[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Gattungsgemäße Schaltanordnungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
Sie finden in Umstellern von Transformatoren, insbesondere von Stufentransformatoren
Anwendung und dienen dem leistungslosen, d.h. spannungs- bzw. stromlosen Umschalten
zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen des am Umsteller angeschlossenen Transformators.
[0003] Eine derartige Schaltanordnung besteht im Wesentlichen aus mehreren kreisförmig um
eine zentrale Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben und einer zentralen, drehbar
gelagerten Schaltwelle, an der eine Kontaktanordnung befestigt ist. Die Kontaktanordnung
dient der elektrischen Kontaktierung von zwei zueinander, vorzugsweise benachbarten,
Kontaktstäben, um dadurch ein definiertes Transformationsverhältnis des mit der Schaltanordnung
verbundenen Transformators zu bewirken.
[0004] Die aus dem Stand der Technik wie z.B. aus
US 4 496 805 A bekannten Kontaktanordnungen weisen Rollerkontakte auf, d.h. die mit den Kontaktstäben
in Verbindung stehenden Kontaktelemente sind rollen- oder walzenförmig ausgebildet
und drehbar in der Kontaktanordnung gelagert. Beim Umstellen der Schaltanordnung aus
einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung wird durch die Reibung der
Rollerkontakte gegenüber den Kontaktstäben eine Drehbewegung der Rollerkontakte bewirkt,
so dass sich die Rollerkontakte umfangsseitig an den Kontaktstäben abrollen.
[0005] Nachteilig an derartigen Rollerkontakten ist, dass durch das Abrollen der Rollerkontakte
an den festen Kontaktstäben dort entstandene Rückstände, beispielsweise kohlenartige
Rückstände bzw. Trennschichten, die elektrisch schlecht oder nicht leitend sind, durch
die Abrollbewegung auf den Kontaktstäben bzw. den Rollerkontakten festgedrückt werden
und damit den elektrischen Kontakt zunehmend verschlechtern. Der erhöhte Kontaktwiderstand
führt zu einer zunehmenden Erwärmung der Kontaktfläche und damit zu einer Verringerung
der Kontaktlebensdauer bzw. zu einer Verringerung der Lebensdauer der gesamten Schaltanordnung.
[0006] Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktsystem aufzuzeigen, das
beim Umschaltvorgang eine Selbstreinigung der Kontakte bewirkt und einfach zu montieren
ist. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen
kennzeichnende Merkmale gelöst.
[0007] Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Kontaktfläche der Kontaktelemente
zumindest einen Mittelbereich und beidseitig daran anschließende Randbereiche aufweist,
die derart geformt sind, dass der radiale Abstand der Kontaktfläche zur Mittellängsachse
im Mittelbereich der Kontaktelemente kleiner ist als der radiale Abstand der Kontaktfläche
zur Mittellängsachse in den Randbereichen. Durch den reduzierten radialen Abstand
der Kontaktfläche zum Drehpunkt der Kontaktanordnung, und zwar der Mittellängsachse,
wird im Bereich zwischen den Kontaktstellen gezielt eine Ausnehmung vorgesehen. Mittels
der erfindungsgemäßen zwischen den Kontaktstellen angeordneten Ausnehmung wird eine
Zwischenschaltstellung ermöglicht, bei der die Ausnehmung einem Kontaktstab radial
gegenüber zu liegen kommt und die Kontaktelemente keinen Kontakt zu den benachbarten
Kontaktstäben herstellen. In dieser Zwischenschaltstellung ist die Schaltwelle zusammen
mit der Kontaktanordnung in den Zwischenraum zwischen den kreisförmig angeordneten
Kontaktstäben axial einbringbar. Dadurch wird eine leichte Montage und Entnahme der
Schaltwelle samt Kontaktanordnung möglich.
[0008] Vorzugsweise schließt sich an die Ausnehmung des Mittelbereichs, die vorzugsweise
konkav gewölbt oder eben ausgebildet ist, zu beiden Seiten hin jeweils ein Zwischenbereich
an, der konvex nach außen gewölbt ist. Vorgenannte und im Weiteren folgende Wölbungsangaben
beziehen sich stets auf die Mittellängsachse, um welche die die Kontaktanordnung tragende
Schaltwelle drehbar gelagert ist. Die konvex gewölbten Zwischenbereiche weisen ein
Wölbungsmaximum auf, dessen Abstand zur Mittellängsachse größer ist als der Abstand
der Kontaktfläche im Mittelbereich zur Mittellängsachse, sodass der Mittelbereich
seitlich durch die Wölbungsmaxima der angrenzenden Zwischenbereiche begrenzt wird.
[0009] Vorzugsweise schließen sich jeweils an die Zwischenbereiche nach außen hin erste
Randbereichsabschnitte an, die eben oder konkav bezogen auf die Mittellängsachse gewölbt
sind. Vorzugsweise sind die ersten Randbereichsabschnitte kreisbogenförmig ausgebildet.
An diesen ersten Randbereichsabschnitten liegt in der Schaltstellung jeweils ein Kontaktstab
an. In der Schaltstellung befinden sich die Wölbungsmaxima der Zwischenbereiche zumindest
teilweise im Zwischenraum zwischen den elektrisch kontaktierten Kontaktstäben. Bei
Herausdrehen der Kontaktanordnung aus der Schaltstellung ist ein Gleiten der Kontaktfläche
des Kontaktstabes über das Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs in Drehrichtung erforderlich.
Dies führt zu einer verbesserten Klemmung der Kontaktanordnung in Bezug auf den Kontaktstab,
sodass erst nach Drücken der federnd radial verschiebbar gegenüber der Schaltwelle
angeordneten Kontaktelemente in Richtung der Mittellängsachse der Kontaktstab am Wölbungsmaximum
des Zwischenbereichs vorbei gleiten kann und damit die Schaltstellung verlassen werden
kann. Somit wird durch die in den Zwischenraum zwischen die elektrisch kontaktierten
Kontaktstäbe hineinragenden Wölbungsmaxima der Zwischenbereiche zum einen ein ungewolltes
Verdrehen der Kontaktanordnung aus der Schaltstellung verhindert, zum anderen wird
eine Selbstjustierung der Kontaktanordnung in der jeweiligen Schaltstellung erreicht.
Des Weiteren wird durch die Schleifbewegung der Kontaktflächen der Kontaktelemente
an den Kontaktstäben beim Herausdrehen der Kontaktanordnung aus der jeweiligen Schaltstellung
eine Reibung erzeugt, die zu einer Selbstreinigung der Kontaktflächen der Kontaktelemente
bzw. der mit diesen Kontaktflächen in Wirkverbindung stehenden Außenflächenbereiche
der Kontaktstäbe führt.
[0010] Vorzugsweise schließt sich an den ersten Randbereichsabschnitt ein zweiter konvex
gewölbter Randbereichsabschnitt an. Dieser zweite Randbereichsabschnitt kann ebenfalls
ein Wölbungsmaximum aufweisen, das zusammen mit dem Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs
den ersten Randbereichsabschnitt seitlich begrenzt. Insbesondere bei konkav ausgebildetem
erstem Randbereichsabschnitt bildet sich dort eine Ausnehmung zwischen dem Zwischenbereich
und dem zweiten Randbereichsabschnitt aus, die einem ungewollten Herausdrehen der
Kontaktanordnung aus der jeweiligen Schaltstellung entgegenwirkt.
[0011] Weiterhin bevorzugt können an den zweiten Randbereichsabschnitten drehbar gelagerte
Rollen vorgesehen sein, die umfangsseitig gegenüber den zweiten Randbereichsabschnitten
vorstehen. Durch diese Rollen wird beim Hineindrehen bzw. Herausdrehen der Kontaktanordnung
in eine bzw. aus einer Schaltstellung eine Verringerung des aufzuwendenden Drehmoments
erreicht, da nach einer Schleifbewegung der ersten Randbereichsabschnitte an den Kontaktstäben
die Rollen gegenüber diesen zur Anlage gelangen und mittels dieser an den Kontaktstäben
abrollen.
[0012] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein mit der Schaltwelle verbundenes
Gehäuse angeordnet, in dem die Kontaktanordnung zumindest teilweise aufgenommen ist.
Die Kontaktelemente der Kontaktanordnung sind als Kontaktlamellenpaket realisiert
und einzeln federnd gegenüber dem Gehäuse verschiebbar. Vorzugsweise sind Federn vorgesehen,
die als Druckfedern ausgebildet sind und einen radial nach außen wirkenden Anpressdruck
der Kontaktelemente an die Kontaktstäbe bewirken. Durch die einzelne Verschiebbarkeit
der Kontaktelemente kann auch bei erhöhter Oberflächenrauhigkeit der Kontaktstäbe
bzw. der Kontaktelemente, beispielsweise durch Abnutzung ein elektrisches Kontaktieren
sichergestellt werden, da sich die einzelnen Kontaktelemente an die Oberflächenstruktur
anpassen können. Dabei ist stets sichergestellt, dass jedes Kontaktelement stets mit
mindestens zwei Kontaktpunkten gegenüber den jeweiligen Kontaktstäben anliegt.
[0013] Vorzugsweise weisen die Kontaktelemente jeweils zumindest zwei Langlöcher zur verschiebbaren
Befestigung der Kontaktelemente im Gehäuse auf, wobei durch die Langlöcher ein Verschiebungsbereich
für die Kontaktelemente definiert wird. Bei Einnehmen einer Schaltstellung zur elektrischen
Kontaktierung von zwei benachbarten Kontaktstäben sind die Kontaktelemente zumindest
teilweise in das Gehäuse zurückgeschoben. Bei Positionierung der Kontaktanordnung
in der Zwischenschaltstellung, bei der der Mittelbereich einem Kontaktstab gegenüberliegt,
werden die Kontaktelemente maximal aus dem Gehäuse herausgeschoben und von den Langlöchern
begrenzt beabstandet zum Kontaktstab gehalten.
[0014] Besonders bevorzugt sind die Kontaktelemente als Schleifkontaktelemente bzw. Schleifkontaktlamellen
ausgebildet. Diese Schleifkontaktelemente zeichnen sich insbesondere durch einen stetigen
Verlauf der Kontaktflächen aus, sodass beim Drehen der Kontaktanordnung gegenüber
den Kontaktstäben die Kontaktelemente eine Schleifbewegung an den Kontaktstäben vollziehen
und damit eine Reinigung der Kontaktflächen bewirkt wird.
[0015] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
den Figuren näher erläutert werden. Zudem ergeben sich Weiterbildungen, Vorteile und
Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele und aus den Figuren. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem
Bestandteil der Beschreibung gemacht.
[0016] Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinesfalls auf
die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll. Es zeigen:
- Fig. 1
- beispielhaft eine gattungsgemäße Schaltanordnung in einer schematischen Seitenansicht;
- Fig. 2
- beispielhaft ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung
in einer Draufsicht;
- Fig. 3
- beispielhaft die erfindungsgemäßen Schaltanordnung gemäß Fig.2 in einer Zwischenschaltstellung;
- Fig. 4
- beispielhaft ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung
in einer Draufsicht;
- Fig. 5
- beispielhaft eine Schnittdarstellung einer Kontaktanordnung der erfindungsgemäßen
Schaltanordnung in einer Seitenansicht und
- Fig. 6
- beispielhaft eine Schnittdarstellung der Kontaktanordnung aus Fig. 5 entlang der Schnittlinie
A-A.
- Fig.7
- beispielhaft ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung
in einer Draufsicht;
- Fig. 8
- beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltanordnung mit randseitig angeordneten Rollen
in einer Draufsicht.
[0017] In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine erfindungsgemäße Schaltanordnung gezeigt.
Die Schaltanordnung 1 kann insbesondere in einem Umsteller zur Veränderung des Transformationsverhältnisses
eines Transformators Verwendung finden.
[0018] Die Schaltanordnung 1 besteht im Wesentlichen aus mehreren zueinander parallelen,
beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse MLA angeordneten Kontaktstäben
2, die durch zwei zueinander beabstandete Käfigringe 8 hindurchgeführt sind und über
diese in vorgegebenen Positionen gehalten werden. Ebenfalls durch die Käfigringe 8
gehalten bzw. geführt ist eine Schaltwelle 3, die entlang der Mittellängsachse MLA
verläuft und drehbar um diese gelagert ist, vorzugsweise in zumindest einem der Käfigringe
8.
[0019] In Bereich zwischen den beiden Käfigringen 8 ist eine Kontaktanordnung 4 mit mehreren
Kontaktelementen 5 vorgesehen, die mit der um die Mittellängsachse MLA drehbar gelagerten
Schaltwelle 3 verbunden ist. Die Kontaktelemente 5 sind in radialer Richtung gegenüber
der Schaltwelle 3 verschiebbar und zur elektrischen Kontaktierung von zwei zueinander
benachbarten Kontaktstäben 2 ausgebildet. Die Kontaktelemente 5 sind insbesondere
federbelastet verschiebbar und werden durch Druckfedern in einer bezogen auf die Mittellängsachse
MLA radial nach außen vorgeschobenen Position in Richtung der Kontaktstäbe 2 gedrückt
gehalten.
[0020] Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Schaltanordnung 1 besteht aus sechs Kontaktstäben
2. Die Kontaktanordnung 4 kann somit durch Drehen der Schaltwelle 3 um die Mittellängsachse
MLA sechs unterschiedliche Schaltstellungen annehmen, wobei durch die verschiedenen
Schaltstellungen der Schaltanordnung 1 unterschiedliche Transformationsverhältnisse
eines mit der Schaltanordnung 1 verbundenen Transformators einstellbar sind.
[0021] Erfindungsgemäß ist die den Kontaktstäben 2 zugewandte Kontaktfläche 6 der Kontaktelemente
5 derart geformt, dass der radiale Abstand d
1 der Kontaktfläche 6 zur Mittellängsachse MLA im Mittelbereich 6.1 der Kontaktelemente
5 kleiner ist als der radiale Abstand d
3, d
4 in den beiderseitig an den Mittelbereich 6.1 anschließenden Randbereichen 6.3, 6.3',
6.4, 6.4'. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Mittelbereich 6.1
und den Randbereichen 6.3, 6.3', 6.4, 6.4' noch ein Zwischenbereichen 6.2, 6.2' vorgesehen,
der den Übergang zwischen genannten Bereichen bildet.
[0022] In den Figuren 2 und 3 ist jeweils eine mittels der Schaltwelle 3 drehbare Kontaktanordnung
4 in einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die Figur 2 die Kontaktanordnung
4 in einer Schaltstellung positioniert zeigt, bei der zwei Kontaktstäbe 2 elektrisch
leitend über die Kontaktanordnung 4 miteinander verbunden sind und die Figur 3 eine
zwischen zwei, möglichen Schaltstellungen befindliche Zwischenschaltstellung zeigt,
bei der die Kontaktanordnung 4 gegenüber den Kontaktstäben 2 freigeschaltet ist, d.h.
die Kontaktflächen 6 der Kontaktelemente 5 nicht an einem oder mehreren Kontaktstäben
2 anliegen.
[0023] Die Kontaktanordnung 4 ist symmetrisch zu einer Symmetrieachse SA aufgebaut, und
zwar vorzugsweise spiegelsymmetrisch. Die Symmetrieachse SA verläuft hierbei durch
die Mittellängsachse MLA sowie den Mittelbereich 6.1. In der Schaltstellung, d.h.
die benachbarten Kontaktstäbe 2 sind durch die Kontaktanordnung 4 elektrisch miteinander
verbunden, teilt die Symmetrieachse SA näherungsweise den Zwischenraum 9 zwischen
zwei Kontaktstäben 2 in näherungsweise zwei gleiche Hälften auf.
[0024] Der die Symmetrieachse SA einschließende Mittelbereich 6.1 der Kontaktfläche 6 ist
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel konkav gewölbt. Diese Wölbungsangabe bezieht
sich, wie auch sämtliche weitere Wölbungsangaben, auf die Mittellängsachse MLA der
Schaltanordnung 1. Durch diese konkave Wölbung bildet sich im Mittelbereich 6.1 eine
Ausnehmung aus, in deren Minimum ein radialer Abstand d
1 zwischen Mittellängsachse MLA und der Kontaktfläche 6 des Kontaktelements 5 vorliegt,
der kleiner ist als der radiale Abstand d
2 zwischen den jeweils beidseitig an den Mittelbereich 6.1 anschließenden Zwischenbereichen
6.2, 6.2' sowie die radialen Abstände d
3, d
4 zwischen den ersten bzw. zweiten Randbereichen 6.3, 6.3', 6.4, 6.4'.
[0025] Die radialen Abstände d
1, d
2, d
3, d
4 sind aufgrund der Verschiebbarkeit der Kontaktelemente 5 gegenüber der entlang der
Mittellängsachse MLA verlaufenden Schaltwelle 3 variabel. Jedoch bedingt die individuelle
Verschiebung der einzelnen Kontaktelemente 5 gegenüber der Schaltwelle 3 eine Veränderung
jeweils sämtlicher Abstände d
1, d
2, d
3, d
4 eines Kontaktelementes 5, so dass das Größenverhältnis der Abstände d
1, d
2, d
3, d
4 zueinander stets erhalten bleibt.
[0026] Vorzugsweise ist der radiale Abstand d
1 des Mittelbereichs 6.1 zur Mittellängsachse MLA derart gewählt, dass die Kontaktanordnung
4 eine zwischen zwei Schaltstellungen liegende Zwischenschaltstellung gegenüber den
Kontaktstäben 2 einnehmen kann, bei der die Symmetrieachse SA der Kontaktanordnung
4 durch einen Kontaktstab 2 verläuft. In dieser Zwischenschaltstellung nimmt der radiale
Abstand d
1 der Kontaktfläche 6 im Mittelbereich zur Mittellängsachse MLA einen Maximalwert an.
Dieser Maximalwert des Abstands d
1 ist jedoch kleiner als der radiale Abstand d
5 der Außenflächen der Kontaktstäbe 2 zur Mittellängsachse MLA, d.h. die Kontaktfläche
6 im Mittelbereich 6.1 einen ausreichenden Abstand zum gegenüberliegenden Kontaktstab
2 aufweist. Durch diese Dimensionierung kann die Schaltwelle 3 mit der Kontaktanordnung
4 berührungslos in die kreisförmige Anordnung der Kontaktstäbe 2 eingeschoben werden,
so dass eine einfache Montage und Demontage der Schaltanordnung 1 gewährleistet ist.
[0027] An den Mittelbereich 6.1 schließen sich zu beiden Seiten hin symmetrisch zur Symmetrieachse
SA jeweils ein Zwischenbereich 6.2 an, deren Abstand d
2 zur Mittellängsachse MLA hin größer ist als der Abstand d
1. Die radiale Abstandsvergrößerung zwischen dem Mittelbereich 6.1 und dem Zwischenbereich
6.2 vollzieht sich stetig, wobei die konkave Wölbung des Mittelbereichs 6.1 im Zwischenbereich
6.2, 6.2' in eine konvexe Wölbung übergeht und im Wölbungsmaximum den radialen Abstand
d
2 zur Mittellängsachse MLA erreicht. Der Winkelabstand α der Wölbungsmaxima der beiden
Zwischenbereiche 6.2, 6.2' ist derart gewählt, dass die Wölbungsmaxima der konvex
gewölbten Zwischenbereiche 6.2, 6.2' zumindest teilweise innerhalb des Zwischenraums
9 zu liegen kommen bzw. teilweise in diesen hineinragen.
[0028] Durch die symmetrische Anordnung der Wölbungsmaxima wird eine Selbstjustierung der
Kontaktanordnung 4 in der Schaltstellung erreicht, da eine Verdrehung der Kontaktanordnung
4 zu einem Einschieben der Kontaktelemente 5 führen würde. Durch dieses Einschieben
werden Rückstellkräfte bewirkt, die zu einem Rückstellen der Kontaktanordnung 4 in
die Position führen, in der die Symmetrieachse SA mittig durch den Zwischenraum 9
zwischen den elektrisch verbundenen Kontaktstäben 2 führt.
[0029] An den Zwischenbereich 6.2, 6.2' schließen sich jeweils nach außen hin erste und
zweite Randbereichsabschnitte 6.3, 6.4, 6.3', 6.4' an, wobei die ersten Randbereichsabschnitte
6.3, 6.3' im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 eben oder im Wesentlichen
eben ausgebildet sind. Die ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3' der Kontaktfläche
6 liegen damit in der Schaltstellung zumindest teilweise an den Kontaktstäben 2 an.
Durch die ebene oder im Wesentlichen ebene Ausbildung der ersten Randbereichsabschnitte
6.3, 6.3' verringert sich der radiale Abstand d
3 des ersten Randbereichsabschnitts 6.3, 6.3' zur Mittellängsachse MLA in Richtung
des zweiten Randbereichsabschnitts 6.4, 6.4', wobei der radiale Abstand d
3 stets kleiner ist als der radiale Abstand d
2 zwischen dem Zwischenbereich 6.2, 6.2' und der Mittellängsachse MLA. Durch diese
geometrische Dimensionierung wird ein ungewolltes Verdrehen der Kontaktanordnung 4
aus der Schaltstellung heraus verhindert, da abhängig von der Drehrichtung ein Zwischenbereich
6.2, 6.2' mit seinem Wölbungsmaximum beim Herausdrehen der Kontaktanordnung 4 aus
der Schaltstellung zur Anlage gegenüber dem Kontaktstab 2 gelangt und dabei durch
das Einschieben der Kontaktelemente 5 in Richtung der Schaltwelle 3 eine erhöhte Klemmung
erzielt wird, die einem ungewollten Umschalten entgegenwirkt.
[0030] Nach außen hin schließt sich jeweils an den ersten Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3'
der zweite Randbereichsabschnitt 6.4, 6.4' an, der vorzugsweise konvex - bezogen auf
die Mittellängsachse MLA - gewölbt ist. Diese zweiten Randbereichsabschnitte 6.4,
6.4' bilden eine seitliche Abrundung der Kontaktelemente 5, so dass beim Drehen der
Kontaktanordnung 4 um die Mittellängsachse MLA die Kontaktelemente 5 mit dem zweiten
Randbereichsabschnitt 6.4, 6.4' an dem Kontaktstab 2 entlang schleifen und die Kontaktanordnung
4 unter radialem Einschieben der Kontaktelemente 5 in Richtung der Mittellängsachse
MLA mit geringem Kraftaufwand in die Schaltstellung bewegt werden können.
[0031] In Figur 4 ist in eine weitere Ausführungsform der Kontaktfläche 6 der Kontaktelemente
5 gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu der in Figur 2 und Figur 3 gezeigten Kontaktflächenform
besteht darin, dass zum einen der erste Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' jeweils leicht
konkav gewölbt gegenüber der Mittellängsachse MLA ausgebildet ist. Diese konkave Wölbung
weist ein Wölbungsminimum auf, in dem der erste Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' einen
radialen Abstand d
3 zum Mittellängsachse MLA aufweist. Durch die konkave Wölbung bildet sich eine Ausnehmung,
in der in einer Schaltstellung der jeweilige Kontaktstab 2 zur Anlage kommt und dadurch
eine definierte Arretierung erfährt.
[0032] Des Weiteren weisen die konvex bezüglich der Mittellängsachse MLA gewölbten zweiten
Randbereichsabschnitte 6.4, 6.4' jeweils ein Wölbungsmaximum auf, in denen sie zur
Mittellängsachse MLA einen radialen Abstand d
4 haben. Dieser radiale Abstand d
4 ist größer als der radiale Abstand d
3, sodass zumindest das Wölbungsmaximum gegenüber dem ersten Randbereichsabschnitt
6.3, 6.3' radial vorsteht. Somit wird der erste Randbereichsabschnitt 6.3, 6.3' seitlich
zum einen durch das Wölbungsmaximum des Zwischenbereichs 6.2, 6.2', zum anderen durch
das Wölbungsmaximum des zweiten Randbereichsabschnitts 6.4, 6.4' begrenzt. Beim Ausdrehen
der Kontaktanordnung 4 aus der Schaltstellung müssen diese Wölbungsmaxima überwunden
werden, was zum einen einer ungewollten Umschaltung der Schaltanordnung 1 entgegenwirkt,
zum anderen eine Selbst justierung der Kontaktanordnung 4 in der Schaltstellung bewirkt.
[0033] Figur 5 zeigt einen seitlichen Längsschnitt durch die Kontaktanordnung 4 einer erfindungsgemäßen
Schaltanordnung 1. Die Kontaktanordnung 4 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse
7 mit einem ersten Gehäuseabschnitt 7.1, der eine halbrunde Ausnehmung 7.3 zur zumindest
teilweisen Aufnahme der Schaltwelle 3 aufweist und einem zweiten Gehäuseabschnitt
7.2 mit einer Ausnehmung 7.4, innerhalb der eine Vielzahl von Kontaktelementen 5 beabstandet
zueinander aufgenommen sind. Die Kontaktelemente 5 sind vorzugsweise als Kontaktlamellen,
insbesondere Schleifkontaktlamellen realisiert
[0034] Die Kontaktelemente 5 sind jeweils federnd gegenüber dem Gehäuse 7 angeordnet und
zwar über Federn 10, die beispielsweise als Druckfedern ausgebildet sind. Zur verschiebbaren
Fixierung der Kontaktelemente 5 gegenüber dem Gehäuse 7 sind in den Stegen 7.5, 7.5',
die die Ausnehmung 7.4 seitlich begrenzen, Fixierelemente 7.6 verankert, die in Querrichtung
parallel zur Schaltwelle 3 durch die Ausnehmung 7.4 verlaufen und mittels eines Langlochs
5.1 durch die Kontaktelemente 5 hindurchgeführt sind. Durch die parallele Anordnung
von mehreren, einzeln radial verschiebbaren Kontaktelementen 5 kann eine definierte
Kontaktierung der Kontaktstäbe 2 durch die die Kontaktanordnung 4 erreicht werden.
[0035] Figur 6 zeigt einen Schnitt durch die an der Schaltwelle 3 angeordnete Kontaktanordnung
4 entlang der Schnittlinie A-A. Die Kontaktelemente 5 sind federbelastet verschiebbar
gegenüber dem Gehäuse 7, und zwar zwischen einer durch die Langlöcher 5.1 vorgegebenen
zurückgeschobenen bzw. vorgeschobenen Extremstellung. Bei Einnahme der Schaltstellung
durch die Kontaktanordnung 4 sind die Kontaktelemente 5 vorzugsweise jeweils in eine
zwischen diesen Extremstellungen befindliche Zwischenstellung positioniert. Damit
werden sie federbelastet gegen die Kontaktstäbe 2 gedrückt, sodass eine optimale elektrische
Kontaktierung erreicht wird. Bei Herausdrehen der Kontaktanordnung 4 aus einer Schaltstellung
müssen die konvexen Wölbungen des Zwischenbereichs 6.2 bzw. des zweiten Randbereichsabschnitts
6.4 überwunden werden. Dabei werden die Kontaktelemente 5 in Richtung der Schaltwelle
3 soweit zurückgeschoben, bis die konvexen Wölbungsbereiche an den Kontaktstäben 2
vorbeischleifen können und die Kontaktanordnung 4 über eine Zwischenschaltstellung,
bei der die Kontaktelemente 5 federbelastet maximal aus dem Gehäuse 7 herausgeschoben
sind, in die benachbarte Schaltstellung überführt werden können.
[0036] Bei diesem Verdrehen der Schaltwelle 3 und damit der Kontaktanordnung 4 gegenüber
den Kontaktstäben 2 um die Mittellängsachse MLA erfolgt eine Schleifbewegung der Kontaktflächen
6 der Kontaktelemente 5 an den Außenseiten der Kontaktstäbe 2, sodass beispielsweise
durch Kontaktverkokung entstehende Fremdschichten an den Kontaktstäben 2 oder den
Kontaktelementen 5 durch die Schleifbewegung entfernt und dadurch eine Selbstreinigung
der Kontakte beim Umschaltvorgang erfolgt.
[0037] Figur 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Kontaktfläche 6 der Kontaktelemente
5. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Mittelbereich 6.1
eben ausgebildet, wobei die aufgespannte Ebene vorzugsweise senkrecht zur Symmetrieachse
SA verläuft. Des Weiteren sind sowohl die ersten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3'
als auch die zweiten Randbereichsabschnitte 6.4, 6.4' vorzugsweise kreisbogenförmig
ausgebildet, wobei die Radien und Mittelpunkte der jeweiligen Kreisbögen der ersten
und zweiten Randbereichsabschnitte 6.3, 6.3', 6.4, 6.4' unterschiedlich sind.
[0038] Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltanordnung gemäß der Ausführungsform nach
Figur 7, wobei jeweils in den Randbereichsabschnitten 6.4, 6.4' Rollen 11 angeordnet
sind, die drehbar gegenüber der Kontaktanordnung 4 gelagert sind und mit ihren Umfangsseiten
geringfügig gegenüber den Kontaktelementen 5 vorstehen. Durch diese Rollen 11 wird
eine Verringerung des aufzuwendenden Drehmoments beim Verdrehen der Kontaktanordnung
4 gegenüber den Kontaktstäben 2 erreicht. Bei Einnahme einer Schaltstellung, bei der
zwei benachbarte Kontaktstäbe 2 miteinander elektrisch verbunden sind, gelangen die
Rollen 11 nicht zur Anlage gegenüber den Kontaktstäben 2, so dass die ersten Randbereichsabschnitte
6.3, 6.3' weiterhin als Schleifkontakte an den Kontaktstäben 2 reiben und dadurch
eine Selbstreinigung der Kontaktfläche bewirkt wird.
Bezugszeichenliste
[0039]
- 1
- Schaltanordnung
- 2
- Kontaktstab
- 3
- Schaltwelle
- 4
- Kontaktanordnung
- 5
- Kontaktelement
- 5.1
- Langloch
- 6
- Kontaktfläche
- 6.1, 6.1'
- Mittelbereich
- 6.2, 6.2'
- Zwischenbereich
- 6.3, 6.3'
- erster Randbereichsabschnitt
- 6.4, 6.4'
- zweiter Randbereichsabschnitt
- 7
- Gehäuse
- 7.1
- erster Gehäuseabschnitt
- 7.2
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 7.3
- Ausnehmung
- 7.4
- Ausnehmung
- 7.5, 7.5'
- Steg
- 7.6
- Fixierelement
- 8
- Käfigring
- 9
- Zwischenraum
- 10
- Feder
- 11
- Rolle
- a
- Winkelabstand
- d1
- Abstand
- d2
- Abstand
- d3
- Abstand
- d4
- Abstand
- d5
- Abstand
- MLA
- Mittellängsachse
- SA
- Symmetrieachse
1. Schaltanordnung für einen Transformator umfassend mehrere zueinander parallele, beabstandete
und kreisförmig um eine Mittellängsachse (MLA) angeordnete Kontaktstäbe (2), eine
entlang der Mittellängsachse (MLA) verlaufende und drehbar um diese gelagerte Schaltwelle
(3) und eine an der Schaltwelle (3) befestigte Kontaktanordnung (4) mit mehreren Kontaktelementen
(5), die zumindest radial verschiebbar gegenüber der Schaltwelle (3) angeordnet sind
und die zumindest eine den Kontaktstäben (2) zugewandte Kontaktfläche (6) umfassen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (6) der Kontaktelemente (5) zumindest einen Mittelbereich (6.1)
und beidseitig daran anschließende Randbereiche (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') aufweist, die
derart geformt sind, dass der radiale Abstand (d1) der Kontaktfläche (6) zur Mittellängsachse (MLA) im Mittelbereich (6.1) kleiner
ist als der radiale Abstand (d3, d4) der Kontaktfläche (6) zur Mittellängsachse (MLA) in den Randbereichen (6.3, 6.4,
6.3', 6.4').
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) im Mittelbereich (6.1) eine konkave Wölbung aufweisen oder
eben ausgebildet sind.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) zwischen dem Mittelbereich (6.1) und den anschließenden Randbereichen
(6.3, 6.4, 6.3', 6.4') jeweils einen konvex ausgebildeten Zwischenbereich (6.2, 6.2')
umfassen.
4. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') zumindest einen ersten Randbereichabschnitt
(6.3, 6.3') und einen zweiten Randbereichabschnitt (6.4, 6.4') aufweisen, wobei der
erste Randbereichsabschnitt (6.3, 6.3') eben oder konkav gewölbt ausgebildet ist.
5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich jeweils an den ersten Randbereichsabschnitt (6.3, 6.3') anschließende zweite
Randbereichsabschnitt (6.4, 6.4') konvex gewölbt ausgebildet ist.
6. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') jeweils kreisbogenförmig ausgebildet sind.
7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (6.2) und/oder der zweite Randbereichsabschnitt (6.4) zumindest
teilweise einen radialen Abstand (d2, d4) zur Mittellängsachse (MLA) aufweisen, der größer ist als der radiale Abstand (d3) des ersten Randbereichsabschnitts (6.3) zur Mittellängsachse (MLA).
8. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Randbereichsabschnitten (6.4, 6.4') drehbar gelagerte Rollen (11)
vorgesehen sind.
9. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest teilweisen Aufnahme der Kontaktanordnung (4) ein Gehäuse (7) vorgesehen
ist, welches mit der Schaltwelle (3) verbunden ist.
10. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) in Form einer Kontaktlamelle, insbesondere einer Schleifkontaktlamelle
realisiert sind.
11. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (4) mehrere, parallel zueinander angeordnete Kontaktlamellen
umfasst, die ein Kontaktlamellenpaket bilden, wobei die Kontaktlamellen (5) einzeln
federnd gegenüber dem Gehäuse (7) verschiebbar sind.
12. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) jeweils zumindest zwei Langlöcher (5.1) zur verschiebbaren
Befestigung der Kontaktelemente im Gehäuse (7) aufweisen.
13. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (d1) der Kontaktfläche (6) zur Mittellängsachse (MLA) im Mittelbereich (6.1) der Kontaktelemente
(5) derart gewählt ist, dass die Kontaktanordnung (4) in einer zwischen zwei Schaltstellungen
liegenden Zwischenschaltstellung gegenüber den Kontaktstäben (2) freiliegt.
1. Switching arrangement for a transformer, comprising a plurality of mutually parallel
spaced-apart contact rods (2) arranged circularly around a centre longitudinal axis
(MLA), a switching shaft (3) extending along the centre longitudinal axis (MLA) and
mounted to be rotatable about this, and a contact arrangement (4), which is fastened
to the switching shaft (3), with a plurality of contact elements (5) which are arranged
to be at least radially displaceable relative to the switching shaft (3) and which
have at least one contact surface (6) facing the contact rods (2), characterised in that the contact surface (6) of the contact elements (5) has at least one centre region
(6.1) and edge regions (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') adjoining thereto on either side, which
are so formed that the radial spacing (d1) of the contact surface (6) from the centre longitudinal axis (MLA) in the centre
region (6.1) is smaller than the radial spacing (d3, d4) of the contact surface (6) from the centre longitudinal axis (MLA) in the edge regions
(6.3, 6.4, 6.3', 6.4').
2. Switching arrangement according to claim 1, characterised in that the contact elements (5) have a concave curvature or are formed to be flat in the
centre region (6.1).
3. Switching arrangement according to claim 1 or 2, characterised in that the contact elements (5) each have a convexly formed intermediate region (6.2, 6.2')
between the centre region (6.1) and the adjoining edge regions (6.3, 6.4, 6.3', 6.4').
4. Switching arrangement according to any one of the preceding claims, characterised in that the edge regions (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') have at least one first edge region section
(6.3, 6.3') and second edge region section (6.4, 6.4'), wherein the first edge region
section (6.3, 6.3') is formed to be flat or concavely curved.
5. Switching arrangement according to claim 4, characterised in that the second edge region section (6.4, 6.4') adjoining the first edge region section
(6.3, 6.3') is formed to be convexly curved.
6. Switching arrangement according to any one of the preceding claims, characterised in that the edge regions (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') are each formed to be arcuate.
7. Switching arrangement according to any one of claims 4 to 6, characterised in that the intermediate region (6.2) and/or the second edge region section (6.4) has or
have at least in part a radial spacing (d2, d4) from the centre longitudinal axis (MLA) which is greater than the radial spacing
(d3) of the first edge region section (6.3) from the centre longitudinal axis (MLA).
8. Switching arrangement according to any one of the preceding claims, characterised in that rollers (11) rotatably mounted on the second edge region sections (6.4, 6.4') are
provided.
9. Switching arrangement according to any one of the preceding claims, characterised in that a housing (7) connected with the switching shaft (3) is provided for at least partial
reception of the contact arrangement (4).
10. Switching arrangement according to any one of the preceding claims, characterised in that the contact elements (5) are realised in the form of a contact blade, particularly
a wiping contact blade.
11. Switching arrangement according to one of claims 9 and 10, characterised in that the contact arrangement (4) comprises a plurality of mutually parallelly arranged
contact blades forming a contact blade group, wherein the contact blades (5) are individually
resiliently displaceable relative to the housing (7).
12. Switching arrangement according to any one of claims 9 to 11, characterised in that the contact elements (5) each have at least two slots (5.1) for displaceable fastening
of the contact elements in the housing (7).
13. Switching arrangement according to any one of the preceding claims, characterised in that the radial spacing (d1) of the contact surface (6) from the centre longitudinal axis (MLA) in the centre
region (6.1) of the contact elements (5) is so selected that the contact arrangement
(4) in an intermediate switching lying between two switching settings is free relative
to the contact rods (2).
1. Dispositif de commutation destiné à un transformateur comprenant plusieurs tiges de
contact (2) disposées parallèlement à distance les unes des autres sur un cercle centré
sur l'axe longitudinal médian (MLA), un arbre de commutation (3) s'étendant le long
de l'axe longitudinal médian (MLA) et monté mobile en rotation autour de cet arbre,
et un dispositif de contact (4) fixé sur l'arbre de commutation (3) et comportant
plusieurs éléments de contact (5) pouvant être déplacés au moins radialement par rapport
à l'arbre de commutation (3) et comportant au moins une surface de contact (6) tournée
vers les tiges de contact (2),
caractérisé en ce que
la surface de contact (6) des éléments de contact (5) comporte au moins une zone médiane
(6.1) et de part et d'autre de cette zone médiane des zones de bord (6.3, 6.4, 6.3',6.4')
se raccordant à celle-ci qui sont réalisées de sorte que la distance radiale (d1) de la surface de contact (6) à l'axe longitudinal médian (MLA) dans la zone médiane
(6.1) soit inférieure à la distance radiale (d3, d4) de la surface de contact (6) à l'axe longitudinal médian (MLA) dans les zones de
bord (6.3, 6.4, 6.3', 6.4').
2. Dispositif de commutation conforme à la revendication 1,
caractérisé en ce que
les éléments de contact (5) présentent une courbure concave ou sont plans dans la
zone médiane (6.1).
3. Dispositif de commutation conforme à la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
les éléments de contact (5) comportent respectivement une zone intermédiaire (6.2,
6.2') convexe située entre la zone médiane (6.1) et les zones de bord (6.3, 6.4, 6.3',
6.4') se raccordant à celle-ci.
4. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les zones de bord (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') comportent au moins un premier segment de
zone de bord (6.3, 6.3') et un second segment de zone de bord (6.4, 6.4'), le premier
segment de zone de bord (6.3, 6.3') étant plan ou réalisé avec une courbure concave.
5. Dispositif de commutation conforme à la revendication 4,
caractérisé en ce que
le second segment de zone de bord (6.4, 6.4') se raccordant respectivement au premier
segment de zone de bord (6.3, 6.3') est réalisé avec une courbure convexe.
6. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les zones de bord (6.3, 6.4, 6.3', 6.4') sont respectivement réalisées en forme d'arcs
de cercle.
7. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications 4 à 6,
caractérisé en ce que
la zone intermédiaire (6.2) et/ou le second segment de zone de bord (6.4) présente(nt)
au moins partiellement une distance radiale (d2, d4) à l'axe longitudinal médian (MLA) qui est supérieure à la distance radiale (d3) du premier segment de zone de bord (6.3) à l'axe longitudinal médian (MLA).
8. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
il est prévu sur les seconds segments de zone de bord (6.4, 6.4') des rouleaux (11)
montés mobiles en rotation.
9. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
il est prévu pour permettre la réception au moins partielle du dispositif de contact
(4) un boitier (7) qui est relié à l'arbre de commutation (3).
10. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les éléments de contact (5) sont réalisés sous la forme d'une lamelle de contact,
en particulier d'une lamelle de contact par frottement.
11. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications 9 ou 10,
caractérisé en ce que
le dispositif de contact (4) comporte plusieurs lamelles de contact montées parallèlement
les unes aux autres qui forment un paquet de lamelles de contact, ces lamelles de
contact (5) étant indépendamment mobiles en translation élastiquement par rapport
au boitier (7).
12. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications 9 à 11,
caractérisé en ce que
les éléments de contact (5) comportent respectivement au moins deux perçages longitudinaux
(5.1) pour permettre la fixation mobile en translation de ces éléments de contact
dans le boitier (7).
13. Dispositif de commutation conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la distance radiale (d1) de la surface de contact (6) à l'axe longitudinal médian (MLA) dans la zone médiane
(6.1) des éléments de contact (5) est choisie de sorte que le dispositif de contact
(4) soit dégagé par rapport aux tiges de contact (2) dans une position de commutation
intermédiaire située entre deux positions de commutation.