Zustand darstellt, der durch die Anzapf-Kennzeichnung n gemäß Fig. 3 markiert ist, wobei der Wechselvorgang von diesem Zustand wie folgt ist.

Die Antriebsscheiben 4 und 5 werden in Pfeilrichtung durch den externen elektrischen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt), durch den Antriebsmechanismus 1 und die Antriebswelle 2 gleichzeitig gedreht. Aufgrund der Drehung der Antriebsschei­ ben greift einer der Antriebsstifte 4b in die entsprechende Ausnehmung des Malteserkreuzes 6 ein, um dieselbe um einen vorbestimmten Winkel zu drehen. Aufgrund dieser Drehung des Malteserkreuzes 6 werden der Innenzahnkranz, das Zahnrad 10 und die Steuerkurve 17b der beweglichen Kontakte 17 gedreht, und der bewegliche Kontakt 17a wird von dem stationären Kon­ takt 24 und dem Kollektorring 17d aufgrund des Versatzes der Steuerrille bei der Drehung der Steuerkurve 17b ge­ trennt. Dieser Zustand wird in Fig. 3 durch die Markie­ rung (I) wiedergegeben und in Fig. 5 konkret dargestellt.

Beim nächsten Schritt greifen der Stift 4a der Antriebs­ scheibe 4 und der Stift 5b der Antriebsscheibe 5 synchron miteinander in die Ausnehmungen der Malteserkreuze 6 und 8 ein und diese werden in synchroner Weise gedreht, um die beweglichen Kontakte 17 zu dem nächsten, benachbarten sta­ tionären Kontakt zu verschieben, um dort in einer regulä­ ren Lage anzuhalten, welche durch den Zustand (II) in Fig. 3 dargestellt und in Fig. 6 gezeigt ist. Beim nächsten Schritt greift der andere der Antriebsstift 4b in die Aus­ nehmung der Malteserkreuze 6 ein, um diese wieder zu drehen. Die Steuerkurve 17b der beweglichen Kontaktele­ mente 17 dreht sich dann simultan, um wieder einen Kontakt mit dem beweglichen Kontakt 7a und dem stationären Kontakt 24 und dem Kollektor 17d herzustellen, womit die beweglichen Kontakte in ihre Ausgangsstellung zurückkehren, welche durch den Zustand (III) in Fig. 3 dargestellt ist. Die Antriebs­ scheiben 4 und 5 drehen um 180° gemäß Fig. 7 weiter und hal­ ten in einer regulären Lage der Anzapf-Nummer (n+1) unter Vollendung des Anzapf-Wechselvorgangs in einem Schritt an.

Der Anzapf-Wechselvorgang bezüglich der Anzapfstellen der ungeradzahligen Seite des Hauptschalters ist im vorhergehenden beschrieben, die Beschreibung des Anzapf-Wechselvorganges in bezug auf die Anzapfstellen der geradzahligen Seite des Hauptschalters ist im wesentlichen gleich zu der der unge­ radzahligen Seite, so daß deren Erläuterung hier entfallen kann. Es wird jedoch bemerkt, daß bei dem Anzapf-Wechsel­ vorgang der geradzahligen Seite das Malteserkreuz 18 für den Grobstufenschalter und das Gabelelement 19 in ähnlicher Weise zu dem Anzapf-Wechselvorgang der beschriebenen unge­ radzahligen Seite und die Tätigkeiten des einen Antriebs­ stiftes 9a und der zwei Antriebsstifte 9b des Malteserkreu­ zes 9 in der regulären Lage arbeiten. Dieser Zustand wird nun anhand der Fig. 8 bis 12 beschrieben.

Fig. 8 zeigt einen Zustand der regulären Lage, in welcher der bewegliche Kontakt 23 geschlossen ist. Wenn sich das Malteserkreuz 9 dreht, wird gemäß Fig. 8 der Antriebsstift 9b in Eingriff mit den Ausnehmungen des Malteserkreuzes 18 gebracht und dreht dieses um einen vorbestimmten Winkel in Pfeilrich­ tung. Die Drehung des Malteserkreuzes 18 wird auf den ex­ ternen Zahnkranz, das Zahnrad 20 und die Steuerkurve 23b übertragen, wodurch der bewegliche Kontakt 23a von dem stationären Kontakt 28 und dem Kollektorring 23e gemäß Fig. 9 getrennt wird. Bei diesem Vorgang kommen die zen­ trale Ausnehmung des Malteserkreuzes 18 und die Ausnehmung des Gabelelements 19 in Ausrichtung miteinander in einen Umstand, bei welchem das Malteserkreuz 18 und das Gabel­ element 19 durch den Antriebsstift 9a synchron betätigt werden. Im Zusammenhang mit der Drehung des Malteserkreuzes 9 werden das Malteserkreuz 18 und das Gabelelement 19 zu­ sammen gedreht, und der bewegliche Kontakt 23 wird simultan bewegt, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Das Malteserkreuz 9 dreht weiter, und die beweglichen Kontakte 23 werden zu dem benachbarten Kontakt 28 bewegt, wobei während dieses Vor­ gangs der bewegliche Kontakt 23a den geöffneten Zustand beibehält, so daß hierbei keine gleitende Bewegung gemäß Fig. 11 erfolgt.

Die weitere Drehung des Malteserkreuzes 9 wird auf das Mal­ teserkreuz 18 und sodann auf den externen Zahnkranz, das Zahnrad 20 und die Steuerkurve 23b in dieser Reihenfolge übertragen, um dadurch den Kontakt zu schließen und den gesamten Anzapfstellen-Wechselvorgang zu vollenden, wie dieses in Fig. 12 gezeigt ist.

Wie oben anhand der Fig. 3 bis 12 beschrieben worden ist, werden die beweglichen Kontakte vor dem Beginn des Bewe­ gungsablaufes von den stationären Kontakten und den Kol­ lektorringen getrennt und sodann zu den benachbarten, sta­ tionären Kontakten bewegt. Nach dem Erreichen der benach­ barten stationären Kontakten werden die beweglichen Kon­ takte geschlossen. Diese Vorgänge werden bei jedem Anzapf­ stellen-Wechselvorgang ausgeführt.

Claims (3)

1. Leistungs-Anzapfumschalter mit einer Vielzahl von stationä­ ren Kontakten (24), die mit Wicklungsanzapfungen eines Transformators leitend verbunden sind, und mit beweglichen Kon­ takten (17), die mit den stationären Kontakten (24) und mit Kollektorringen (17d) über koaxiale Malteserkreuze (8, 9) eines Malteserkreuzmechanismus (5, 8, 9) in Berührung bringbar und zu den benachbarten stationären Kontakten (24) hin bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Malteserkreuzmechanismus (4, 6,7) vorhanden ist, dessen Malteserkreuze (6, 7) koaxial zu den Malteserkreuzen (8, 9) des ersten Mechanismus (5, 8, 9) angeordnet sind und In­ nengetriebe aufweisen, durch deren Zahnräder (10, 12) die beweg­ lichen Kontakte (17), welche als Kontaktpaare (17a) an von den Malteserkreuzen (8, 9) angetriebenen Isolier­ zylindern (14, 15) befestigt sind, über eine Steuerkurveneinrich­ tung (17b) vor dem Beginn des Bewegungsablaufs von den stationä­ ren Kontakten (24) und den Kollektorringen (17d) getrennt und nach Erreichen der benachbarten stationären Kontakte (24) wieder geschlossen werden.

2. Leistungs-Anzapfumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurveneinrichtung einen Nocken (17b) mit Nut aufweist, in welche eine Vielzahl von Nockenfolgern (17g) eingreift, die mit den beweglichen Kontakten (17) in Verbindung stehen.

3. Leistungs-Anzapfumschalter nach Anspruch 1 oder 2 mit Grobstufenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobstufenschalter ebenfalls ein Malteserkreuz (18) aufweist, in welches das Malteserkreuz (9) des ersten Malteserkreuz­ mechanismus (5, 8, 9) über Antriebsstife (9a, 9b) eingreift.