DD248909A1

DD248909A1 - SINGLE RINGING BODY WITH CARBON RING, ESPECIALLY FOR HIGH SPECIFIC LOADS

Info

Publication number: DD248909A1
Application number: DD28747086A
Authority: DD
Inventors: Carsten Thumulla; Klaus Ambrosius; Dieter Rudolph
Original assignee: Dessau Elektromotorenwerk
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schleifringkoerper mit einem Kohlegleitring. Schleifringe mit Kohlegleitschicht sind allgemein bekannt und werden wegen ihres guten Verschleissverhaltens des oefteren eingesetzt. Nachteilig an der Kohle-Kohle-Uebertragung ist jedoch die bei groesseren Stroemen auftretende Waermeentwicklung, die sowohl die Gleitverhaeltnisse zwischen Kohlegleitring und Buerste als auch den Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine negativ beeinflusst. Das Ziel der Erfindung ist ein Schleifringkoerper, bei dem durch Minimierung der entstehenden Waerme und intensive Abfuehrung der unvermeidbaren Waerme auch ein Einsatz bei hoeheren spzifischen Belastungen moeglich ist. Geloest wird dir Aufgabe zur Reduzierung und Abfuehrung der Strom- und Reibungswaerme, indem der Kohlegleitring auf einem Stromverteilungsring angeordnet ist, welcher einen grossflaechigen Stromuebergang vom Stromzufuehrungsbolzen zum Kohlegleitring, verbunden mit kurzem Weg vom Stromzufuehrungsbolzen zur Buerste, gewaehrleistet und durch seine konstruktive Gestaltung eine allseitige Belueftung des Kohlegleitringes gestattet.The invention relates to a slip ring body with a Kohlegleitring. Slip rings with Kohlegleitschicht are well known and are used because of their good wear behavior of the more common. However, a disadvantage of the coal-to-coal transmission is the heat development occurring in the case of larger flows, which adversely affects both the sliding ratio between the carbon guide ring and the brush and the efficiency of an electrical machine. The object of the invention is a slip ring body, in which by minimizing the heat generated and intensive dissipation of unavoidable heat also use at higher specific loads is possible. Geloest will you task to reduce and dissipate the current and friction heat by the Kohlegleitring is arranged on a power distribution ring, which a großflaechigen current transition from Stromzufuehrungsbolzen to Kohlegleitring, connected with short path from Stromzufuehrungsbolzen to Buerste, guaranteed and by its structural design an all-round ventilation the Kohlegleitringes allowed.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application "of the invention

Die Erfindung ist anwendbar im Elektromaschinenbau sowie bei Geräten und Einrichtungen, bei denen auf rotierende Teile höhere Ströme übertragen werden sollen und der Verschleiß durch Reib- und Strombelastung auf ein Minimum gesenkt werden soll.The invention is applicable in electrical engineering as well as in devices and devices in which higher currents are to be transmitted to rotating parts and the wear is to be reduced by friction and current load to a minimum.

Characteristic of the known technical solutions

Für die Stromübertragung auf rotierende elektrische Einrichtungen werden im allgemeinen Schleifringe verwendet, die massiv aus Kupfer, Messing, Bronze, Stahl oder anderen Legierungen hergestellt sind. Nachteilig bei solchen Ausführungen ist vor allem der Abrieb, verbunden mit Riefenbildungen, sowohl bei den Schleifringen als auch bei den Kohlebürsten, welcher zu unerwünschten Staubablagerungen in den Maschinen oder Geräten und zur Entstehung der Gefahr von Spannungsüberschlägen führt. Kurze Wartungsintervalle bzw. Reparaturen sind damit unerläßlich.For power transmission to rotating electrical equipment, slip rings are generally used which are massively made of copper, brass, bronze, steel or other alloys. A disadvantage of such embodiments is especially the abrasion associated with scoring, both in the slip rings and in the carbon brushes, which leads to unwanted dust deposits in the machinery or equipment and the emergence of the risk of flashovers. Short maintenance intervals or repairs are therefore indispensable.

Zur Beseitigung dieser Mängel wurden auch schon Schleifringe entwickelt, bei denen die Gleitflächen aus Kohle bestehen. Diese zeichnen sich als Kohle-Kohle-Kontaktierungen durch einen sehr geringen Verschleiß und damit höhere Lebensdauer aus. Ihre diesbezüglichen Vorteile sind jedoch nur bei Temperaturen bis 160°C vorhanden. Bei höheren Temperaturen infolge höherer Strombelastungen und größerer Reibungsverluste steigt der Verschleiß erheblich an. Daraus resultiert bei hochbelasteten Schleifringen die Aufgabe, die entstehende Wärme durch intensive Kühlung abzuführen sowie die Entstehung der Wärme zu minimieren.To overcome these deficiencies, slip rings have also been developed in which the sliding surfaces are made of carbon. These are characterized as coal-carbon contacts by a very low wear and thus longer life. However, their advantages are only available at temperatures up to 160 ° C. At higher temperatures due to higher current loads and greater friction losses, the wear increases significantly. This results in heavily loaded slip rings the task of dissipating the heat generated by intensive cooling and to minimize the formation of heat.

Zur Abführung der Wärme von der Gleitfläche sind verschiedene Lösungen bekannt geworden, bei denen durch Kanäle, Bohrungen bzw. entsprechende Gestaltung sowie Anordnung von Lüftern oder Lüfterschaufeln eine radiale oder axiale Kühlluftströmung erzielt wird.To dissipate the heat from the sliding surface various solutions have become known in which by channels, holes or corresponding design and arrangement of fans or fan blades a radial or axial cooling air flow is achieved.

Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, durch besondere konstruktive Gestaltungen des Schleifringkörpers die Prinzipien des Wärmerohres, d.h. die Abführung der Verlustwärme durch Verdampfung einer geeigneten Kühlflüssigkeit, mit nachfolgender Kondensation zu nutzen.Furthermore, it has already been proposed, by special structural designs of the slip ring body, the principles of the heat pipe, i. the dissipation of heat loss by evaporation of a suitable coolant, to be used with subsequent condensation.

Bei Schleifringen aus Material mit relativ schlechten elektrischen Leitwerten (Stahl oder Kohle) finden sogenannte Stromverteilungsringe oder Einlagen Anwendung, deren Aufgabe darin besteht, über einen Drehwinkel < 360° einen annähernd gleichen Widerstand von der Stromleitungsstelle im Schleifring zur Bürste zu gewähren.In slip rings made of material with relatively poor electrical conductivities (steel or carbon) find so-called power distribution rings or deposits application whose task is to grant a rotation angle <360 ° approximately equal resistance from the power line in the slip ring to the brush.

Damit sollen unerwünschte Welligkeiten in der Stromleitung und hiermit verbundene örtliche Überhitzungen in den Schleifringen, die Deformationen, Rundlaufabweichungen, erhöhter Bürstenverschleiß und Lockerungen des Schleifringsitzes auf der Welle verhindert werden.This is to unwanted waviness in the power line and associated local overheating in the slip rings, the deformations, run-out, increased brush wear and loosening of the slip ring seat on the shaft can be prevented.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifring zu schaffen, der alle Vorteile des Kohle-Schleifringes hinsichtlich seiner Verschleißarmut aufweist, in seiner Strombelastbarkeit ohne wesentlich höhere Erwärmung und Vergrößerung seiner Abmessungen dem Metallschleifring entspricht und kosten- und fertigungstechnisch günstig herstellbar ist. Bei erforderlicher größerer spezifischer Belastung besteht u.a. auch die Aufgabe, den auftretenden Wärmespannungen, im besonderen durch die stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, Rechnung zu tragen.The invention has for its object to provide a slip ring having all the advantages of coal slip ring with respect to its low wear, its current carrying capacity without much higher heating and increasing its dimensions corresponds to the metal slip ring and cost and manufacturing technology is low to produce. When required greater specific load u.a. also the task to take account of the thermal stresses occurring, in particular by the very different expansion coefficients.

Essence of the invention

Die gestellte Aufgabe wird bei Anwendung der Vorteile eines Stromverteilungsringes für einen großflächigen Übergang des Stromes auf den Kohlegleitring von einem Schleifringkörper mit Kohlegleitring gelöst, in dem der Stromverteilungsring zugleich als ein Abstandshalter gestaltet ist in der Art, daß zwischen dem Kohlegleitring und der Isolation zur Schleifringnabe Hohlräume entstehen, die gestatten, daß einerseits die im Kohlegleitring und im Stromverteilungsring entstehende Verlustwärme entweder durch die konstruktiv bedingte Eigenbelüftung oder durch eine gewählte Fremdbelüftung besonders gut an die Umgebung abgeführt werden kann, andererseits durch die gleiche Belüftung ein zusätzlich möglicher Wärmestrom vom Inneren des Schleifringkörpers, wie es bei hoch ausgenutzten elektrischen Maschinen häufig der Fall ist, über die Welle und den Stromverteilungsring auf den Kohlegleitring verhindert werden kann.The stated object is achieved by applying the advantages of a power distribution ring for a large-scale transition of the current to the Kohlegleitring of a slip ring body with Kohlegleitring in which the power distribution ring is also designed as a spacer in the way that between the Kohlegleitring and the insulation to Schleifringnabe cavities arise, which allow on the one hand, the resulting in Kohlegleitring and power distribution ring loss heat can be dissipated either by the constructive self-ventilation or by a selected forced ventilation particularly well to the environment, on the other hand by the same ventilation an additional possible heat flow from the inside of the slip ring body, such as It is often the case with highly-used electrical machines, can be prevented via the shaft and the power distribution ring on the Kohlegleitring.

Hierzu besteht der Stromverteilungsring aus zwei durch mehrere auf dem Umfang verteilte Stege auf gleichmäßigen Abstand gehaltenen Ringen, von denen der innere als aufschrumpfbarer Massivring und der äußere als wärmespannungskompensierbarer Stromeinspeisungsring gestaltet ist.For this purpose, the power distribution ring consists of two spaced by a plurality of circumferentially distributed webs at a uniform spacing held rings, of which the inner is designed as a shrinkable solid ring and the outer as heat-voltage-compensated Stromeinspeisungsring.

Zur Gewährleistung eines niedrigen Übergangswiderstandes vom Stromverteilungs- zum Kohlegleitring ist die dem Stromverteilungsring zugekehrte Fläche des Gleitringes metallisiert und mit dem äußeren Ring des Stromverteilungsringes gut leitend verbunden bzw. verlötet. Die bei starker Erwärmung auftretenden Wärmespannungen zwischen den Ringen stark unterschiedlicher Wärmedehnung sind durch Aussparungen im Außenring des Stromverteilungsringes kompensiert. Die Stromzuführungsschienen sind vorzugsweise mit den Stegen des Stromverteilungsringes gut leitend verbunden. In Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre besteht auch die Möglichkeit, den Stromverteilungsring als tragenden Ring in geschlossener Form auszubilden und den Kohlegleitring aus Segmenten mit eingefügten Dehnungsfugen zusammenzustellen.To ensure a low contact resistance of Stromverteilungs- to Kohlegleitring the power distribution ring facing surface of the seal ring is metallized and connected to the outer ring of the power distribution ring well conductive or soldered. The thermal stresses occurring during intense heating between the rings of very different thermal expansion are compensated by recesses in the outer ring of the power distribution ring. The power supply rails are preferably connected to the webs of the power distribution ring well conductive. In application of the teaching of the invention, it is also possible to form the power distribution ring as a bearing ring in a closed form and compile the Kohlegleitring of segments with inserted expansion joints.

embodiment

Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Schleifringkörpers wird an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:The basic structure of the slip ring body according to the invention is described in more detail using an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1: eine Ansicht eines Schleifringkörpers,1 is a view of a slip ring body,

Fig. 2: eine Seitenansicht des Schleifringkörpers im Schnitt gemäß Verlauf A-A in Fig. 1, und Fig. 3: eine Teilansicht des Schleifringkörpers mit segmentierter Kohlegleitschicht.2 shows a side view of the slip ring body in section according to curve A-A in FIG. 1, and FIG. 3 shows a partial view of the slip ring body with segmented carbon-conducting layer.

Der in den einzelnen Abbildungen dargestellte Schleifringkörper besteht im wesentlichen aus einer auf einem Träger, z. B. einer Welle, sitzenden Nabe 1, die zu den elektrisch aktiven Teilen durch eine Isolation 2 getrennt ist. Auf der Isolation 2 ist der wirkungsmäßig aus drei Teilen bestehende Stromverteilungsring 3 angeordnet. Hiervon ist der Innenring 3' als aufschrumpfbarer Massivring ausgebildet, welcher mit Hilfe von Stegen den Außenring 3" trägt. Der Außenring 3" ist am Umfang mehrfach mit Dehnungsspalten 5 versehen, um die Unterschiede der Wärmeausdehnung zu kompensieren. Zwischen Innen- und Außenring entstehen über den Umfang des Gleitringes verteilte Hohlräume 6, die eine Belüftung des Schleifringkörpers, der zu zwei- oder mehrpoligen Ausführungen zusammengestellt werden kann, als Eigen- oder Fremdbelüftung gestatten. Allein die offene Ausführung, die einen Kühlluftzutritt zu allen Seiten des Kohlegleitringes 4 einschließlich des Außenringes des Stromverteilungsringes gewährleistet, bietet die Gewähr für eine maximale Abführung der Strom- und Reibungswärme. Andererseits ist es Aufgabe des Stromverteilungsringes, den über Stromzuführungsschienen, die in den Stegen befestigt sind, in den Schleifringkörper eingeführten Strom mit Hilfe des Ring-Steg-Systems derart in den Kohlegleitring einzuleiten, daß auf dem gesamten Umfang des Schleifringkörpers ein minimaler Widerstand vom Stromverteilungsring zur nicht dargestellten Kohlebürste erreicht wird.The slip ring body shown in the individual figures consists essentially of a on a support, for. As a shaft, seated hub 1, which is separated by an insulation 2 to the electrically active parts. On the insulation 2 of the effective three-part current distribution ring 3 is arranged. Of these, the inner ring 3 'is designed as a shrinkable solid ring, which carries the outer ring 3 "with the aid of webs. The outer ring 3" is provided on the circumference several times with expansion gaps 5 in order to compensate for the differences in thermal expansion. Between inner and outer ring formed over the circumference of the sliding ring distributed cavities 6, which allow ventilation of the slip ring body, which can be put together to form two or more poles, as self or forced ventilation. Only the open design, which ensures a cooling air inlet to all sides of the Kohlegleitringes 4 including the outer ring of the power distribution ring, provides the guarantee for a maximum dissipation of electricity and friction heat. On the other hand, it is the task of the power distribution ring to initiate the power supply rails, which are fixed in the webs introduced into the slip ring body current by means of the ring-land system in the Kohlegleitring that on the entire circumference of the slip ring body a minimal resistance from the power distribution to Not shown carbon brush is achieved.

In Fig. 3 ist ein Teil einer Ausführungsart dargestellt, bei der der Außenring 13 des Stromverteilungsringes als geschlossener Ring ausgeführt ist, wogegen der Kohlegleitring aus mehreren Kohlegleitelementen 14 besteht, die durch Dehnungsspalte 15 voneinander getrennt sind.In Fig. 3, a part of an embodiment is shown, in which the outer ring 13 of the power distribution ring is designed as a closed ring, whereas the Kohlegleitring consists of several Kohlegleitelementen 14, which are separated by expansion gaps 15.

Claims

1. Slip ring body with Kohlegleitring, especially for high specific loads, in which concentric between the Kohlegleitring and the isolation for Schleifringnabe a cylindrical power distribution ring is provided which feeds the current supplied via power supply lines over a large area in the Kohlegleitring, characterized in that the power distribution ring at the same time as a spacer is designed such that arise between the Kohlegleitring and the insulation for Schleifringnabe cavities.

2. Slip ring body with Kohlegleitring according to item 1, characterized in that the current distribution ring is formed of two spaced by a plurality of circumferentially spaced webs at a uniform spacing rings, wherein the inner is designed as shrinkable Barer solid ring and the outer as heat-voltage-compensated Stromeinspeisungsring.

3. slip ring body with Kohlegleitring according to Pkt. 1 and 2, characterized in that the power distribution ring facing surfaces of the Kohlegleitringes metallized and connected to the outer ring of the power distribution ring electrically good conduction or soldered.

4. slip ring body with Kohlegleitring Pkt. 1 to 3, characterized in that in the outer ring of the power distribution ring recesses are provided for the compensation of thermal stresses.

5. slip ring body with Kohlegleitring Pkt. 1 to 4, characterized in that the power supply rails are connected to the webs of the power distribution ring well conductive.

6. slip ring body with Kohlegleitring after the Pkt. 1 to 3 and 5, characterized in that the power distribution ring is formed as a closed ring and the Kohlegleitring consists of segments with inserted expansion joints.