Flüssigkeitskontakt Betriebsmässig geschlossen bleibende Gleit- kontakte werden in bekannter Weise gelegentlich mit Kontaktgliedern aus gut leitenden, festen Stoffen ausgeführt, die, in gewissen Abständen einander ge genüberstehend, durch zwischengeschaltete, die Kon taktglieder an verhältnismässig grossen Teilen ihrer Oberfläche bedeckende Kontaktflüssigkeit miteinan der elektrisch in Verbindung stehen. Solche Flüssig keitskontakte arbeiten zufriedenstellend, solange es sich nicht um zu hohe Stromstärken und zu hohe Gleitgeschwindigkeiten handelt. Bei hohen Strom stärken und hohen Gleitgeschwindigkeiten kommt es dagegen in den Kontaktwiderständen zu grossen elek trischen und in der Kontaktflüssigkeit zu hohen me chanischen Verlusten, wie z.
B. Flüssigkeitsreibungs- und Wirbelverluste im Kontaktspalt, Verluste ent sprechend der kinetischen Energie der den Kontakt spalt verlassenden Kontaktflüssigkeit, und im Zu sammenhang damit zu Schwierigkeiten bei der Ver- lustwärmeabfuhr sowie zu schlechtem Wirkungsgrad der Einrichtungen oder Maschinen, zu denen der Kontakt gehört. Der die elektrischen Verluste be dingende Kontaktwiderstand wird dabei vor allem durch die auf den Kontaktgliedoberflächen ohne be sondere Vorkehrungen oder Materialauswahl stets in erheblichem Mass vorhandenen Fremdschichten be dingt.
Kontaktglieder aus Werkstoffen, die zur Fremd schichtbildung neigen, werden deshalb, gegebenen falls unter gleichzeitiger Anwendung fettlösender Mit tel, häufig durch mechanische Bearbeitung vor ihrer Bedeckung durch die Kontaktflüssigkeit technisch gereinigt, z. B. durch Schmirgeln, Feilen, Schaben oder dergleichen.
Die Stromwärmeverluste lassen sich dadurch er niedrigen, aber, wie die Erfahrungen zeigen, bei hohen Stromstärken bleiben die Verluste immer noch erheblich. Das kommt zum Teil davon, dass die Kon- taktgliederoberfläche durch die erwähnte mecha nische Bearbeitung, im physikalischen Sinn nur un vollkommen von Fremdschichten gereinigt werden können;
Fremdhäute bleiben teilweise bestehen, und es kommt zu Stromengeerscheinungen. Anderseits liegt es daran, dass während oder zwischen der me chanischen Bearbeitung und Bedeckung der Kon taktglieder mit der Kontaktflüssigkeit durch Adsorp- tion bzw. chemische Bindung von Fremdmolekülen aus der Umgebungsluft (02, H20, N2) widerstand verursachende Fremdschichten auf den Kontaktglied- oberflächen entstehen.
Fremdschichtbildung tritt jedoch auch auf, wenn die zu bedeckenden Kontaktgliedoberflächen während des Betriebes zeitweise dem Einfluss der Umgebungs luft oder bei Anordnungen mit Schutzgas dem Ein fluss des Schutzgases unterliegen. Zur Herabsetzung der elektrischen Verluste werden deshalb bei Flüs- sigkeitsgleitkontakten bekannter Ausführung die zu bedeckenden Kontaktgliedoberflächenteile und damit die Querschnitte der spezifisch schlecht leitenden Fremdschicht verhältnismässig gross bemessen, bzw. es werden über den ganzen Umfang sich erstreckende Flächen bis zu Hunderten von cm2 angewendet, vgl. z.
B. DRP Nr. 351593. Das bringt aber, besonders bei hohen Gleit- geschwindigkeiten, grosse mechanische Verluste mit sich, und Flüssigkeitskontakte derartiger Ausführung haben sich deshalb bei hohen Gleitgeschwindigkeiten und hohen Stromstärken praktisch nicht bewährt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen betriebs mässig geschlossenen bzw. geschlossen bleibenden Flüssigkeitskontakt für Unipolarmaschinen für Gleich- oder Wechselstrom und Stromstärken über 100 Ampere.
Der erfindungsgemässe Flüssigkeitskontakt ist da durch gekennzeichnet, dass er aus sich relativ gegen einander bewegenden Kontaktgliedern aus festen Stoffen und einer zwischengeschalteten, in Strom richtung höchstens 1/5 mm bemessenen Kontakt flüssigkeitsstrecke besteht, dass ferner die Kontakt flüssigkeit mindestens zeitweise durch nachströmende kühlere Kontaktflüssigkeit ersetzt wird, und dass schliesslich die von der Kontaktflüssigkeit bedeck ten, praktisch fremdschichtfrei gehaltenen Oberflä chenteile der Kontaktglieder so bemessen sind, dass die Stromdichte in diesen bedeckten Kontaktglied oberflächenteilen mindestens 2 Ampere pro Quadrat millimeter beträgt.
Nachfolgend werden anhand der schematischen Zeichnung drei Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes beschrieben.
Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel. Fig.2 zeigt einen Teil der Fig. 1 in grösserem Massstab.
Fig. 3 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. Fig.4 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel, und Fig.5 zeigt eine abgeänderte Form des dritten Ausführungsbeispiels.
Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 1 und 2 rotiert das Kontaktglied 1 innerhalb des unbeweglichen Kontaktgliedes 2. Als Kontakt flüssigkeit wird Quecksilber verwendet, welches durch Wirkung der Pumpe 3 in der Leitung 4 in Pfeilrichtung dauernd im Umlauf gehalten wird. Durch eine im Bereich der Leitung 4 eingebaute Kühleinrichtung 5 kann das durch den Stromfluss und die Reibung erwärmte Quecksilber zusätzlich abgekühlt werden.
Für den Stromübergang vom Kon taktglied 2 zum Kontaktglied 1 in Richtung der Pfeile ist der ringförmige Spalt 6 mit seiner Länge 7 massgebend (Fig.2). Die Kontaktstellen, welche in Fig. 2 durch starke Linien hervorgehoben sind, wer den praktisch fremdschichtfrei gehalten; Luftzutritt zum Kontaktspalt 6 wird durch die Quecksilber sperre verhindert. Die Kontaktflüssigkeitsstrecke im Spalt 6 ist in Stromrichtung sehr kurz, höchstens 1/5 mm bemessen.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäss der Fig.3 greift der unbewegliche Kontaktring 2 mit seinem innern Teil 8 in eine ringwannenförmige Ver tiefung des beweglichen Kontaktgliedes 1 ein. Im Ruhezustand und bei langsamer Umdrehung des Kontaktgliedes 1 ist der Spalt 9 zwischen dem Kon taktring 2 und dem Kontaktglied 1 mit Kontakt flüssigkeit, z. B. mit Quecksilber, erfüllt. In der Figur ist das Quecksilber im Spalt 9 von links oben nach rechts unten schraffiert angedeutet. Bei langsamer Bewegung des Kontaktgliedes 1 erfolgt der Strom übergang vom Kontaktglied 1 zum Kontaktring 2 über die ganzen horizontalen Flächen des Spaltes 9.
Die grosse Fläche wirkt sich dabei nicht schädlich aus, bzw. verursacht keine übermässigen Reibungs verluste, weil die Gleitgeschwindigkeit mässig ist.
Mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit des Kontaktgliedes 1 wird das Quecksilber durch die Zentrifugalkraft in den vertikalen Fortsatz 10 des Spaltes 9 gedrückt, um diesen Spaltfortsatz 10 bei hohen Geschwindigkeiten ganz zu füllen. Das Queck silber im Spaltfortsatz 10 ist in der Figur durch Schraffierung von rechts oben nach links unten an gedeutet. Der Kontaktring 2 besitzt im Bereiche des Dberganges vom horizontalen Spalt 9 zum vertikalen Spaltfortsatz 10 einen nasenartigen Ringwulst 11, welchem am Kontaktglied 1 ein hohlkehlenartiger Ring 12 gegenüberliegt.
Der Ringwulst 11 sowohl als auch der Ring 12 sind in der Figur schwarz an gedeutet und bestehen vorteilhaft aus einem nicht zur Fremdschichtbildung neigenden Material, wie z. B. aus Molybdän. Die Hauptübergangsstrecke für den Strom vom Kontaktglied 1 über den Ring 12, das Quecksilber und den Ringwulst 11 zum Kontakt ring 2 ist sehr kurz, höchstens 1/5 mm, bemessen und bei jeder Umdrehungsgeschwindigkeit mit Quecksilber erfüllt. Bei hohen Umdrehungsgeschwin digkeiten erfolgt der Stromübergang nur über sehr kleine Flächen im Sinne der Pfeile.
Damit das durch den Stromdurchgang und Reibung erwärmte Queck silber durch kühleres Quecksilber ersetzt werden kann, ist die verwendete Quecksilbermenge grösser bemessen, als zur Füllung des Spaltfortsatzes 10 nötig ist. Das überschüssige Quecksilber wird bei der schnellen Rotation des Kontaktgliedes 1 über die Kante 13 hinweg in einen Hohlraum 14 des un beweglichen Kontaktringes 2 geschleudert und sam melt sich nach Abgabe seiner kinetischen Energie in der Wanne 15. Von hier aus fliesst das Queck silber über eine Leitung 16 in Richtung der Pfeile zurück in den Spalt 9 bzw. an die Stromübergangs stelle 12-11, um den Kreislauf zu wiederholen.
Dieser Kreislauf erfolgt selbsttätig, und zwar erstens durch Saugwirkung; die Quecksilberleitung endet etwas innerhalb des Ringwulstes 11, und zweitens durch Heberwirkung, da der Einfluss in die Leitung höher liegt als ihr Ausfluss in den Spalt 9.
Im Bereiche der Leitung 16 können im unbeweg lichen Kontaktring 2 Kühlschlangen oder Kühlrippen 5 angeordnet werden, um damit das zirkulierende Quecksilber kühl zu halten. Der Quecksilberumlauf kann natürlich auch mittels Pumpe aufrechterhalten werden.
Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäss Fig.4 besteht das unbewegliche Kontaktglied aus einem Rohr 17, dessen unteres Ende zu einer engen Düse ausgezogen ist. Aus dem Rohr 17 gelangt die Kon taktflüssigkeit, z. B. Quecksilber, durch Eigen schwere oder durch Wirkung einer Pumpe in den sehr schmalen, das heisst höchstens 1/5 mm breiten Kontaktspalt 6 zwischen dem Rohr 17 als dem un beweglichen Kontaktglied und dem sich in Pfeilrich tung drehenden Kontaktring 1. Der Strom fliesst also über das Rohr 17 und das Quecksilber im Spalt 6 zum Kontaktring 1.
Durch ein Absaugrohr 18 wird das Quecksilber mit Hilfe einer eingebauten Pumpe vom Kontaktring 1 abgesaugt und über eine nicht gezeichnete Leitung dem Rohr 17 wieder zugeführt, wodurch die Zirkulation des Quecksilbers aufrecht erhalten wird.
Auch hier kann im Bereiche der Quecksilber leitung eine Kühleinrichtung eingebaut sein, welche das umlaufende Quecksilber kühl hält.
Soll der Kontaktring 1 in beiden Drehrichtungen benützt werden, muss natürlich ein entsprechendes zweites Abzugrohr gegenüber dem Abzugrohr 18 vorgesehen sein. Selbstverständlich kann das Rohr 17 statt senkrecht, wie in der Figur, auch schräg oder tangential zur Oberfläche des beweglichen Kon taktringes 1 angeordnet sein, um dem Quecksilber eine der Stromrichtung des Absaugrohres 18 ent sprechende Richtung zu erteilen.
In Fig. 5 ist das prinzipiell gleiche Ausführungs beispiel wie in Fig. 4 dargestellt, nur dass hier das Absaugrohr 18 das Rohr 17 konzentrisch umgibt. Das Quecksilber, welches aus dem Rohr 17 in den Spalt zwischen dem Rohr 17 und dem Kontaktring 1 fliesst, gelangt hier in Pfeilrichtung in das Absaug- rohr 18.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die vom Quecksilber bedeckten Oberflächenteile der Kontaktglieder an ihren Stromübergangsstellen so bemessen, dass die Stromdichte in diesen Teilen min destens 2 Ampere pro Quadratmillimeter beträgt. Die vom Quecksilber bedeckten Kontaktgliedober- flächen bestehen mindestens teilweise aus Teilen, die durch mechanische Bearbeitung, wie z. B. durch Fräsen, Drehen, Schmirgeln, Schaben, Hobeln, unter einem Schutzelement, wie z. B. Gas, Flüssigkeit oder Vakuum, praktisch fremdschichtfrei gemacht wor den, sind.