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Stufenschaltvorrichtung für hohe Ströme, insbesondere für Ofentransformatoren
Beim Betrieb von Elektroöfen, die fast immer sehr hohe Stromstärken bei verhältnismäßig
kleiner Spannung erfordern, ergibt sich oft die Notwendigkeit, zur günstigsten Bearbeitung
der jeweils eingesetzten Charge mit verschiedenen Ofenspannungen zu arbeiten. Um
nun sehr große Transformatorabmessungen zu vermeiden, wie sie durch umschaltbare
Primärwicklungen bei Ofentransformatoren bedingt sind, hat man die Sekundärwicklung
in Wicklungsgruppen unterteilt, die dann jeweils parallel bzw. in Reihe zur Erzeugung
der erforderlichen Spannung geschaltet werden. Stufenschalter in der Bauart, wie
sie bei kleineren Stromstärken gebraucht werden, sind bei den in Betracht kommenden
Strömen bis zu 50 ooo Amp. und darüber hinaus wegen der erforderlichen starken Abmessungen
der Kontakte und Schaltmesser praktisch nicht ausführbar. Dies gilt insbesondere
für Drehschalter; bei denen immer eine Isolation - der Drehachse notwendig ist.
Eine solche Isolation würde aber schon nach kurzer Zeit durch das enorme Gewicht
der an der Drehachse befestigten Schaltmesser zerstört sein, ganz abgesehen davon,
daß einer Bedienung eines solchen Schalters große Schwierigkeiten entgegenstehen.
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Man war daher gezwungen, wollte man den Ofen auf eine andere Spannung
umschalten, für jede in Betracht kommende Schaltung geeignet gebogene Kupferschienen
zu benutzen, die dann mittels Schrauben an den aus dem Transformatorherausgeführten
Kontaktschienen befestigt wurden. Für eine solche Umschaltung mußte daher stets
eine größere Anzahl von solchen Verbindungsschienen vorhanden sein, deren umständliche
Auswechslung bei abgeschaltetem Transformator sehr viel Zeit beanspruchte, so daß
der Ofen inzwischen nahezu völlig erkaltete. Hatte schon die Umschaltung eine Steigerung
der Betriebskosten zur Folge, so wurden diese besonders noch durch den Ausfall des
Ofens während der Umschaltzeit erhöht.
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Es ist eine Stufenschaltvorrichtung bekannt, die dazu dienen soll,
bei Transformatoren die Schaltstufen einzeln, parallel oder in Reihe zu schalten.
Bei dieser bekannten Stufenschaltvorrichtung können die Schaltmesser unabhängig
voneinander längsachsig verschoben und mit feststehenden federnden Schalterteilen
zum Kontakt gebracht werden.
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Mit der Stufenschaltvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der der Kontakt
durch äußeren Druck auf ein Schienenpaket hergestellt wird, läßt sich nun das Umschalten
auf eine andere Ofenspannung in einem Bruchteil der Zeit vornehmen, die bisher erforderlich
war. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß leitende Schaltmesser unabhängig voneinander
zwischen den Kontaktschienen für die Einzel-, Parallel- und Reihenschaltung der
Schaltstufen und ihre Verbindung mit dem Verbraucher längsachsig verschiebbar angeordnet.
Die zur Reihenschaltung dienenden Schaltmesser sind dabei im Mittelteil leitend,
bestehen dagegen an beiden Enden aus Isolierstoff.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an
einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, ohne daß diese jedoch auf die Verbindung mit einem Ofentransformator
beschränkt wird.
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In Abb: i ist das Prinzip der Stufenschal '4 vorrichtung gemäß der
Erfindung schemati dargestellt, während Abb. 2 die Anordnung des; selben vor einem
Ofentransformator zeigt. ,fix' In Abb. i bedeutet i die Primärwicklung, 2 die Sekundärwicklung
des Ofentransformators, die in dem Ausführungsbeispiel vier Spannungsstufen aufweist,
deren Klemmen mit U V, U" V6, Ub Vb und U, V, bezeichnet sind. Von diesen
' Klemmen führen je zwei Kontaktschienen zu der Stufenschaltvorrichtung 3, deren
kontaktgebende Teile die Bezeichnung der entsprechenden Klemmen am Transformator
sowohl auf der Transformatorseite als auch auf der Ofenseite tragen. Zwischen je
zwei dieser Teile, z. B. U und U, U und V usw., sind Isolierteile
q. gelegt, die bei den verhältnismäßig kleinen Spannungen zwischen den einzelnen
Spannungsstufen nicht übermäßig stark zu sein brauchen. Zur Herstellung der einzelnen
Verbindungen dienen nun die Schaltmesser 5 und 6, von denen die Schaltmessen 5 vollständig
aus leitendem Material, die Schaltmesser 6 dagegen nur in, der Mitte aus leitendem
Material bestehen, während sie an den beiden Enden mit Isoliermaterial? versehen
sind: Die Schaltmesser 6 liegen dabei stets zwischen zwei kontaktgebenden Teilen
ungleichen Potentials, so daß je nach der Lage des Mittelstückes eine Wicklung mit
der anderen verbunden ist oder nicht. In dem dargestellten Beispiel sind sämtliche
Wicklungsgruppen in Reihe .geschaltet, beispielsweise auf Zoo Volt, wenn jede der
Wicklungen 5o Volt liefert.
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Der hierbei sich ergebende Strom fließt von der Klemme U des Transformators
über das Schaltmesser 5, das zwischen den beiden Kontakten U der Schaltvorrichtung
3 liegt, zum Ofen und von hier zurück über das Schaltmesser 5 zwischen den Kontakten
V" V, durch die Wicklung V, U, zum Kontakt U" von hier über das Schaltmesser 6 zum
Kontakt Vb und damit zur Wicklung Vb Ub usw. bis zur Wicklung V U,
womit der
Stromkreis geschlossen ist. Wird nun zwischen zwei Kontakte mit verschiedenem Potential
das Isolierstück 7 eines Schaltmessers 6 gebracht, so wird der Stromkreis an dieser
Stelle sofort unterbrochen. Bei Betätigung mehrerer Schaltmesser in dieser Weise
kann man nun die Wicklungen teilweise in Reihe und teilweise parallel oder alle
parallel schalten, zweckmäßig verbindet man dazu noch die Kontaktschienen gleichen
Potentials ofenseitig parallel miteinander. So erhält man z. B. eine Spannung von
ioo Volt am Ofen, wenn man das Schaltmesser 6 mit seinem Isolierteil 7 zwischen
die Kontakte Va und Yb bringt.
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Zur Verschiebung eines Schaltmessers ist es dabei notwendig, daß das
entsprechende Teil 4 der Isolierung, die die kontaktgebenden Teile voneinander trennt,
entweder auf der Transformatorseite oder auf der Ofenseite oder auf beiden Seiten,
je nach der Art der Schaltung; Fön seinem Platz entfernt wird. Jedes Schaltesser
wird dabei von zwei Kontaktschienen #:hnfaßt, die die Hälfte der Schaltmesserstärke
besitzen, so daß eine gute Strom- und Wärmeverteilung erzielt wird. Ist die Umschaltung
ausgeführt, so wird durch starke Zusammenpressung aller Schienen für gute Kontaktgebung
gesorgt.
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In der Abb. i sind gestrichelt noch weitere Kontaktschienen 8 für
einen zweiten Ofen dargestellt. Mit der Stufenschaltvorrichtung gemäß der Erfindung
kann man einen Ofentransformator auch für wechselseitigen Ofenbetrieb umschalten.
Man braucht dann zu diesem Zweck die Messer in axialer Richtung nur so weit zu verschieben,
bis sie zwischen die kontaktgebenden Teile der Schienen des zweiten Ofens gelangen,
worauf dann das Schienenpaket wie im vorigen Fall zusammengepreßt wird. Die Zusammenpressung
selbst erfolgt sowohl auf der Transformator- als auch auf der Ofenseite durch Spindeldruck
(Abb. 2). Das Schienenpaket 9 ruht dabei auf einer Unterlage io vor dem Transformator
ii, aus dem die Kontaktschienen i2 in der angedeuteten Weise herausgeführt sind,
während das entsprechende Schienenpaket der Ofenseite dahinter liegt.
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Die Schaltmesser, die entweder gleitbar oder bei ganz schweren Ausführungen
auf Rolleis gelagert sein- können, werden in Richtung ihrer Achse entweder vermittels
an ihnen befestigter Zahnstangen oder sonstiger anderer geeigneter Verstellmittel
verschoben. Auf eine ausführliche Darstellung der Verstellmittel wird verzichtet,
da diese nicht unmittelbar zum Erfin- j dungsgegenstand gehören.
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Ein besonderer Vorteil der Stufenschaltvorrichtung liegt in den äußerst
geringen Abständen der Schaltmesser voneinander, wodurch sich eine gute Kompensation
der magnetischen Felder ergibt, die bei den vorliegenden hohen Stromstärken nicht
unbeachtlich sind.- Von großem Vorzug ist ferner die unter kürzestem Zeitaufwand
erfolgende Bedienung der Stufenschaltvorrichtung und ihre vielfache Anwendungsmöglichkeit;
so z. B. bei Drehstrom, wo sie mit denselben Bauteilen sinngemäß für die Sterndreieckschaltung
benutzt werden kann.