DD258687A1 - Schleifringkoerper fuer elektrische maschinen, insbesondere mit kohleschleifringen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Einleitung des Stromes der einzelnen Phasen der elektrischen Maschine in die Schleifringe. Bei Anwendung von Kohleschleifringen in Schleifringkoerpern fuer grosse Strombelastungen bestehen innerhalb der Ringe bei der Stromleitung und Verteilung auf die Buersten Kriterien, die auch zu einer unerwuenschten hohen Erwaermung der Schleifringe und der Kohlebuersten beitragen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei geringem technischem und oekonomischem Aufwand eine Einleitung des Stromes in die Schleifringe zu schaffen, die durch guenstigere Stromverteilung zur Senkung der Waermeentstehung bzw. Erhoehung der Belastbarkeit fuehrt. Das Ziel wird mit einem Schleifringkoerper erreicht, bei dem die Stromzufuehrung zu jedem einzelnen Schleifring durch mehrere auf den Ring gleichmaessig verteilte Kontaktbolzen erfolgt, die zu seitlich angeordneten Schaltebenen fuehren, welche durch Verbindung der Kontaktbolzen mit Hilfe speziell geformter Verbindungsstuecke entstehen. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Schleifringkörper mit Kohleschleifringen vorzugsweise für den Einsatz in rotierenden elektrischen Maschinen, bei denen der Anschluß der Läuferwicklung an die Schleifringe über stirnseitig herausgeführte Kontaktbolzen erfolgt. Solche Schleifringkörper sind weiterhin anwendbar in elektrischen Einrichtungen und Geräten, bei denen größere Ströme auf rotierende Bauteile übertragen werden müssen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Insbesondere bei Schleifringen aus nichtmetallischen Werkstoffen — z.B. Graphit oder Elektrokohle — erfordert die Stromzuführung über die Kontaktbolzen zu den Ringen besondere Vorkehrungen. Bei hohen Strömen ist die Erwärmung der Schleifringe nicht nur vom Werkstoff und Querschnitt derselben, sondern auch von der zeitlich wechselnden Stromdichte in den einzelnen Schleifringbereichen abhängig. Je nach Anzahl und Verteilung der Kontaktbolzen je Phase kann bei einer vorgegebenen Bürstenkonfiguration der mittlere Kontaktwiderstand innerhalb der Stromzuführungen sehr unterschiedlich sein. Da der für die Änderung verantwortliche Widerstand im Schleifring auch für die Stromwärmeverluste in diesem Bereich ursächlich ist, stellt sich bei hohen Strombelastungen mit Strömen von 200 A und mehr die Anordnung der Kontaktbolzen oder allgemein die Stromeinleitung in die Schleifringe als Kriterium heraus.

Bei Schleifringen aus elektrisch gut leitendem Material braucht diesem Umstand keine besondere Beachtung eingeräumt werden. Wird aber z.B. Elektrokohie als Schleifringwerkstoff verwendet, so ist imVergleich zu Bronze ein etwa hundertfacher spezifischer Widerstand vohanden, welcher bei gleichem Strom in einem gleichgroßen Kohleschleifring erheblich höhere Verluste und Erwärmungen hervorruft. Der ungünstigste Fall tritt auf, wenn je Schleifring nur ein Kontaktbolzen mit einer kleinflächigen örtlichen Stromeinleitung vorgesehen ist. Wird die Anzahl der Kontaktbolzen bei möglichst gleichmäßiger Aufteilung des Schleifringumfanges erhöht, dann geht der mittlere Schleifringwiderstand zurück. Bei drei Bolzen und Teilung um 120° beispielsweise kann bei gleichen Verlusten der Schleifringstrom um etwa 40% höher als beider Einbolzenausführung gesetzt werden.

Dertechnische Stand wird noch durch eine Reihe anderer Lösungen charakterisiert. Es sind Schleifringkörper bekannt, bei denen die Stromzuführungen zu nichtmetallischen Schleifringen durch kraft- oder formschlüssige Verbindungen oder mit Hilfe von leitenden Klebern und Harzgemischen hergestellt werden.

So sind beispielsweise in der DE-OS 2058342 verschiedene Lösungsvarianten mit nichtmetallischen Schleifringen unter Verwendung eines Kontaktringes beschrieben, die sich durch unterschiedliche Spannelemente voneinander unterscheiden.

Zwar wird bei diesen Lösungen eine auf den Umfang bezogene, gleichmäßige Stromeinleitung in den Schleifring erreicht, doch erfordert das komplizierte Bauteilesystem bei entsprechender Präzision einen hohen Herstellungsaufwand zur Gewährleistung einer einwandfreien Funktion.

Nach der DD-PS 91 085 werden metallische Kontaktelemente bei der pulvermetallurgischen Herstellung der aus

nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Schleifringe mit diesen so zusammengefügt, daß sich ein einheitliches Ganzes ergibt.

Der Vorteil dabei liegt in der guten, über den ganzen Umfang wirkenden, elektrischen Verbindung von Schleifring und Anschlußkontakt. Als Nachteil ist aber die komplizierte Herstellung mit Zugeständhissen an die Homogenität und Festigkeit der Schleifringe zu betrachten. Darüber hinaus sind hohe Stückzahlen eine Vorraussetzung für die Amortisierung der Fertigungseinrichtungen.

In der DD-PS 82499 ist das Prinzip einer Kontaktierung durch axiale Verspannung von nichtmetallischen Schleifringen mit metallischen Kontaktringen zu einem einheitlichen Schleifringkörper dargestellt?das aber wiederum mit dem Nachteil vielgestaltiger und fertigungstechnisch aufwendiger Bauteile belastet ist.

Die in den DD-PS 73085 und 77019 abgebildeten Ausführungen mögen zwar in fertigungstechnischer Hinsicht günstig sein, weisen aber wiederum den wesentlichen Nachteil auf, daß die Stromzuführung nur über einen Kontaktbolzen je Schleifring erfolgt. Dabei treten durch unsymmetrische Stromeinleitung die in diesem Abschnitt eingangs erläuterten Erscheinungen und Mängel auf. Diese Mängel werden auch nicht durch zwei am Umfang nebeneinanderliegende Kontaktbolzen gemäß TGL 200-3023 Anordnung C beseitigt.

Ziel der Erfindung

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den über Kontaktbolzen auf die Kohleschleifringe zu übertragenden Strom so in die Schleifringe einzuleiten, daß weitestgehend gleichmäßige mittlere Stromverteilungen in den einzelnen Schleifringen entstehen und die während jeder Umdrehung eines Schleifringes zwischen den Kontaktbolzen, den jeweiligen Schleifringabschnitten und den Kohlebürsten vorhandenen ohmschen Widerstände möglichst klein sind. Dabei sollen eine hohe Zuverlässigkeit gesichert und komplizierte Bauteile und Technologien zur Herstellung der Schleifringkörper vermieden werden.

Wesen der Erfindung

Das Ziel, eine weitestgehend gleichmäßige Stromverteilung zu und in den einzelnen Schleifringen zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß je Schleifring mindestens zwei auf einem Lochkreis gegenüberliegende, vorzugsweise jedoch drei in gleichem Abstand angeordnete Kontaktbolzen vorgesehen sind, die, in bekannter Weise durch benachbarte Schleifringe isoliert hindurchgesteckt, seitlich aus der Schleifringanordnung herausgeführt sind, derart, daß neben dem Schleifringkörper durch unterschiedliche Längen der Kontaktbolzen je Schleifring und Phase eine Schaltebene entsteht, auf der alle zu einer Phase gehörenden Kontaktbolzen in einem Schaltkreis galvanisch vereinigt sind. Die Schaltkränze jeder Phase werden aus einzelnen gleichen Verbindungen gebildet, die die Kontaktbolzen untereinander verbinden. Die Verbindungen sind erfindungsgemäß aus Flachmaterial, in einem größeren Krümmungsradius als ihr zugehöriger Lochkreisdurchmesser geformt und bei Verbindung zweier potentialgleicher Kontaktbolzen zwischen der den Schleifkörper tragenden Welle und den den anderen Schleifringen zugeordneten Kontaktbolzen hindurchgeführt. Sie können aus blankem oder isoliertem Leitungsmaterial bestehen. Zur Gewährleistung der Sicherheit gegen Überschläge können die Enden der Verbindungen in Nähe der Befestigungsstellen in ihrer Längsachse um 90° verdreht und flach zwischen der Welle und den den anderen Schleifringen zugeordneten Kontaktbolzen hindurchgeführt sein.

In weiterer Ausführungsform können die Verbindungen auch auf dem einheitlichen Lochkreisdurchmesser verlaufen und im Bereich der zu den anderen Schleifringen gehörenden Kontaktbolzen Bohrungen oder Aufweitungen zur berührungslosen Durchführung dieser Kontaktbolzen aufweisen.

Gemäß der Erfindung können die jeweils zu einem Schleifring gehörenden und in einer Ebene angeordneten Verbindungen auf beide Seiten des Schleifringkörpers verteilt sein. Im Bedarfsfalle kann jeder Kontaktbolzen in spielfreier Durchführung durch die Schleifringe der anderen Phase schwingungsstabilisiert sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert

Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung eines Schleifringkörpers, teilweise im Schnitt und die

Fig. 2 u. 3: Seitenansichten des Schleifringkörpers mit verschiedenartigen Verbindungen der Kontaktbolzen eines Schleifringes in Blickrichtung „x-x" der Fig. 1

In Fig. 1 zeigt ein Schleifringkörper schematisch mit drei Schleifringen 1 und nach einer Seite stirnseitig herausgeführten Kontaktbolzen 6 dargestellt. Im Bespiel sind für jeden Schleifring, d.h. für jede Phase drei Kontaktbolzen vorgesehen, welche durch Verbindungen 5 untereinander verbunden sind und dabei die Schaltkränze A, B und C bilden. Die Schleifringe 1 sitzen mit einer Nabenisolation 2 auf der Nabe 3, die den gesamten Sch leifri ng körper verschieb- und verdrehsicher auf der WeI Ie 4 zentriert.-Die Verbindungen 5 sind ringartig mit den Kontaktbolzen 6 durch Verschraubungen 7 verbunden.

Die Fig.2 und 3 veranschaulichen in zwei Ausführungsvarianten, wie die Kontaktbolzen gleichen Potentials durch geeignete gleichartige Verbindungen untereinandetj verbunden sind.

In Fig. 2 sind die Verbindungen 5 a als sehnenartige, schwach gekrümmte Flachmaterialstücke zur Verbindung der um 120° versetzt angeordneten Kontaktbolzen 6a an den Kontaktbolzen 6b; 6c, die zu den anderen Schaltkränzen führen, vorbeigeführt, wobei eine Berührung der Verbindungen mit der Welle oder den Kontaktbolzen 6 b; 6 c durch Luftspalte 8; 9 oder entsprechende Isolationen verhindert wird.

Entsprechend der Fig.3 gleichen die Verbindungen 5 b mit ihrem Krümmungsradius dem Radius des Teilkreises, auf dem die Kontaktbolzen 6 a; 6 b; 6c angeordnet sind. Zur Potentialtrennung gegen die Kontaktbolzen 6 b; 6c sind in den Verbindungen 5 b Aussparungen zur Durchführung der Kontaktbolzen, gegebenenfalls unter Einfügung von Isolationsmaterial, vorgesehen.

Anderenfalls ist ein entsprechend großer Luftspalt 10 erforderlich.

Als weitere Lösung für die Gestaltung der Verbindung kann auch eine Form gewählt werden, bei der das Flachmaterial, bis zu 90° schraubenartig verdreht, sehnenartig an den benachbarten Kontaktbolzen anderen Potentials vorbeigeführt ist.

Zum Schutz gegen Schwingungen und Auswirkungen von Fliehkräften kann eine Stabilisierung des gesamten Verbindungskorbes unter Zuhilfenahme der Verschraubungen 7 und geeigneter Isolationselemente erfolgen.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Kohleschleifringe mit drei um 120° versetzt angeordneten Kontaktbolzen ausgerüstet. Zur Übertragung extrem hoher Ströme können natürlich auch mehr Bolzen je Schleifring vorgesehen sein. Da auf der Stirnseite des Schleifringkörpers alle Kontaktbolzen aller Schleifringe herausragen, deren Phasenfolge u-v-w-u-v-w... usw.

ist, kann jede beliebige Anzahl von Kontaktbolzen mit entsprechender Anzahl von Verbindungen vorgesehen werden.

Claims (9)

1. Schleifringkörper für elektrische Maschinen mit mehreren aus nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere aus technischer Kohle bestehenden Schleifringen, welche auf einer gemeinsamen, eine Isolation aufweisenden Nabe angeordnet sind und stirnseitig herausragenden Kontaktbolzen, die neben den Schleifringen auf einer senkrecht zur Drehachse des Schleifringkörpers gelegenen Ebene Anschlußstellen zur Verbindung mit einer Läuferwicklung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß je Schleifring mindestens zwei auf einem Lochkreis gegenüberliegende, vorzugsweise jedoch drei in gleichem Abstand angeordnete Kontaktbolzen vorgesehen sind, die, in bekannter Weise durch benachbarte Schleifringe isoliert hindurchgesteckt, seitlich aus der Schleifringanordnung herausgeführt sind, derart, daß neben dem Schleifringkörper durch unterschiedliche Längen der Kontaktbolzen je Schleifring und Phase eine Schaltebene entsteht, auf der alle zu einer Phase gehörenden Kontaktbolzen in einem Schaltkranz galvanisch vereinigt sind.

2. Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkränze jeder Phase aus einzelnen gleichen Verbindungen der Kontakbolzen untereinander gebildet sind.

3. Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Flachmaterial bestehenden, über die hohe Kante geformten Verbindungen (5) einen größeren Krümmungsradius aufweisen als ihr zugehöriger Lochkreisradius und bei Verbindung zweier potentialgleicher Kontaktbolzen zwischen der den Schleifringkörpertragenden Welle (4) und den den anderen Schleifringen zugeordneten Kontaktbolzen hindurchgeführt sind.

4. Schleifringkörperfürelektrische Maschinen nach den Punkten 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen sowohl aus blankem oder isoliertem Leitungsmaterial bestehen.

5. Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Verbindungen in Nähe der Befestigungsstellen in ihrer Längsachse um 90° verdreht und flach zwischen der Welle und den zu den anderen Schleifringen gehörenden Kontaktbolzen hindurchgeführt sind.

6. Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (5b) auf dem einheitlichen Lochkreisdurchmesser verlaufen und im Bereich der zu den anderen Schleifringen gehörenden Kontaktbolzen (6 b; 6c) Bohrungen oder Aufweitungen zur berührungslosen Durchführung dieser Kontaktbolzen aufweisen.

7. Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbolzen mindestens im Bereich der Durchführungen durch die Schleifringe und zu den Verbindungen der anderen Phasen mit Hilfe von Hülsen oder Bandagen isoliert sind.

8. Schleifringkörper nach den Punkten 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zu einem Schleifring gehörenden und in einer Ebene angeordneten Verbindungen (5) auf beide Seiten des Schleifringkörpers verteilt sind.

9. Schleifringkörperfür elektrische Maschinen nach den Punkten 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktbolzen mit spielfreier Durchführung durch die Schleifringe der anderen Phasen schwingungsstabilisiert ist.