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Flüssigkeitsgleitkontakt, der zur Aufnahme von Radialschwingungen
und axialen Verschiebungen geeignet ist Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsgleitkontakt,
der einen elektrischen Stromübergang zwischen einem stationären Körper einerseits
und einem rotierenden Körper andererseits möglich macht. Dieser Flüssigkeitsgleitkontakt
soll auch dann einsetzbar sein, wenn sich der rotierende Körper bezüglich seiner
Solldrehachse etwas exzentrisch dreht, und wenn er außerdem Axialverrückungen ausgesetzt
ist. Die Eigenschaften eines solchen Flüssigkeitsgleitkontaktes kommen dann besonders
günstig zur Geltung, wenn man ihn dazu verwendet, den Stromanschluß zwischen dem
Rotor eines Generators oder eines Motors und stationären Anschlußklemmen herzustellen,
da Rotoren elektrischer Maschinen häufig Radialschwingungen und axialen Verschiebungen
ausgesetzt sind.
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Um einen elektrischen Stromübergang zwischen rotierenden und stationären
Teilen zu ermöglichen, werden bekanntlich gerne Flüssigkeitsgleitkontakte verwendet,
die gegenüber anderen Kontaktarten wie beispielsweise gegenüber Schleifringen mit
Bürsten viele Vorzüge aufweisen. Beispielsweise ist ihr Kontaktwiderstand geringer.
Die Flüssigkeitsgleitkontakte, die im allgemeinen Quecksilber als leitende Flüssigkeit
verwenden, haben nun die Nachteile, daß das Quecksilber oder eine andere leitende
Flüssigkeit durch dichte Packungen mit enger Passung zusammengehalten sein muß,
die keine ausgeprägten Radial- und Axialbewegungen der rotierenden Teile relativ
zu dem stationären Teil zulassen. Ihre Verwendung ist daher begrenzt, und es ist
bisher umständlich gewesen, Flüssigkeitsgleitkontakte, beispielsweise bei Hochgeschwindigkeitsgeneratoren,
für die Stromüberleitung zwischen dein Rotor und einem stationären Anschluß wegen
der Schwierigkeit zu verwenden, mit Sicherheit eine ausgeprägte Exzentrizität und
die Möglichkeit einer axialen Verschiebung der Rotorwelle auszuschließen.
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Nun ist bereits ein Flüssigkeitsgleitkontakt vorgeschlagen worden,
bei dem die Kontaktflüssigkeit in einer ringförmigen Kammer enthalten ist. Die Kammer
rotiert zusammen, koaxial mit der Welle. Der stationäre Teil des Kontaktes ragt
durch eine ringförmige Öffnung in diese Kammer hinein, derart, daß er sich bis in
die Kontaktflüssigkeit erstreckt, die auf Grund der Zentrifugalkräfte an der Ininenseite
der Außenwandung der Kammer verteilt ist. Bei hohen Umdrehungszahlen der Welle arbeitet
dieser Flüssigkeitskontakt zufriedenstellend. Wenn die Welle jedoch beschleunigt
oder abgebremst wird, besteht die Gefahr, daß die Kontaktflüssigkeit aus der Kammer
herausspritzt. Daher kann durch die ringförmige Öffnung in der'Kammer Kontaktflüssigkeit
entweichen und verlorengehen. Die Erfindung beinhaltet daher einen Flüssigkeitsgleitkontakt,
bei dem der Verlust von Kontaktflüssigkeit durch die ringförmige Öffnung hindurch
möglichst klein gehalten ist.
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Ein solcher Flüssigkeitsgleitkontakt ist nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der stationäre Kontaktteil innerhalb der Kammer mit ringförmigen
Ansätzen versehen ist, die im Zusammenwirken mit entsprechenden Ansätzen am umlaufenden
Teil die Eingangsöffnung der Kammer nach Art einer Labyrinthdichtung überlappen.
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Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln und ihre Wirkungsweise
zu erklären, soll nun auf die Zeichnungen Bezug genommen werden.. Es zeigt F i g.
1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung gemäß der Erfindung, teilweise im
Schnitt, F i g. 2 und 3 Axialschnitte in verschieden zueinander geneigten Ebenen
einer anderen Ausführungsform gemäß, der Endung.
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Beide Vorrichtungen können zwischen den Rotorwindungen eines elektrischen
Generators und einer stationärere Anschlußklenime verwendet werden.
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Wie in F i g.1 zu sehen ist, ist ein ringförrniger Körper 1 koaxial
auf einer Welle 2 montiert und von für durch eine dazwischenliegende Isolation 3
elektrisch getrennt. Dieser Körper 1 ist über ein Verbindungsstück 4a und einen
Leiter 4b mit dem Inneren
zweier koaxialer Leiter 5 und 6 verbunden,
die axial durch die Welle 2 hindurchgehen und mit entgegengesetzten Enden einer
Rotorwindung (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Leiter 5 und 6 sind voneinander
und von der Welle 2 durch eine Isolation 7 elektrisch getrennt. Der ringförmige
Körper 1, der hohl ist, begrenzt eine ringförmige Kammer 8 mit einem etwa rechteckigen
Querschnitt. Die Kammer 8 hat an der einen Wandung 10 eine ringförmige Eintrittsöffnung
9, durch die hindurch ein Teil 12 eines ringförmigen stationären Teiles 11 in die
Kammer 8 hineinragt. Der Querschnitt des Teils 12 ist etwa kreuzförmig ausgebildet,
wobei die Kreuzteile 23 das Innere der Wandung 10 auf entgegengesetzten Seiten
der Eintrittsöffnung 9 überlappen. Um den Aufbau zu erleichtern, kann der Körper
1 mit Vorzug aus zwei ringförmigen Teilen la und 1b bestehen, die aneinander befestigt
sind, wie beispielsweise mit Schrauben 13 und Muttern. 14.
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Auf der Innenseite einer äußeren ringförmigen Wandung 15 der Kammer
8 ist längs des Umfanges eine Nut 16 eingelassen, die, sofern der ringförmige Körper
1 aus den beiden Teilen 1 a und 1 b besteht, mit Vorteil durch das entsprechende
Zusammenwirken von Absätzen 17 und 18 gebildet werden kann. Der Teil
12 des ringförmigen Körpers 11 ist beispielsweise über Schrauben 20 an einem
ringförmigen stationären Gehäuseteil 19 befestigt, über den der Stromanschluß erfolgt,
und erstreckt sich durch die Eintrittsöffnung 9 mit ausreichendem Abstand
in die Kammer 8 hinein, um die zu berücksichtigende Axialbewegung des ringförmigen
Körpers 1 zu ermöglichen. Innerhalb der Kammer ragt der Teil 12
mit seinem
Ende in die Umfangsnut 16 hinein, deren Tiefe und Breite die angestrebte radiale
und axiale Bewegung des Körpers 1 ermöglicht. Sich axial erstreckende ringförmige
Kreuzteile 23 des kreuzförmigen Teiles 12 des Körpers 11 enden kurz vor den Außenwandungen
der Kammer 8 mit einem Zwischenraum, ausreichend, die Axiälbewegung des Körpers
1 zu erlauben. Die Teile 23 tragen überlaufkanten 24, die von der überlappten
Wandung 10 der Kammer 8 weggerichtet sind. In Betrieb enthält die
Kammer 8 eine bestimmte Menge leitender Flüssigkeit, wie Quecksilber, das,
wenn der Körper 1 ruht, die Kammer 8 bis in Höhe einer gebrochenen Linie 25 ausfüllt.
Das Quecksilber kann aus einem äußeren Behälter (nicht gezeigt) durch eine Röhre
26 eingefüllt werden, die durch den Körper 11 in einer Ebene hindurchgeht, die genau
horizontal durch die Drehachse läuft. Die Röhre 26 führt zu einer schmalen Umfangsnut
27, die um das innere Ende des Teils 12 herumläuft. Durch eine Röhre ähnlich
der Röhre 26, die ebenfalls mit der schmalen Umfangsnut 27 in Verbindung steht,
aber auf der genau entgegengesetzten Seite endet, kann man Quecksilber in das Vorratsgefäß
zurückfließen lassen. Die ganze Anordnung kann mit einer Schließhaube (nicht gezeigt)
abgedeckt werden, deren Inneres bei Bedarf belüftet werden kann, um Quecksilberdampf
zu entfernen, der aus der Kammer 8 entweichen könnte.
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Wenn die Welle 2 und der Körper 1 mit hoher Umfangsgeschwindigkeit
rotieren, wird das Quecksilber auf Grund der Zentrifugalkraft gezwungen, in der
Umfangsnut 16 einen schmalen rotierenden Ring zu bilden, so, daß der Teil 12 mit
seiner Oberfläche in das Quecksilber eintaucht. Der Kreuzteil 23 wirkt kurzen Periode
zu vermeiden, währendder der Körkurzen Periode zu vermeiden, während der der Körper
1 von Ruhe auf volle Geschwindigkeit beschleunigt wird. Einiges Quecksilber
fällt natürlich zwischen den überlaufkanten 24 und der benachbarten Endwandung 8
hindurch, das man entfernen möchte. Zu diesem Zweck sind auf der äußeren Oberfläche
28 der Wandung 10 eine Vielzahl von Umfangsnuten 29 vorgesehen, in denen alles Quecksilber
gesammelt wird, das zwischen der Wandung 10 und der benachbarten Oberfläche des
stationären Körpers 11 hindurchfällt. Diese Nuten 29 stehen mit Kanälen 30 in Verbindung,
die axial durch die Wandung 10 hindurchgehen und über eine Umfangsnut 31 in der
inneren Oberfläche der Wandung 10 wiederum mit der Kammer 8 in Verbindung stehen.
So wird Quecksilber, das sich in den Nuten 29 sammelt, durch die Zentrifugalkraft
gezwungen, in die Kanäle einzufließen. Von dort fließt es durch die Nut
31 hinter den Überlaufkanten 24 in die Kammer 8 hinein. Die Rotation ruft
eine Druckdifferenz zwischen dem Quecksilber in den beiden Röhren 26 hervor. Diese
Druckdifferenz bewirkt eine selbständige Quecksilberzirkulation durch den Behälter
und kann in Verbindung mit einem überlaufsystem dazu verwendet werden; Oxyde oder
Verunreinigungen aus dem Quecksilber zu entfernen.
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In der Praxis wird man eine weitere Anordnung von ringförmigen Körpern
1 und 11 vorsehen, um eine Verbindung zwischen dem äußeren Leiter 6 und einer weiteren
stationären Anschlußklemme herzustellen (nicht gezeigt). Diese Vorrichtung würde
ihren Platz auf einem Teil der Welle 2 neben der gezeigten Anordnung haben. Sie
braucht nicht auf dem äußersten Ende der Welle 2 zu sitzen, die für andere Zwecke
frei gelassen werden kann.
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Wenn die Welle 2 und der Körper 1 mit hoher Umfangsgeschwindigkeit
rotieren, kann eine beträchtliche Wärmemenge an der Oberfläche der Teile 12 und
17 erzeugt werden und es muß erforderlichenfalls eine Wasserkühlung vorgesehen werden,
die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Zu diesem Zweck lassen
sich kreisförmig um die Oberfläche des Teils 12 herum Kühlkanäle 32 anbringen. Zu
diesen Kühlkanälen 32 wird das Wasser über einen Kanal 33 geleitet, der radial durch
den Teil 12 führt und mit einer weiteren Leitung 34 in Verbindung steht, die axial
durch den Teil 11 hindurchgeht, und von einem Isolierschlauch 35 versorgt wird.
Anschließend kann das Wasser durch ähnliche Röhren 33 und 34 in einer zueinander
unterschiedlichen Winkelstellung abfließen.
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Die F i g. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, in der
Maßnahmen getroffen sind, die rotierenden Teile mit Wasser oder einem anderen Kühlmittel
zu kühlen. Diese Maßnahmen zur Kühlung sind ebenfalls nicht Gegenstand der Erfindung,
so daß sie nur ganz kurz beschrieben zu werden brauchen. In dieser Ausführungsform
besteht der Flüssigkeitsgleitkontakt aus den Teilen 1, 9 bis 12 und 23, die mit
den entsprechend bezifferten Teilen aus F i g. 1 übereinstimmen. Der elektrische
Anschluß zum Bauteil 1 wird nun jedoch nicht mehr durch einen konzentrischen Leiter
hergestellt, der durch die Welle 2 verläuft. Viehmehr bleibt hier die Welle 2 hohl.
Der elektrische Anschluß des Bauteils 1 erfolgt über einen exzentrisch angeordneten
hohlen Leiter 41, der parallel zur Welle verläuft. Das Kühlmittel strömt in Richtung
der Pfeile. Unter
anderem kann man sehen, daß das Kühlmittel in
Leitungen 42 eintritt, die um den Umfang herumlaufen, so daß das Kühlmittel mit
dem Bauteil 1 in Berührung steht-und diesen Bauteil dadurch kühlt.