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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kombination aus einer elektrischen
Maschine, insbesondere einem Generator oder einem Motor, und einem Schaltelement
dafür.
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Zum
Beispiel bei Generatoren sind die dafür vorgesehenen Schaltelemente,
also die Leistungsschalter, in der Regel in separaten Schaltschränken untergebracht.
Sie weisen den Nachteil auf, dass sie ausgesprochen raumbeanspruchend
und überdies konstruktiv
aufwändig
sind. Letzteres ist vor allem eine Folge davon, dass diese Einheiten
sehr leistungsstark sein können
und Ströme
bis zu beispielsweise 4000 Ampere von dem Generator zu den zugehörigen Schalteinheiten
geleitet werden müssen. Dazu
ist in der Praxis zwischen dem Generatoranschlusskasten und der
Schalteinheit die Verlegung einer Vielzahl von Parallelkabeln mit
einem Querschnitt von beispielsweise 400 mm2 erforderlich.
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Wenn
kompakte und/oder mobile Einheiten realisiert werden sollen, werden
der Generator, die dazugehörige
Antriebseinheit und die Schalteinheit oftmals in einem gemeinsamen
Container und/oder auf einer gemeinsamen Trägerkonstruktion vorgesehen.
Der Generator, seine Antriebseinheit und ein Ventilator zu deren
Kühlung
sind in der Regel auf einer Achse angeordnet. Aus platzökonomischen Gründen wird
bei bekannten kompakten Anordnungen auch der Schaltschrank in derselben
Linie angeordnet, wodurch der Ventilator teilweise abgeschirmt wird,
wodurch der Zuluftstrom und somit die Kühlung für die Einheit verschlechtert
wird. Ver gleichbare Probleme können
bei Motoren und zugehörigen
Schaltelementen entstehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Kombination aus einer elektrischen Maschine
und einem Schaltelement dafür
anzugeben, die sich durch verringerten Raumbedarf und konstruktive
sowie betriebsmäßige Vorteile
hinsichtlich der Energieführung auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Kombination aus einer elektrischen Maschine
und einem Schaltelement dafür
gelöst,
die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Unteransprüche sind
auf bevorzugte Ausgestaltungen gerichtet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kombination
ist das Schaltelement Teil einer Schalteinheit. Es kann sich dabei
zum Beispiel um einen Schaltschrank handeln, in dem sich außer dem
Schaltelement gegebenenfalls noch weitere Schalt- und Steuerorgane
befinden können.
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Die
elektrische Maschine und die Schalteinheit sind mechanisch gekoppelt
und können
an einer gemeinsamen Trägerkonstruktion
fixiert sein. Die mechanische Kopplung kann zum Beispiel flexibel ausgestaltet
sein, um eine Schwingungsentkopplung zwischen Schaltelement und
elektrischer Maschine zu gewährleisten.
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Eine
Trägerkonstruktion
kann auf unterschiedliche Weise ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft
ist eine bodenseitige Trägerkonstruktion
in Form eines Grundrahmens oder als eine palettenartige Schienenkonstruktion.
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Die
Maschinenanschlussklemmen sind elektrisch mit den Anschlussklemmen
des Schaltelementes verbunden und vorzugsweise in einem Maschinenanschlusskasten
vorgesehen, um eine kompakte und robuste Ausgestaltung zu gewährleisten.
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Die
Schalteinheit mit dem Schaltelement ist oberhalb oder seitlich der
elektrischen Maschine in deren unmittelbarer Nachbarschaft positioniert,
vorzugsweise im Bereich des Maschinenanschlusskastens. Die elektrischen
Verbindungen zwischen den Maschinenanschlussklemmen und den Anschlussklemmen
des Schaltelementes sind aus flexiblen Metallbändern gebildet.
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Von
wesentlicher Bedeutung ist dabei, dass die Schalteinheit oberhalb
oder seitlich der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei der
Begriff "seitlich" in diesem Zusammenhang
so zu verstehen ist, dass die Schalteinheit nicht in einer Linie
mit der Achse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dies gewährleistet
eine verbesserte Belüftung,
insbesondere wenn auf der Achse fluchtend noch ein Ventilator zur
Kühlung
der Maschine vorgesehen ist.
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Die
Anordnung der Schalteinheit seitlich oder auf der elektrischen Maschine
ermöglicht
die gleichzeitige Kühlung
der Schalteinheit und der Maschine, wobei die Schalteinheit einer
möglichen
Belüftung
der elektrischen Maschine nicht im Wege steht, wie bei herkömmlichen
Anordnungen.
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Durch
die Anordnung der Schalteinheit oberhalb oder seitlich der elektrischen
Maschine ist außerdem
gewährleistet,
dass die elektrischen Verbindungen zwischen den Maschinenanschlussklemmen und
den Anschlussklemmen der Schalteinheit sehr kurz gehalten werden
können.
Handelt es sich bei der elektrischen Maschine zum Beispiel um einen Generator
und bei dem Schaltelement um einen zugehörigen Leistungsschalter, so
müssen über die Verbindung
sehr hohe Ströme
geleitet werden, die zu einer Erwärmung führen können. Durch die Nähe der Schalteinheit
zu der elektrischen Maschine sind kurze Verbindungen möglich, so
dass dieses thermische Problem reduziert ist. Außerdem führt die Anordnung zu einer
signifikanten Volumenverringerung der Kombination, da zum Beispiel
keine platzraubenden Kabelverbindungen und Anschlüsse notwendig
sind.
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Zusätzliche
Schutzeinrichtungen für
die Verbindung zwischen Maschinenanschlussklemmen (z. B. des Generators
oder Motors) und Anschlussklemmen der Schalteinheit sind nicht erforderlich.
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Außerdem können flexible
Metallbänder
als Verbindung benutzt werden, insbesondere geflochtene Kupferbänder, die
zum einen im Vergleich zu einem herkömmlichen Kabel eine höhere Strombelastung
und zum anderen auch eine höhere
Wärmebelastung
zulassen.
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Bei
der elektrischen Maschine kann es sich zum Beispiel um einen Motor,
zum Beispiel um einen Pumpenmotor, oder um einen Generator handeln. Bei
dem Schaltelement kann es sich zum Beispiel um einen Schütz oder
um einen Lasttrennschalter handeln. Insbesondere wenn es sich bei
der elektrischen Maschine um einen Generator handelt, umfasst das Schaltelement
einen Leistungsschalter.
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Zum
Beispiel, wenn es sich bei der elektrischen Maschine um einen Generator
handelt, kann dann die Schalteinheit über externe Anschlussklemmen
verfügen,
um die von dem Generator gelieferte elektrische Energie weiterzuleiten.
Zur Verbindung der Schalteinheit mit den externen An schlussklemmen
können
Kupferschienen als elektrische Leiter vorgesehen sein, die eine
gute Leitfähigkeit
und eine stabile Verbindung gewährleisten
und zudem einen günstigen
Anschlusspunkt für
die Verbraucher-/Versorgerleistungskabel
schaffen.
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Bevorzugt
wird die Schalteinheit von Stützelementen
getragen, die ein- oder
beidseitig der elektrischen Maschine angeordnet und vertikal nach
unten geführt
sind. Die Stützelemente
können
direkt mit einer Trägerkonstruktion
verbunden sein, ein Teil davon sein oder eine Trägerkonstruktion umfassen. Ein zu
Befestigungszwecken erforderliches Anbohren der elektrischen Maschine
oder des Maschinenanschlusskastens entfällt auf diese Weise und es
lässt sich überdies
eine optimale schwingungstechnische Entkopplung zwischen Schalteinheit
und elektrischer Maschine erreichen.
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Sind
auf einer Seite der elektrischen Maschine mehrere derartige Stützelemente
für die
Schalteinheit vorgesehen, kann der Bereich dazwischen zur Kabelführung dienen,
in dem Kabel zu den externen Anschlussklemmen der Schalteinheit
geführt sind.
Auf diese Weise wird die gesamte Kombination kompakter und die Gefahr
einer Verletzung der außenliegenden
Kabel verringert.
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Die
mechanische Kopplung zwischen Schalteinheit und elektrischer Maschine
ist vorzugsweise flexibel ausgestaltet um eine Schwingungsentkopplung
bereitzustellen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
flexible Verbindung eine oder mehrere flexible Manschetten, vorzugsweise
aus Gummi. Derartige Manschetten dienen zusätzlich als Berührungsschutz
und als Schutz gegen unerwünschte
Umwelteinflüsse.
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In
der Schalteinheit kann eine Steuer-/Kontrollnische vorgesehen sein,
in der zusätzliche
Elemente, insbesondere Niederstromelemente, anordnet sind. Von einem
in der Schalteinheit vorgesehenen Leistungsteil, zum Beispiel dem
Leistungsschalter, ist diese Steuer-/Kontrollnische elektrisch abgeschirmt,
um Einflüsse
elektromagnetischer Störstrahlung
zu verhindern.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Detail unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen geschildert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Kombination von
Generator und Schalteinheit, und
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2 eine
schematische Schnittansicht der in 1 gezeigten
Anordnung.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform geschildert,
die zur Erzeugung von elektrischer Energie dient. Andere Ausführungsformen
der Erfindung können
aber anstelle eines Generators auch eine andere elektrische Maschine,
insbesondere einen Motor, umfassen.
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1 zeigt
in einer Seitenansicht einen Generator 1 mit einem nach
oben überstehenden
Generatoranschlusskasten 3. Ein derartiger Generator ist bei
der gezeigten Ausführungsform
zusammen mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit, beispielsweise
in Form eines Gas- oder Dieselmotors, auf Trägern 2 befestigt,
bei denen es sich z. B. um eine palettenartige Schienenkonstruktion
handeln kann. Dadurch entsteht eine Einheit, die problemlos an den
jeweiligen Einsatzort gebracht und in Betrieb genommen werden kann.
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Die
Schnittansicht nach 2 zeigt den Generator 1,
der an den Trägern 2,
die einen Grundrahmen bilden, befestigt ist und über dem sich der im Wesentlichen
an die Generatorbreite angepasste Schaltschrank 5 befindet.
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Der
in 2 dargestellte Schnitt verläuft entlang der Fläche A-A,
die in 1 angedeutet ist. Die Blickrichtung des Schnittes
der 2 ist in 1 mit II
bezeichnet. Entsprechend ist in 2 die Blickrichtung
der 1 mit I gekennzeichnet.
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Der
Schaltschrank 5, der beim gezeigten Beispiel eine Steuer-
und Kontrollnische 6 aufweist, wird von Stützelementen 10, 20 getragen,
die sich an den Seiten des Generators 1 vertikal nach unten
erstrecken und mit dem Grundrahmen 2 fest verbunden sind.
Generator 1 und Schaltschrank 5 sind schwingungstechnisch
voneinander entkoppelt, wobei zwischen dem Schaltschrank 5 und
dem Generator 1 bzw. dem Generatoranschlusskasten 3 flexible
Manschetten 18 zum Beispiel aus Gummi vorgesehen sein können.
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Mit
Bezugsziffer 21 ist die Zuluftöffnung des Generators angedeutet.
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Die
Anordnung des Schaltschranks 5 über dem Generator 1 ist
so gewählt,
dass die im Generatoranschlusskasten 3 vorgesehenen Ausgangsklemmen 4 des
Generators sich etwa unterhalb der im Schaltschrank 5 gelegenen
Eingangsklemmen 8 für den
Leistungsschalter 7 befinden. Auf diese Weise können die
Ausgangsklemmen 4 und die Eingangsklemmen 8 über relativ
kurze, insbesondere als Flechtbänder
ausgebildete, Kupferbänder 9 miteinander
verbunden werden. Derartige flexible Kupferbänder sind bekannt und zeichnen
sich dadurch aus, dass sie im Vergleich zu einem Kabel einer hohen Temperaturbelastung
ausgesetzt werden können und überdies
Stromstärken
führen
können,
die bei Verwendung von Kabeln den Einsatz mehrerer parallel angeordneter
Kabel erforderlich machen würden. Zusätzlich wird
durch den Einsatz dieser flexiblen Kupferbänder verhindert, dass Schwingungen
vom Generator 1 auf den Leistungsschalter 7 übertragen werden.
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Zwischen
dem Generatoranschlusskasten 3 und dem Schaltschrank 5 ist
eine Schottung 19 vorgesehen.
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In 2 sind
außerdem
die mit dem Ausgang des Leistungsschalters 7 verbundenen
Stromschienen 11 und die externen Anschlussklemmen 12 sichtbar.
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Der
Schaltschrank 5 dient zusätzlich zur Aufnahme aller für den Betrieb
erforderlichen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten.
Elektrische Komponenten sind dabei alle Einrichtungen und/oder deren
Hilfseinrichtungen (zum Beispiel Stromwandler, Klemmen, Kabel usw.),
die zum Betrieb, zur Trennung und/oder Absicherung von internen
Verbrauchern (zum Beispiel Stillstandsheizung) und externen Verbrauchern
(z. B. Beleuchtung) erforderlich sind. Elektronische Komponenten
sind alle Einrichtungen und/oder deren Hilfseinrichtungen (z. B.
Trafos, Ladegeräte
und dergleichen), die zur Überwachung
und/oder Steuerung und/oder Bedienung und/oder Regelung eingesetzt
werden.
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Bei
Stromerzeugungsanlagen kann zur Versorgung der Verbraucher ein direkter
Abgang auf der Netzseite (z. B. für Batterieladegeräte) und/oder
auf der Generatorseite (z. B. für
Lüftungsantriebe)
geschaffen werden.
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Wie
es 2 zeigt, sind die Kabelanschlussklemmen 12,
die mit vorzugsweise bodenseitig aus der Einheit herausgeführten Ausgangskabeln 13 verbunden
werden, zweckmäßigerweise
seitlich des Generators 1 positioniert und liegen im Bereich
zwischen den dortigen vertikalen Stützelementen 10.
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Die
gesamte Anordnung kann durch entsprechende Klappen oder Türen geschützt sein,
die z. B. mit Schrauben oder Scharnieren an den Stützelementen 10, 20 befestigt
sein können.
Die Klappen 14, 16 dienen dem Abschluss des Schaltkastens 5,
wobei insbesondere die Klappe 16 die Steuer-/Kontrollnische 6 abschließt. Die
Klappen 15 und 17 schützen den unteren Bereich der
Anordnung, wobei die Klappe 15 insbesondere den Kabel führenden
Bereich zwischen den Stützelementen 10 abdeckt.
Die gesamte Einheit kann auch in einem Container vorgesehen sein,
wodurch sich gegebenenfalls Schutzklappen erübrigen.
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Es
ist ersichtlich, dass sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht nur die Kompaktheit
wesentlich verbessert wird, sondern dass vor allem auch der konstruktive
Aufbau vereinfacht, die Betriebssicherheit erhöht und die Inbetriebnahme vor Ort
vereinfacht wird.
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Insbesondere
wird auch die Ventilation/Kühlung
sowohl der elektrischen Maschine – im beschriebenen Ausführungsbeispiel
des Generators mit seiner Antriebseinheit – als auch der dazu notwendigen Schalteinheit – im beschriebenen
Ausführungsbeispiel
des Leistungsschalters – vereinfacht
und verbessert, da die Schalteinheit die Belüftung aufgrund ihrer Anordnung
oberhalb oder seitlich der elektrischen Maschine nicht behindert.
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Außerdem ist
die erfindungsgemäße Kombination
sehr kompakt. So erweist sich zum Beispiel die Anordnung der den
Leistungsschalter eines Generators umfassenden Schalteinheit oberhalb
oder seitlich des Generators als platzökonomisch, da die Antriebseinheit
des Generators in der Regel ohnehin seitlich und/oder nach oben über den
Generator hinausragt.
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Andere
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Kombination
umfassen anstelle des Generators z. B. einen Motor.
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- 1
- Generator
- 2
- Trägerkonstruktion,
Grundrahmen
- 3
- Generatoranschlusskasten
- 4
- Generatorausgangsklemmen
- 5
- Schaltschrank
- 6
- Steuer-/Kontrollnische
- 7
- Leistungsschalter
- 8
- Eingangsklemmen
- 9
- flexible
Kupferbänder
- 10
- Stützelemente
- 11
- Stromschienen
- 12
- Kabelanschlussklemmen
- 13
- Ausgangskabel
- 14,
15, 16, 17
- Klappen
- 18
- Manschette
- 19
- Schottung
- 20
- Stützelemente
- 21
- Belüftung