EP3794621B1

EP3794621B1 - Kontaktsystem für einen laststufenschalter

Info

Publication number: EP3794621B1
Application number: EP19724478.3A
Authority: EP
Inventors: Emir HEJUB; Nikolaus Unterreiner
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2025-03-12
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: AU2019270327A1; US20210233721A1; EP3794621C0; MX2020012324A; WO2019219750A1; CN112154526A; DE102018112013A1; EP3794621A1; ES3031474T3; US11488789B2; AU2019270327B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit einer Wählervorrichtung und einem Kontaktsystem.
Laststufenschalter werden zum unterbrechungslosen Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines induktiven Betriebsmittels, beispielsweise eines Transformators oder einer Drossel, eingesetzt. Eine grundlegende Problematik ist dabei das Auftreten von Lichtbögen zwischen stromführenden Kontakten des Laststufenschalters. Solche Lichtbögen entstehen, wenn ein geschlossenes Kontaktpaar öffnet während ein Strom über das Kontaktpaar fließt. Dies kann zum einen eine beabsichtige Öffnung sein, nämlich wenn der Strom ausgeschaltet werden soll. Zum anderen kann die Öffnung aber auch unbeabsichtigt sein, etwa, wenn externe Schwingungen, Vibrationen oder Kraftimpulse auf den Laststufenschalter einwirken oder interne Bewegungsabläufe im Laststufenschalter Kraftimpulse auf die Kontakte übertragen.
Die Kontakte können von einer Isolierflüssigkeit umgeben sein, beispielsweise einer Isolierflüssigkeit des Laststufenschalters. Die Kontakte können aber auch direkt von einer Isolierflüssigkeit des Betriebsmittels umgeben sein. In beiden Fällen führen Lichtbögen durch Verbrennungsprodukte zu einer qualitativen Verschlechterung, insbesondere einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit, der Isolierflüssigkeit und verkürzen somit die Wartungsintervalle beziehungsweise die Lebensdauer des Laststufenschalters oder des Betriebsmittels.
Zudem führen die Lichtbögen auch zu einem verstärkten Verschleiß, insbesondere Abbrand, der Kontakte. Auch dadurch werden die Wartungsintervalle beziehungsweise die Lebensdauer des Laststufenschalters verkürzt.
DE 34 03 478 A1 offenbart einen Abgriffwechselschalter für einen Transformator. Sowohl die festen Hauptkontakte als auch die beweglichen Kontakte sind jeweils mit Hilfskontakten ausgestaltet welche als zylindrische Rollen über die Stifte der Haupt- bzw. Hilfskontakte gesteckt werden können. Dadurch werden die Kontakte vor Erosionen durch Lichtbogenbildung während einer Umschaltung geschützt.
DE 17 65 467 B1 offenbart eine Hochspannungsschaltvorrichtung. Die Vorrichtung weist feste Kontakte und eine bewegliche Kontaktbrücke auf. Die festen Kontakte umfassen einen Kontaktstab und ein Abschirmelement mit einer Kalotte, welches den Kontaktstab teilweise umschließt. Das Abschirmelement weist dabei eine kreisförmige Öffnung auf, durch die der Kontaktstab von der Innenseite des Abschirmelements zu dessen Außenseite vorsteht. In einem Ruhezustand ist der Kontaktstab durch das Abschirmelement und die Kalotte vollkommen abgeschirmt. Bei einem Schaltvorgang macht die Kontaktbrücke eine Kreisbewegung und drückt die Kalotte entgegen der Wirkung einer Feder in das schalenförmig ausgestaltete Abschirmelement und umgreift den Kontaktstab, um einen Kontakt herzustellen.
DE 10 2014 107 273 A1 offenbart einen Lastumschalter für einen Laststufenschalter eines Stelltransformators sowie einen Dauerhauptschalter für einen Lastumschalter eines Laststufenschalters. Der Laststufenschalter weist einen Primär-Festkontakt, einen Primär-Bewegtkontakt und einen Primär-Abbrandkontakt auf. Der Primär-Abbrandkontakt ist dabei besonders abbrand- und lichtbogenresistent ausgestaltet und nimmt seine Endposition bei einer Umschaltung vor dem zugeordneten Bewegtkontakt ein, um den Lichtbogen abzufangen
DE 10 2016 104 499 B3 offenbart einen Wähler für einen Laststufenschalter mit einem Lastumschalter. Dieser Wähler ermöglicht durch die sich von der ersten Seite zur zweiten Seite hindurch erstreckenden Festkontakte, dass zwei Bewegtkontakte einen Festkontakt gleichzeitig im stationären Zustand kontaktieren. Damit liegt der gesamte Laststufenschalter auf einem definierten Potential und weist damit eine hohe Stoßspannungsfestigkeit auf.
EP 0 324 262 A1 offenbart einen elektromagnetischen Aktuator zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor-Anlasser. Der Aktuator besteht aus einer Elektromagnetspule, einem Anker, der mit einer Ritzelbaugruppe des Anlassermotors verbunden ist, und zwei festen elektrischen Kontakten. Ein überbrückender Kontakt kann durch die Bewegung des Ankers gegen die Wirkung einer Rückholfeder bewegt werden, um die festen Kontakte zu überbrücken. Ein elektrisch leitendes, flexibles Überbrückungselement bewegt sich zusammen mit dem überbrückenden Kontakt und ermöglicht es diesem, die festen Kontakte zu überbrücken.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für einen Laststufenschalter mit einer Wählervorrichtung und einem Kontaktsystem anzugeben, durch den Lichtbogenbildung in einem stationären Zustand reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, in einem Kontaktsystem für einen Laststufenschalter mit einem beweglichen Kontakt und einem Festkontakt einen Zusatzkontakt vorzusehen. Der Zusatzkontakt dient dabei zur kurzzeitigen Überbrückung von beweglichem Kontakt und Festkontakt bei einer Unterbrechung des direkten Kontakts von beweglichem Kontakt und Festkontakt, insbesondere einer unbeabsichtigten Unterbrechung, also einer Unterbrechung durch externe oder interne Störungen oder Bewegungsabläufe. Durch die Umleitung des Stroms über den Weg des geringsten Widerstands, also den Zusatzkontakt, wird die Bildung eines Lichtbogens zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt vermieden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Laststufenschalter mit einer Wählervorrichtung, die ein Kontaktsystem aufweist, angegeben. Das Kontaktsystem umfasst einen beweglichen Kontakt, vereinzelt auch Bewegtkontakt genannt, und einen Festkontakt sowie einen Zusatzkontakt. Der bewegliche Kontakt ist derart angeordnet und dazu eingerichtet, dass er in einem stationären Zustand den Festkontakt direkt kontaktiert, also mit ihm mechanisch und elektrisch in Verbindung steht. Zusätzlich zu dieser direkten Kontaktierung besteht im stationären Zustand eine indirekte Kontaktierung des beweglichen Kontakts mit dem Festkontakt durch den Zusatzkontakt. Während des stationären Zustands verbindet der Zusatzkontakt also den beweglichen Kontakt elektrisch mit dem Festkontakt, insbesondere wird dadurch ein paralleler Strompfad gebildet. Zudem ist der Zusatzkontakt derart ausgebildet und angeordnet, dass er bei einer Unterbrechung der direkten Kontaktierung einen Strom zwischen dem Festkontakt und beweglichen Kontakt führen kann, insbesondere einen Strom, der vor der Unterbrechung im Wesentlichen über die direkte Kontaktierung geflossen war.
In diesem Zusammenhang bedeutet Unterbrechung, dass die mechanische Verbindung zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt vorübergehend unterbrochen ist und nach der Unterbrechung unmittelbar wiederhergestellt wird. Insbesondere handelt es sich dabei um eine unbeabsichtigte Unterbrechung und beispielsweise nicht um eine beabsichtigte Öffnung, die etwa zur Durchführung einer Umschaltung des Laststufenschalters erforderlich ist.
Wenn ein Laststufenschalter mit dem Kontaktsystem in einem induktiven Betriebsmittel, insbesondere einem Transformator oder einer Drossel, verbaut ist, befinden sich gemäß wenigstens einer Ausführungsform der bewegliche Kontakt und der Festkontakt in direktem Kontakt mit einer Isolierflüssigkeit des Laststufenschalters oder des Betriebsmittels.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während des stationären Zustands eine Kontaktkraft von dem beweglichen Kontakt auf den Festkontakt ausgeübt, beziehungsweise aufgrund des dritten Newtonschen Gesetzes auch eine entsprechende Gegenkraft. Die Kontaktkraft kann beispielsweise durch eine Feder erzeugt werden, insbesondere eine vorgespannte Druckfeder, welche den beweglichen Kontakt in Richtung des Festkontakts drückt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Richtung der Kontaktkraft nicht kollinear, insbesondere ist die Kontaktkraft senkrecht, zu einer Bewegungsrichtung des beweglichen Kontakts relativ zum Festkontakt bei einem Umschalten des Laststufenschalters. Dies gilt insbesondere im stationären Zustand.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform entspricht die Unterbrechung dem Entstehen eines Abstands, insbesondere eines Kontaktabstands, in Richtung entgegengesetzt zur Kontaktkraft zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt ausgebildet und angeordnet, bei der Unterbrechung der direkten Kontaktierung den Strom zwischen dem Festkontakt und beweglichen Kontakt zu führen, sofern der Abstand nicht größer ist als ein maximaler Kontaktabstand ist.
Der maximale Kontaktabstand entspricht dem Abstand, insbesondere parallel zur Kontaktkraft, zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt, welcher bei der Unterbrechung maximal zu erwarten ist, beispielsweise inklusive eines Toleranz- oder Sicherheitszuschlags und/oder eines Aufschlags um geometrische Gegebenheiten zu berücksichtigen. Bei den geometrischen Gegebenheiten kann es sich beispielsweise um eine Form des beweglichen Kontakts und/oder eine Form des Festkontakts handeln.
Der maximale Kontaktabstand kann daher auch von der Kontaktkraft und den Umständen abhängen, welche zu der Unterbrechung führen. Diese Umstände können beispielsweise das mechanische Aufeinandertreffen weiterer Komponenten des Laststufenschalters umfassen. In diesem Fall handelt es sich um interne Bewegungsabläufe im Laststufenschalter, die für sich oder in Kombination eine direkte oder indirekte Impulsübertragung auf den beweglichen Kontakt und damit die Unterbrechung, auch Prellen oder Abheben genannt, verursachen können. Die Umstände können aber auch externe Vibrationen oder Schwingungen, zum Beispiel des Betriebsmittels, oder Impulsübertragungen von außerhalb des Laststufenschalters auf den Laststufenschalter und den beweglichen Kontakt umfassen, die für sich oder in Kombination mit anderen internen oder externen Umständen die Unterbrechung verursachen.
Unter Berücksichtigung der Impulserhaltung in abgeschlossenen Systemen lassen sich Schätzwerte für den jeweiligen Einzelfall berechnen. Diese können bei üblichen Dimensionen eines Laststufenschalters für den maximalen Kontaktabstand Werte in der Größenordnung von 10 µm oder wenigen 10 µm bis zu wenigen 100 µm betragen.
Wie beschrieben überbrückt der Zusatzkontakt bei der Unterbrechung den Abstand, welcher zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt entsteht. Dadurch kann ein Strom, welcher vor der Unterbrechung direkt zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt fließt, während der Unterbrechung über den Zusatzkontakt fließen. Da der elektrische Widerstand des Abstands, welcher beispielsweise mit Isolierflüssigkeit gefüllt ist, sehr viel größer ist als der des Zusatzkontakts, bildet sich kein Lichtbogen aus, wodurch die eingangs genannten Probleme gelöst werden.
Dabei ist anzumerken, dass die zeitliche Dauer der Unterbrechung typischerweise sehr kurz ist, beispielsweise in der Größenordnung von mehreren 100 µs, zum Beispiel etwa 500 µs. Dadurch ist die thermische Belastung des Zusatzkontakts sehr gering, so dass auch bei den in einem Laststufenschalter typischerweise auftretenden hohen Stromstärken von mehreren 100 A bis zu mehreren 1000 A sehr geringe Leitungsquerschnitte und damit Massen für den Zusatzkontakt ausreichen. Die Masse des Zusatzkontakts kann also um eine oder mehrere Größenordnungen geringer sein als die des beweglichen Kontakts.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt mit dem Festkontakt mechanisch gekoppelt.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt mit dem beweglichen Kontakt derart mechanisch gekoppelt, dass er sich mit dem beweglichen Kontakt mitbewegt.
Das Mitbewegen ist hier so zu verstehen, dass der Zusatzkontakt mit dem beweglichen Kontakt mitbewegt wird, wenn der Zusatzkontakt von dem Festkontakt zu einem weiteren Festkontakt bewegt wird oder umgekehrt, also insbesondere während eines Umschaltvorgangs des Laststufenschalters. Insbesondere ist das Mitbewegen hier nicht so zu verstehen, dass sich der Zusatzkontakt bei der Unterbrechung mit dem beweglichen Kontakt mitbewegt, insbesondere parallel zur Kontaktkraft. Letzteres ist zwar in verschiedenen Ausführungsformen möglich, in anderen Ausführungsformen jedoch nicht der Fall.
Vorteilhaft bei der mechanischen Kopplung des Zusatzkontakts mit dem beweglichen Kontakt ist, dass bei mehreren Festkontakten die von dem beweglichen Kontakt beschaltet werden können, wie es für Laststufenschalter üblich ist, nur ein Zusatzkontakt erforderlich ist.
Der Begriff der mechanischen Kopplung umfasst beispielsweise lösbare Verbindungen, wie Aufstecken, Klemmen oder ähnliches, sowie feste Verbindungen, wie Kleben, Löten oder ähnliches.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform kontaktiert der bewegliche Kontakt im stationären Zustand den Festkontakt an einem ersten Bereich des Festkontakts und der Zusatzkontakt kontaktiert den Festkontakt an einem zweiten Bereich des Festkontakts. Der erste und der zweite Bereich haben einen Abstand voneinander, der größer oder gleich einem vorbestimmten Minimalabstand ist.
Der Kontakt an dem ersten Bereich stellt die direkte Kontaktierung zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt her, der Kontakt an dem zweiten Bereich die indirekte Kontaktierung zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt über den Zusatzkontakt.
Der Abstand ist hier insbesondere als Abstand in Richtung parallel zur Kontaktkraft zu verstehen, also als Betrag der Projektion des kürzesten Verbindungsvektors zwischen erstem und zweiten Bereich auf die Richtung der Kontaktkraft.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Abstand zwischen erstem und zweiten Bereich größer oder gleich dem maximalen Kontaktabstand zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt.
Dies ist eine Möglichkeit sicherzustellen, dass bei der Unterbrechung die indirekte Kontaktierung über den Zusatzkontakt erhalten bleibt und kein Lichtbogen entsteht.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt als, insbesondere eigengefederte, Lamelle oder Blechstreifen ausgebildet, welche fest mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist und während des stationären Zustands an die Oberfläche des Festkontakts gepresst wird. Während der Unterbrechung schleift der Zusatzkontakt an dem Festkontakt entlang, wobei der elektrische Kontakt beibehalten wird.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird im stationären Zustand eine zur Kontaktkraft parallele weitere Kontaktkraft vom Zusatzkontakt auf den Festkontakt ausgeübt. Wenigstens ein Teil des Zusatzkontakts und der bewegliche Kontakt sind in Richtung der Kontaktkraft relativ zueinander beweglich.
Der Teil des Zusatzkontakts ist beispielsweise während des stationären Zustands in direktem Kontakt mit dem Festkontakt. Dadurch, dass der Zusatzkontakt und der bewegliche Kontakt relativ zueinander beweglich sind, kann der direkte Kontakt zwischen Zusatzkontakt und Festkontakt auch während der Unterbrechung aufrechterhalten werden, wodurch eine Lichtbogenbildung vermieden wird. Dies gilt insbesondere, wenn die Masse des Zusatzkontakts deutlich kleiner ist als die des beweglichen Kontakts.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der relativ zum beweglichen Kontakt bewegliche Teil des Zusatzkontakts im stationären Zustand gegen den Festkontakt vorgespannt. Dies ist eine weitere Möglichkeit sicherzustellen, dass bei der Unterbrechung die indirekte Kontaktierung über den Zusatzkontakt erhalten bleibt und kein Lichtbogen entsteht.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist eine Masse des Zusatzkontakts mindestens eine Größenordnung, also einen Faktor 10, kleiner ist als eine Masse des beweglichen Kontakts.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der bewegliche Kontakt zumindest zum Teil aus einem massiven Metall, beispielsweise Kupfer, oder einer massiven Metalllegierung, insbesondere um einen geringen elektrischen Widerstand und eine hohe Stromtragfähigkeit zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Zusatzkontakt wenigstens zum Teil aus einer Kupferlegierung, beispielsweise einer Bronze, insbesondere einer Berylliumbronze oder Berylliumkupfer, wie etwa CuBe2, oder einer Zinnbronze, wie etwa CuSn6.
Dadurch wird eine hohe mechanische Belastbarkeit bei ausreichend niedrigem elektrischen Widerstand erzielt. Insbesondere ist die Anforderung an den elektrischen Widerstand des Zusatzkontakts geringer als an die des beweglichen Kontakts. Dies liegt darin begründet, dass der Zusatzkontakt einen Strom nur während der relativ kurzen Dauer der Unterbrechung tragen muss, während der bewegliche Kontakt den Strom dauerhaft führen muss.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt eigengefedert ausgebildet, das heißt wenigstens zum Teil elastisch verformbar. Insbesondere ist der Zusatzkontakt als entsprechend der gegebenen räumlichen Bedingungen geformter Blechstreifen ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt an dem beweglichen Kontakt gefedert befestigt oder gelagert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt an einer Komponente des Kontaktsystems oder des Laststufenschalters, welche sich mit dem beweglichen Kontakt mitbewegt, gefedert befestigt oder gelagert.
Bei der Komponente kann es sich beispielsweise um eine Welle, ein Zahnrad oder ein Malteserrad handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Wählervorrichtung eine Isolierplatte mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die zweite der ersten Seite gegenüberliegt. Der bewegliche Kontakt ist auf der ersten Seite angeordnet. Das Kontaktsystem umfasst einen weiteren beweglichen Kontakt, welcher auf der zweiten Seite angeordnet ist. Der weitere bewegliche Kontakt dazu eingerichtet ist, den Festkontakt direkt zu kontaktieren. Insbesondere können der bewegliche Kontakt und der weitere bewegliche Kontakt im stationären Zustand beide denselben beweglichen Kontakt direkt kontaktieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Wählervorrichtung dazu eingerichtet, den beweglichen Kontakt von einem weiteren Festkontakt des Kontaktsystems auf den Festkontakt umzuschalten und danach den weiteren beweglichen Kontakt von dem weiteren Festkontakt oder von einem weiteren Festkontakt auf den Festkontakt umzuschalten. Anders ausgedrückt kann der Festkontakt als erster Festkontakt, der weitere Festkontakt als zweiter Festkontakt und der zusätzliche weitere Festkontakt als dritter Festkontakt angesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Wählervorrichtung ein Malteserrad, das um eine Achse drehbar an der Isolierplatte befestigt ist, auf der ersten Seite angeordnet ist und den beweglichen Kontakt trägt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Zusatzkontakt federnd, also beispielsweise mittels einer Feder, an dem Malteserrad befestigt oder gelagert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Wählervorrichtung ein weiteres Malteserrad, das um die Achse oder eine weitere Achse drehbar an der Isolierplatte befestigt ist, auf der zweiten Seite angeordnet ist und den weiteren beweglichen Kontakt trägt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Laststufenschalter dazu ausgebildet, den beweglichen Kontakt von dem Festkontakt auf den weiteren Festkontakt des Kontaktsystems und/oder umgekehrt stromlos umzuschalten. Im stationären Zustand kann dagegen ein Strom zwischen beweglichem Kontakt und Festkontakt fließen. Dies gilt entsprechend für einen weiteren stationären Zustand, in dem der bewegliche Kontakt den weiteren Festkontakt direkt kontaktiert.
Das heißt, der bewegliche Kontakt und der Festkontakt sind dazu ausgelegt, hohe Ströme zu führen, nicht notwendiger Weise aber auch dazu, hohe Ströme zu Schalten. Solche Kontakte sind üblicherweise hinsichtlich ihres elektrischen Widerstands optimiert, nicht notwendigerweise hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Lichtbögen. Daher wirkt sich das verbesserte Konzept hier besonders vorteilhaft aus.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein induktives Betriebsmittel angegeben, zum Beispiel ausgebildet als Transformator, insbesondere Leistungstransformator, oder ausgebildet als Drossel, wobei das Betriebsmittel einen Laststufenschalter gemäß dem verbesserten Konzept umfasst. Das Betriebsmittel umfasst einen Tank zur Befüllung mit einem Isoliermittel, insbesondere mit einer Isolierflüssigkeit, zum Beispiel einem Isolieröl. Wenn der Tank mit dem Isoliermittel gefüllt ist, also insbesondere während des Betriebs des Betriebsmittels, stehen der bewegliche Kontakt und der Festkontakt in direktem Kontakt mit dem Isoliermittel.
Alternativ kann der Laststufenschalter selbst ein Isoliermittelgefäß zur Befüllung mit einem Isoliermittel umfassen. Wenn das Isoliermittelgefäß dem Isoliermittel gefüllt ist stehen der bewegliche Kontakt und der Festkontakt in direktem Kontakt mit dem Isoliermittel des Laststufenschalters.
Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen der Wählervorrichtung, des Laststufenschalters und des Betriebsmittels ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Kontaktsystems und jeweils umgekehrt
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen

Figuren 1A und 1B: eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Kontaktsystems nach dem verbesserten Konzept;
Figur 2: eine beispielhafte Ausführungsform einer Wählervorrichtung nach dem verbesserten Konzept; und
Figuren 3A und 3B: eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Kontaktsystems nach dem verbesserten Konzept.

Figuren 1A und 1B zeigen eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Kontaktsystems für einen Laststufenschalter nach dem verbesserten System. Das Kontaktsystem umfasst einen Festkontakt FK, der sich während eines Umschaltvorgangs des Laststufenschalters nicht bewegt, und einen beweglichen Kontakt BK. Außerdem umfasst das Kontaktsystem einen Zusatzkontakt ZK, welcher beispielsweise als Blechstreifen, insbesondere aus einer Kupferlegierung, ausgebildet ist.
In Figur 1A befindet sich das Kontaktsystem in einem stationären Zustand, das heißt ein etwaiger Umschaltvorgang ist vollständig abgeschlossen, ein weiterer Umschaltvorgang hat noch nicht begonnen und es fließt ein Strom zwischen beweglichem Kontakt BK und Festkontakt FK. Der bewegliche Kontakt BK wird mit einer Kontaktkraft KK, beispielsweise erzeugt durch eine Feder, auf den Festkontakt FK gedrückt, so dass beweglicher Kontakt BK und Festkontakt FK in einem ersten Bereich B1 direkt miteinander in Kontakt sind. Insbesondere befindet sich der erste Bereich B1 einander zugewandten Stirnseiten des beweglichen Kontakts BK und des Festkontakts FK.
Der Zusatzkontakt ZK ist beispielsweise fest mit dem beweglichen Kontakt BK verbunden, insbesondere an einer Außenseite des beweglichen Kontakts BK. An einem zweiten Bereich B2 des Festkontakts FK, insbesondere an einer Außenseite des Festkontakts FK, kontaktiert der Zusatzkontakt ZK den Festkontakt FK. Hier besteht jedoch keine feste Verbindung, der Zusatzkontakt ZK, der zum Beispiel eigenfedernd ausgebildet sein kann, wird auf den Festkontakt FK gedrückt.
In dieser Situation kontaktiert der bewegliche Kontakt BK den Festkontakt FK also direkt im ersten Bereich B1 und indirekt über den Zusatzkontakt ZK. Da der elektrische Widerstand des Zusatzkontakts ZK deutlich größer ist als derjenige der direkten Kontaktierung, fließt der Strom nahezu ausschließlich über letztere, wie schematisch durch entsprechende Linien I angedeutet.
Figur 1B zeigt eine Situation desselben Kontaktsystems, wobei hier eine Unterbrechung zwischen beweglichem Kontakt BK und Festkontakt FK eingetreten ist. Der bewegliche Kontakt BK hat sich, beispielsweise durch eine Impulsübertragung aufgrund interner und/oder externer mechanischer Einwirkungen, vom Festkontakt FK in entgegengesetzter Richtung zur Kontaktkraft KK um einen Kontaktabstand KA entfernt. Aufgrund des Stromflusses im stationären Zustand würde sich daher ein Lichtbogen zwischen beweglichem Kontakt BK und Festkontakt FK bilden, wenn der Zusatzkontakt ZK nicht vorhanden wäre.
Der Zusatzkontakt ZK ist derart dimensioniert und angeordnet, dass ein Abstand A zwischen den Bereichen B1 und B2 stets groß genug ist, dass die indirekte Kontaktierung auch dann bestehen bleibt, wenn der Kontaktabstand KA einen Maximalwert annimmt. Insbesondere ist der Abstand A mindestens so groß wie der maximale Kontaktabstand.
Dadurch wird sichergestellt, dass während der Unterbrechung der Strom weiter über den Zusatzkontakt ZK, welcher den Weg des geringsten elektrischen Widerstands darstellt, geführt wird, wie die schematischen Linien I andeuten. Da die zeitliche Dauer der Unterbrechung sehr kurz ist, ist die thermische Belastung des Zusatzkontakts ZK trotz seines relativ hohen elektrischen Widerstands und der mitunter hohen Ströme gering und daher unproblematisch. Abschätzungen für eine Masse des beweglichen Kontakts BK von 40 g, einer Kontaktkraft KK von 25 N, einer Unterbrechungsdauer von 500 µs und einem Strom von 200 A haben eine Temperaturerhöhung des Zusatzkontakts ZK von weniger als 1 K ergeben. Dabei wurde ein Zusatzkontakt ZK aus CuBe2 mit einem Querschnitt von 1 mm² zugrunde gelegt.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer beispielhaften Wählervorrichtung, kurz Wähler, mit einem Kontaktsystem nach dem verbesserten Konzept. Figur 3A zeigt einen Teil des Kontaktsystems in Seitenansicht, während Figur 3B eine entsprechende Draufsicht zeigt. Der Wähler umfasst ein erstes Malteserrad M1 und ein zweites Malteserrad M2, welche auf gegenüberliegenden Seiten einer Isolierplatte (aus Gründen der besseren Visualisierung nicht dargestellt) angeordnet sind. Des Weiteren umfasst der Wähler einen Festkontakt F1 sowie weitere Festkontakte, von denen beispielhaft zwei gezeigt sind F2, F3. Das erste Malteserrad M1 trägt einen ersten beweglichen Kontakt B1, das zweite Malteserrad M2 einen zweiten beweglichen Kontakt B2. In der dargestellten Situation kontaktieren beide beweglichen Kontakte B1, B2 den Festkontakt F1. Die beweglichen Kontakte B1, B2 sind jeweils beispielsweise durch eine Druckfeder F gefedert an dem entsprechenden Malteserrad gelagert um eine Kontaktkraft KK von den beweglichen Kontakten B1, B2 auf den Festkontakt F1 auszuüben.
Ein erster Zusatzkontakt Z1, welcher beispielsweise als geformter Blechstreifen ausgebildet ist, liegt zum Beispiel mit einer Kante auf dem ersten beweglichen Kontakt B1 auf und kontaktiert diesen. Mit einer Stirnseite kontaktiert der erste Zusatzkontakt Z1 den Festkontakt F1. Dadurch wird eine indirekte Kontaktierung von erstem beweglichen Kontakt B1 und Festkontakt F1 über den ersten Zusatzkontakt Z1 erzielt.
Der erste Zusatzkontakt Z1 ist beispielsweise eigengefedert ausgebildet, insbesondere ist wenigstens ein Teil an der Stirnseite des ersten Zusatzkontakts Z1 parallel zur Kontaktkraft KK elastisch verformbar. Dadurch wird im stationären Zustand eine zusätzliche Kontaktkraft parallel zur Kontaktkraft KK vom ersten Zusatzkontakt Z1 auf den Festkontakt F1 ausgeübt. Zudem ist die Masse des ersten Zusatzkontakts Z1 wesentlich geringer, zum Beispiel mindestens um einen Faktor 10 geringer, als die Masse des ersten beweglichen Kontakts B1.
Diese Konstruktion führt dazu, dass im Falle einer Unterbrechung zwischen erstem beweglichen Kontakt B1und Festkontakt F1 die indirekte Kontaktierung über den ersten Zusatzkontakt Z1 erhalten bleibt und eine Lichtbogenbildung verhindert wird.
Optional umfasst das Kontaktsystem einen zweiten Zusatzkontakt Z2, der bezüglich dem zweiten beweglichen Kontakt B2 entsprechend angeordnet ist, wie der erste Zusatzkontakt Z1 bezüglich dem ersten beweglichen Kontakt B1. Die obigen Ausführungen zu dem ersten beweglichen Kontakt B1 und dem ersten Zusatzkontakt Z1 gelten dann entsprechend.
Der Wähler ist dazu eingerichtet, über einen Antrieb des Laststufenschalters, insbesondere eine Antriebswelle, die Malteserräder M1, M2 zu betätigen. Diese Betätigung erfolgt beispielsweise derart, dass während einer Umschaltung zunächst der erste bewegliche Kontakt B1 von einem der weiteren Festkontakte F2, F3 stromlos auf den Festkontakt F1 geschaltet wird. Dann kann im stationären Zustand der Strom zwischen Festkontakt F1 und dem ersten beweglichen Kontakt B1 fließen. Der zweite bewegliche Kontakt B2 wird dann beispielsweise ebenfalls von einem der weiteren Festkontakte F2, F3 auf den Festkontakt F1 geschaltet.
Durch die verschiedenen Ausführungsformen eines Kontaktsystems, einer Wählervorrichtung oder eines Laststufenschalters kann die Lichtbogenbildung in einem Laststufenschalter reduziert werden. Dadurch kann zum einen der Verschleiß des Kontaktsystems durch Kontaktabbrand verringert werden. Zum anderen wird auch eine Kontamination der Isolierflüssigkeit von Laststufenschalter und/oder Betriebsmittel reduziert. Die Wartungsintervalle des Laststufenschalters und/oder des Betriebsmittels, beziehungsweise die entsprechenden Lebensdauern, werden damit verlängert. Der Einsatz des Laststufenschalters auch unter externer Schockbelastung wird ermöglicht.

BEZUGSZEICHEN

Festkontakte	FK, F1, F2
bewegliche Kontakte	BK, B1, B2
Zusatzkontakte	ZK, Z1, Z2
Malteserräder	M1, M2
Kontaktkraft	KK
Linien für Strom	I
Feder	F
Abstand	A
Kontaktabstand	KA
Kontaktbereiche	B1, B2

Claims

Laststufenschalter gekennzeichnet durch eine Wählervorrichtung, die ein Kontaktsystem aufweist, wobei das Kontaktsystem
- einen Festkontakt (FK, F1) und einen beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) umfasst, die dazu eingerichtet sind, in einem stationären Zustand den Festkontakt (FK, F1) direkt zu kontaktieren; und

- einen Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2) umfasst, welcher, zusätzlich zu der direkten Kontaktierung, während des stationären Zustands den beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) elektrisch mit dem Festkontakt (FK, F1) verbindet und;

- der Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2) ausgebildet und angeordnet ist, bei einer Unterbrechung, bei der die direkte Kontaktierung zwischen dem beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) und dem Festkontakt (FK, F1) vorübergehend unterbrochen ist und nach der Unterbrechung unmittelbar wieder hergestellt wird, kurzzeitig einen Strom zwischen dem Festkontakt (FK, F1) und beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) zu führen.
Laststufenschalter nach Anspruch 1, wobei der Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2)
- mit dem beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) derart mechanisch gekoppelt ist, dass er sich mit dem beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) mitbewegt; oder

- mit dem Festkontakt (FK, F1) mechanisch gekoppelt ist.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im stationären Zustand
- der bewegliche Kontakt (BK, B1, B2) den Festkontakt (FK, F1) an einem ersten Bereich (B1) kontaktiert;

- der Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2) den Festkontakt (FK, F1) an einem zweiten Bereich (B2) kontaktiert; und

- der erste und der zweite Bereich (B1, B2) einen Abstand (A) voneinander haben, der größer oder gleich einem vorbestimmten Minimalabstand ist.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im stationären Zustand
- eine Kontaktkraft (KK) vom beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) auf den Festkontakt (FK, F1) ausgeübt wird;

- eine zur Kontaktkraft (KK) parallele weitere Kontaktkraft vom Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2) auf den Festkontakt (FK, F1) ausgeübt wird; und

- wenigstens ein Teil des Zusatzkontakts (ZK, Z1, Z2) und der bewegliche Kontakt (BK, B1, B2) in Richtung der Kontaktkraft (KK) relativ zueinander beweglich sind.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Masse des Zusatzkontakts (ZK, Z1, Z2) mindestens eine Größenordnung kleiner ist als eine Masse des beweglichen Kontakts (BK, B1, B2).
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
- der Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2) eigengefedert ausgebildet ist; oder

- an dem beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) gefedert befestigt oder gelagert ist; oder

- an einer Komponente (M1, M2) des Kontaktsystems, welche sich mit dem beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) mitbewegt, gefedert befestigt oder gelagert ist.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Unterbrechung dem Entstehen eines Abstands zwischen dem beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) und dem Festkontakt (FK, F1) entspricht.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zusatzkontakt (ZK, Z1, Z2) eine Berylliumbronze oder eine Zinnbronze umfasst.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wählervorrichtung eine Isolierplatte mit einer ersten Seite und einer zweiten, der ersten Seiten gegenüberliegenden, Seite umfasst;
- der bewegliche Kontakt (B1) auf der ersten Seite angeordnet ist,

- das Kontaktsystem einen weiteren beweglichen Kontakt (B2) umfasst, welcher auf der zweiten Seite angeordnet ist; und

- der weitere bewegliche Kontakt (B2) dazu eingerichtet ist, den Festkontakt (F1) direkt zu kontaktieren.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wählervorrichtung, dazu eingerichtet ist, den beweglichen Kontakt (B1) von einem weiteren Festkontakt (F2, F3) des Kontaktsystems auf den Festkontakt (F1) umzuschalten und danach den weiteren beweglichen Kontakt (B2) von dem weiteren Festkontakt (F2, F3) oder von einem zusätzlichen weiteren Festkontakt (F2, F3) auf den Festkontakt (F1) umzuschalten.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 9 oder 10, umfassend ein Malteserrad (M1), das um eine Achse drehbar an der Isolierplatte befestigt ist und den beweglichen Kontakt (B1) trägt.
Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Laststufenschalter ausgebildet ist, den beweglichen Kontakt (BK, B1, B2) von dem Festkontakt (FK, F1) auf einen weiteren Festkontakt (F2, F3) des Kontaktsystems stromlos umzuschalten.
Induktives Betriebsmittel umfassend einen Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einen Tank zur Befüllung mit einem Isoliermittel, wobei der bewegliche Kontakt (BK, B1, B2) und der Festkontakt (FK, F1, F2, F3) in direktem Kontakt mit dem Isoliermittel stehen, wenn der Tank mit dem Isoliermittel befüllt ist.