-
Elektrische Verteilsysteme können als Stromschienensysteme ausgebildet sein. Bei diesen sind die Stromschienen in Richtung des Stromflusses als langgestreckte, feste Leiter ausgebildet. Sie werden zum Transport und zur Verteilung elektrischer Energie eingesetzt. Typische Aufgaben eines Stromschienensystems sind beispielsweise die Verbindung von einem Transformator über einen Hauptverteiler zum Unterverteiler oder die Versorgung von Großverbrauchern. Ebenfalls werden Stromschienensysteme beispielsweise dazu verwendet, in Windenergieanlagen den im Turmkopf erzeugten Strom eines Generators zum Turmfuß zu leiten oder Strom vom Turmfuß in den Turmkopf zu transportieren, um dort die elektrischen Anlagen mit Energie zu versorgen.
-
Typischerweise sind die Stromschienen eines Stromschienensystems in einem Schienenkasten untergebracht. Der Schienenkasten dient dem mechanischen Schutz und dem Zusammenhalt der Komponenten des Stromschienensystems. Er verhindert, dass ein unerwünschter elektrischer Kontakt zwischen Stromschienen und Umgebung stattfinden kann. Der Schienenkasten ist dabei so dimensioniert, dass zum Einen die Abstände zur Verhinderung eines unerwünschten elektrischen Kontakts gewahrt sind, und zum Anderen die Stromschienen innerhalb des Schienenkastens durch natürliche oder erzwungene Konvektion gekühlt werden.
-
In elektrotechnischen Anlagen werden bei der Energieversorgung von rotierenden Bauteilen beziehungsweise beim Energietransport durch rotierende Bauteile verschiedenste Stromübertragungssysteme verwendet. Beispielsweise sind dies Schleifringe, Kabeltorsions- und Kabelumlenksysteme. Diese Systeme sind durch ihre Bauweise nur für kleine Drehwinkel geeignet oder verschleiß- und korrosionsanfällig. Beispielsweise sind Umlenksysteme für Kabel verschleißanfällig beziehungsweise Schleifringe bei geringen Drehwinkeln und Drehzahlen korrosionsanfällig.
-
Beispielsweise wird ein sogenanntes Azimutsystem zur Windnachführung des Maschinenhauses (auch Gondel genannt) einer Windenergieanlage eingesetzt. Das Azimutsystem besteht aus einem Azimutlager, einem Azimutantrieb, einem Azimutgetriebe und einer Azimutsteuerung. Die benötigten Leitungen werden durch eine Öffnung von der Gondel in den Turm geführt. Dabei ist die Gondel drehbar auf dem obersten Turmsegment gelagert, so dass die Leitungen bei der Windnachführung einer Torsion ausgesetzt sind.
-
In Windenergieanlagen werden derzeit typischerweise Schleifringe, Kabeltorsionssysteme oder Kabelumlenksysteme beziehungsweise Kabelschlaufen zur Stromübertragung zwischen beweglichen und starren Bauteilen eingesetzt. Beispielsweise werden die Kabel einer Windenergieanlage in einem runden Kabelbündel (dem so genannten „Loop“), zusammengeführt. Durch die Länge dieses Kabelbündels lässt sich der totale Verdrehwinkel einstellen. Bei einer Länge des Kabelbündels von ca. 15 Metern kann ein Verdrehwinkel von ca. +/– 800 Grad realisiert werden. Der Turm muss bei Erreichen des maximalen oder minimalen Verdrehwinkels aus dem Wind genommen werden und wieder in seine Neutralstellung zurückgedreht werden. Da durch einen „Loop“ nur ein relativ kleiner Verdrehwinkel realisiert werden kann, geschieht dies relativ häufig.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Kupplung zur Verfügung zu stellen, die die bisherigen Nachteile wie Verschleiß- und Korrosionsanfälligkeit nicht aufweist.
-
Die Aufgabe wird gelöst gemäß Anspruch 1. Die elektrische Kupplung zur Stromübertragung zwischen einem feststehenden elektrischen Leiter und einem drehbar um eine Drehachse gelagerten elektrischen Leiter ist so ausgebildet, dass der feststehende elektrische Leiter und der drehbar gelagerte elektrischen Leiter durch elektrisch leitendes Flachmaterial miteinander elektrisch verbunden sind.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass ein sehr großer Verdrehwinkel durch die erfindungsgemäße elektrische Kupplung realisiert werden kann. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße elektrische Kupplung einen geringeren Verschleiß beziehungsweise eine geringere Korrosionsanfälligkeit gegenüber herkömmlichen Systemen auf.
-
In einer Ausgestaltung weist das elektrisch leitende Flachmaterial einen rechteckigen Querschnitt auf, bei der die erste Seitenlänge wesentlich größer ausgebildet ist als die zweite Seitenlänge des rechteckigen Querschnitts. Das elektrisch leitende Flachmaterial kann im Wesentlichen mit der ersten Seitenlänge parallel zur Drehachse des drehbar gelagerten elektrischen Leiters angeordnet sein.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Flachmaterial spiralförmig ausgebildet und die jeweiligen Enden des Flachmaterials sind mit dem feststehenden elektrischen Leiter und dem drehbar gelagerten elektrischen Leiter elektrisch verbunden.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung liegt das Flachmaterial auf einem Zwischenboden auf. Der Zwischenboden kann elektrisch isoliert ausgebildet sein. Das Flachmaterial kann flexible Lagerpunkte aufweisen, die die Reibung zwischen dem Flachmaterial und dem elektrisch isolierten Zwischenboden verringern.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt das Flachmaterial auf elektrisch isolierten Stützen auf. Das Flachmaterial kann beispielsweise durch die Dicke der Stützen einen ausreichenden Abstand zum Zwischenboden haben, so dass dieser nicht isoliert ausgebildet werden muss.
-
In einer weiteren Ausgestaltung sind die jeweiligen Enden des Flachmaterials elektrisch mit Rohren verbunden, an die jeweils der feststehende elektrische Leiter und der drehbar gelagerte elektrische Leiter angeschlossen sind.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der drehbar gelagerte elektrische Leiter und der feststehende elektrische Leiter in einer Ebene angeordnet. Die Drehachse des drehbar gelagerten elektrischen Leiters kann im Wesentlichen senkrecht verlaufen zur Ebene des drehbar gelagerten elektrischen Leiters und des feststehenden elektrischen Leiters.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist der drehbar gelagerte Leiter als Teil einer Gondel einer Windenergieanlage ausgebildet und der feststehende Leiter als Teil eines Turms einer Windenergieanlage.
-
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben.
-
1 elektrische Kupplung zur Stromübertragung; und
-
2A, 2B, 2C elektrische Kupplung zur Stromübertragung in einer maximalen, neutralen und minimalen Stellung.
-
In 1 ist eine elektrische Kupplung 100 zur Stromübertragung dargestellt. Die elektrische Kupplung 100 ermöglicht die Stromübertragung zwischen einem feststehenden elektrischen Leiter 200 und einem drehbar um eine Drehachse gelagerten elektrischen Leiter 300. Zu Anschlusszwecken kann der feststehende elektrische Leiter 200 oder der drehbar gelagerte elektrische Leiter 300 mit mehreren Anschlusselementen entsprechend der 1 ausgebildet sein.
-
Der feststehende elektrische Leiter 200 und der drehbar gelagerte elektrische Leiter 300 sind durch elektrisch leitendes Flachmaterial 400 miteinander elektrisch verbunden.
-
Das elektrisch leitende Flachmaterial 400 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die erste Seitenlänge ist dabei wesentlich größer ausgebildet als die zweite Seitenlänge des rechteckigen Querschnitts des elektrisch leitenden Flachmaterials 400.
-
Das elektrisch leitende Flachmaterial 400 ist im Wesentlichen mit der ersten Seitenlänge parallel zur Drehachse des drehbar gelagerten elektrischen Leiters 300 angeordnet.
-
Das elektrisch leitende Flachmaterial 400 ist spiralförmig ausgebildet und die jeweiligen Enden des Flachmaterials 400 sind mit dem feststehenden elektrischen Leiter 200 und dem drehbar gelagerten elektrischen Leiter 300 elektrisch verbunden. Dadurch kann bei Drehung des drehbar gelagerten elektrischen Leiters 300 um seine Drehachse D das spiralförmige Flachmaterial 400 auf- beziehungsweise abgewickelt werden.
-
Das Flachmaterial 400 liegt auf einem elektrisch isolierten Zwischenboden 500 auf. Dadurch wird ermöglicht, dass mehrere elektrische Kupplungen 100 übereinander gestapelt werden können, beispielsweise für die unterschiedlichen Phasen eines Generators einer Windenergieanlage.
-
Das Flachmaterial 400 kann flexible Lagerpunkte aufweisen, die die Reibung zwischen dem Flachmaterial 400 und dem elektrisch isolierten Zwischenboden 500 verringern. Dies können beispielsweise Kugelrollen sein, so dass das elektrisch leitende Flachmaterial 400 auf dem elektrisch isolierten Zwischenboden 500 rollt.
-
Die jeweiligen Enden des elektrisch leitenden Flachmaterials 400 sind elektrisch mit Rohren 250, 350 verbunden. Das Rohr 250 ist beispielsweise elektrisch mit dem feststehenden elektrischen Leiter 200 verbunden, das Rohr 350 mit dem drehbar gelagerten elektrischen Leiter 300. Durch die Drehung der Rohre gegeneinander wird der drehbar um die Drehachse D gelagerte elektrische Leiter 300 bewegt.
-
Gemäß der 1 sind der drehbar gelagerte elektrische Leiter 300 und der feststehende elektrische Leiter 200 in einer Ebene angeordnet. Die Drehachse D des drehbar gelagerten elektrischen Leiters 300 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des drehbar gelagerten elektrischen Leiters 300 und des feststehenden elektrischen Leiters 200.
-
In den 2A, 2B, 2C ist die elektrische Kupplung 100 mit feststehendem elektrischen Kontakt 200 und drehbar gelagertem elektrischen Leiter 300 in einer maximalen, neutralen und minimalen Stellung dargestellt. In der 2A ist das elektrisch leitende Flachmaterial 400 mit maximalem Radius bezüglich des feststehenden elektrischen Leiters 200 dargestellt. Eine weitere Drehung des drehbar gelagerten elektrischen Leiters 300 beziehungsweise des Rohres 350 um die Drehachse D gegen den Uhrzeigersinn ist hier nicht möglich, zumindest nicht ohne die plastische Verformung des elektrisch leitenden Fachmaterials 400.
-
Zur Darstellung in der 2B gelangt man durch das Drehen des drehbar gelagerten elektrischen Leiters 300 beziehungsweise des Rohres 350 gemäß 2A im Uhrzeigersinn. In einer mittleren Stellung entsprechend der 2B sind die Drehungen der elektrischen Kupplung 100 in jedwede Richtung möglich.
-
Wird der drehbar gelagerte elektrische Leiter 300 beziehungsweise das Rohr 350 weiter in Uhrzeigerrichtung gedreht, so gelangt man zur Darstellung der 2C, die eine minimale Stellung zeigt. Ein weiteres Aufrollen des elektrisch leitenden Flachmaterials 400 ist nicht möglich und eine weiteres Drehen der elektrischen Kupplung 100 im Uhrzeigersinn dadurch ebenfalls nicht mehr.
-
Entsprechend den Darstellungen in den 1 beziehungsweise 2A, 2B, 2C können der feststehende elektrische Leiter 200 beziehungsweise der drehbar gelagerte elektrische Leiter 300 vertauscht werden. Ebenfalls ist es erfinderisch, beide elektrische Leiter 200, 300 zu drehen. Erfindungsgemäß ist die Relativbewegung eines elektrischen Leiters zu einem feststehenden elektrischen Leiter.
-
Durch die spiralförmige Anordnung des elektrisch leitenden Flachmaterials 400 kann ein sehr großer Verdrehwinkel realisiert werden. Speziell für Windenergieanlagen kommt es daher dazu, dass ein Zurückdrehen bei Erreichen eines minimalen beziehungsweise maximalen Drehwinkels seltener vorkommt im normalen Betrieb, und damit Betriebsstilllegungen zum Zurückdrehen der elektrischen Kupplung auf ein Minimum reduziert werden.
-
Durch die Verwendung des elektrisch leitenden Flachmaterials 400, welches flexibel ausgebildet ist, kann eine sehr kompakte Bauweise der elektrischen Kupplung 100 realisiert werden.
-
Aus den erfindungsgemäßen elektrischen Kupplungen 100 kann sehr einfach ein System mit mehreren verwendeten Kupplungen 100 gebaut werden. Durch die elektrische Isolation der Zwischenböden 500 können die elektrischen Kupplungen 100 gestapelt werden. Ebenfalls können elektrische Kupplungen 100 auch in Stapeln miteinander verbunden werden, wobei das elektrisch leitende Flachmaterial 400 jeder elektrischen Kupplung 100 sich voneinander unterscheidet. Beispielsweise können andere Querschnitte, Materialien oder Längen verwendet werden. Die Achsenlage des Systems ist frei im Raum wählbar, beispielsweise ist eine vertikale, horizontale oder diagonale Anordnung denkbar.
-
Die elektrische Kupplung 100 kann Teil einer Windenergieanlage sein, wobei der drehbar gelagerte Leiter 300 als Teil einer Gondel einer Windenergieanlage ausgebildet ist und der feststehende Leiter 200 als Teil eines Turms einer Windenergieanlage.
