DE1246102B - Fluessigkeitsgleitkontakt fuer eine Unipolarmaschine - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsgleitkontakt . für eine Unipolarmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsgleitkontakt für eine Unipolärmaschine, bei dem der Stroinlibergang zwischen einem mit dem Läufer leitend verbundenen und mit diesem umlaufenden ringförmigen Kontakt und einem stationären Kontakt, der aus einer mit dem Ständer fest verbundenen ringförmigen Kammer besteht, in die der umlaufende Kontakt hineinragt, über eine unter dem Einfluß, der Zentrifugalkraft an der inneren Außenwand der Kammer verteilte metallische Kontaktflüssigkeit erfolgt und bei dem die metallische Kontaktflüssigkeit während des Betriebs der Maschine ständig durch die Kammer strömt.
• Bei derartigen Maschinen besteht das Problem, daß bei großen Stromstärken infolge der sehr starken magnetischen Felder das flüssige Metall in axialer Richtung verdrängt wird, so daß der übergangswiderstand vergrößert wird. Diese Erscheinung fällt insbesondere bei solchen Maschinen ins Gewicht, bei denen die Einwirkung der Magnetfelder die von der Zentrifugalkraft hervorgerufenem Bewegung des flüssigen Metalls unterstützt.
• Bei einer bekannten Maschine der eingangs angegebenen Art wird das flüssige Leitermetall an der radial am weitesten innen liegenden Stelle in den Spalt zwischen dem Läufervorsprung und der Ständer--# ausnehmung eingeführte und es tritt an der radial am weitesten außen liegenden, Stelle dieses Spalts wieder aus. Irgendwelche 1-Imlenkeinrichtungen sind auf diesem Wege nicht vorgesehen und auch nicht erforderlich, weil das Leitermetall stets der Zentrifugalkraft folgt. Andrerseits ist es schwierig, mit dieser Anordnung einen guten Kontakt aufrechtzuerhalten, weil das Leitermetall ständig vom Läufervorsprung weg gegen die Wände der Ständerausnehmung geschleudert wird. Eine an jedem Kollektor nur an, der Unterseite vorgesehene Hinterschneidung bildet dabei einen Abschluß des Stroraübertragungsspalts nach unten, etwa nach Art einer Labyrinth-Dichtung.
• Bei anderen bekannten Maschinen bilden kammartig ineinandergreifende T eile, die sich um den. ganzenUmfang erstrecken, Labyrinth-Dichtungen, welche ein Austreten, des Leiterinetalls aus der Stroraübertragungskammer unter dem Einfluß. großer Magnetstärken verhindern sollen. Eine positive Förderung der bereits verdrängten Kontaktflüssigkeit zurück zu den Kontakten findet dabei aber, nicht statt.
• Schließlich ist eine Maschine bekannt, bei welcher der Läufer mit schraubenförmigefi Nuten versehen ist, die die Kontaktflüssigkeit von beiden. Seiten, axial zudem Läuferkollektor hin.fördern. Diese schraubenförmigen Nuten können aber auf Kontaktflüssigkeit, welche durch Zentrifugalkräfte von der Ankerfläche abgehoben worden und unter der Einwirkung der magnetischen Kräfte in axialer Richtung in den Luftspalt der Maschine getrieben worden ist, keine Wirkung ausüben, außer wenn sich die Flüssigkeit in Berührung, mit der Ständerfläche befindet. Ferner suchen die vom Läufer erzeugten Zentrifugalkräfte die Kontaktflüssigkeit aus den schraubenförmigen Nuten herauszutreiben, wodurch deren Wirkung zu- nichte gemacht wird und die Möglichkeit geschaffen wird, daß die magnetischen Kräfte das flüssige Metall auf unerwünschten Wegen fördern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsgleitkontakt der eingangs angegebenen Axt so auszubilden, daß die Kontaktflüssigkeit unabhängig von den im Betrich auftretenden Zentrifugalkräften und magnetischen. Kräften stets unter beträchtlichem Druck in Berührung mit dem umlaufenden Kontakt gehalten und dadurch ein niedriger übergangswiderstand zwischen dem umlaufenden Kontakt und dem stationären. Kontakt gewährleistet wird, wobei gleichzeitig die axiale Verdrängung von-Koniaktflüssigkeit aus der Kammer weitgehend verhindert wird. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Kammer auf beiden Seiten des umlaufenden Kontakts in Richtung zu diesem vorspringende offene Umlenkringe bildet, die konkav nach innen gewölbt sind.
• Die erfindungsgemäße Ausbildung des Flüssigkeitsgleitkontakts ergibt die Wirkung, daß die von dem umlaufenden ringförmigen Kontakt fliehende Kontaktflüssigkeit immer wieder gegen den vorspriingenden umlaufenden Kontakt zurückgeworfen wird, so daß sie unter beträchtlichem Druck auf diesen auftrifft. Je größer die Stromstärke und damit die auf die Kontaktflüssigkeit einwirkenden'magnetischen Kräfte oder auch die Zentrifugalkräfte werden, um so größex. wird die kinetische Energie der umgelenkten Kontaktflüssigkeit, so daß sie mit entsprechend größerem Druck wieder auf den umlaufenden Kontakt auftrifft.
• Durch die angegeben6 Ausbildung des Flüssigkeitskontakts wird auch die Verdrängung -von K6nfaktflüssigkeit aus der Kammer weitgehend verringert, da die zurückgeführte -Kontaktflüssigkeit sofort wieder von dem umlaufenden Kontakt nach außen in die Kammer geschleudert wird.
• Die geringen Sickerverhiste können noch dadurch weiter herabgesetzt werden, daß gemäß,einer vorteilhaften Weiterbildung de# Erfindungsgeg#iistande§ zu beiden Seiten des umlaufenden Kontakts mit - der Außenwand der Kammer in Verbindung stehende ringf8i#aige kippen* init entsprechenden am Läufer angeordneten Rippen nach Art einer Labyrinth-Dichtung ineinandefgreifen. i Die Wirkung dieser Labyrinth-Dichtungen läßt sich in an sich bekannterWeise noch durch Einführung von Druckgas durch die von den Rippen gebildete Labyrinth-Dichtung in die Kammer verbessern. , Eine vorteilhafte. Ausgestaltung des Erfindgiigsgegenstands besteht darin, daß sowohl der als Kammer ausgebildete stationäre Kontakt als auch der umlaufende Kontakt mit je einer Schicht gut leitenden Materials leitend verbunden sind, die jeweils die Äußehfläch# des Läufers- bzw. die Innenfläche des Ständers der Unipolärmaschine in Form..eines leiten..-den Zylinders bedeckt, und daß die Stromanschlußklemmen mit der leitenden Schicht an der Innenfläche des Ständers verbunden- sind.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist -in der Zeichnung dargestellt, -die einen Axialschnitt -durch einen nach der Erfindung ausgebildeten Flüssigkeits-. gleitkontakt zeigt.
• Die Zeichnung zeigt im Schnitt einen Teil des Ständers 12 und des Läufers 14 einer Unipolarmaschine. Der Ständerkern 45 un& der Läuferkern 57, 58 sind durch einen Luftspalt 52 voneinander getrennt. Im Ständerkem 45 ist eine Ausnehmung angebracht, welche eine ringförmige Erregerspule 44 1 fnimmt. Diese Spulen ist unter Einfügung einer Isolierung 47 in einem Rahmen 46 angebracht, der unter Einfügung einer das Austreten -von Gas verhindernd. den Dichtung 48 im Ständerkern 45 befestigt wird. Kühlrippen 49 erleichtern die Wärmeabfuhr von -.der Spule beim Betrieb der Maschine.
• . Inneihalb der Spule 44 ist der Flüssigkeitsgleitkontakt 86 der Maschine angeordnet. Dieser besteht aus einem am Ständer befestigten stationären Kontakt ä8 und einem am Läufer befestigten umlaufenden-Kontakt 50. Zwischen diesen beiden Kontakten besteht rings um den ganzen Umfang der Maschine ein Zwischenraum, der, wie später noch genauer erläutert wird, zum.Teil mit einer die Stromübertragung bewirkenden Kontaktflüssigkeit gefüllt ist.
• Der Läuferkern 58 besteht aus einem massiven Magnetstahlkern, der auf , der Umfangsfläche mit einein: Kupferzylindür 51 bedeckt ist. Dieser Kupferzyljüder, dient- dazu,' den Strom zu dem umlaufenden Kontakt 50 zu leiten. Der Kupferzylinder 51 endet in einer Ausnehmung des Läuferkerns 58, in die ein Stromsammelring 54 eingesetzt ist. Dieser Stromsammehing 54 ist mittels Zentrierstiften 55 in der Ausnehmung des Läuferkerns 58 zentriert und wird durch Schraubenbolzen 56 fest gegen den Kupferzylinder 51 gepreßt, so daß zwischen diesen Teilen ,ein- guter. elektrischer--Kontakt. besteht. An der Umfangsfläche ist der Stromsammehing 54 mit einem radialen Vorsprung von -etwa rechteckigem Quer- 84 im Abstand von der Kupferscheibe 78 befe - stigt; An der - Kupferscheibe 82 ist- der_ stationäre' Kontakt 88 befestigt,- der du ' rch, -einen den übergangswiderstand verringernden Kupferzylinder 93 verstärkt isti Der stationäre Kontakt 88 ist ein ringförmiger Teil von etwa U-förmigem Querschnitt, der an dem Stäe - - der so befestigt ist, daß er den umlaufenden Kontakt 50 auf drei Seiten umschließt. Der den äußeren Teil des umlaufenden Kontakts 50 umgebende Abschnitt der Ausnehmung des stationären Kontakts 88 bildet die eigentliche Stroinübertragungskammer 90. Deren Seitenwände -divergieren von dem zyl#dris'chen Mittelteil axial nach außen und gehen dann in nach innen gerichtete Umlenkringe 92 überi welche den ' Seitenflächen des umlaufenden Kontakts 50 oberhalb der Schultern 62 in geringem Abstand gegenüberliegen. Der sich anschließende ' Teil der Ausnehmung des stationären Kontakts 98 ist wesentlich breiter, und bildet dadurch auf jeder Seite des umlaufenden Kontakts 50 einen ringförmigen Xanal 109, der nach innen durch einen zum umlaufenlen Kontakt 50 hin vorspringenden Teil -abgegrenzt ist. An diesem vorspringenden Teil sind Rippen-66 angeformt, die ztrsammen mit den Rippen 64 der Edelstahlverkleidung 53 auf jeder Seite des umlaufenden Kontakts 50 -eine Labyrinth-Dichtung bilden.
• In der der Kupferscheibe 82 abgewendeten- Stimseite des stationären Kontakts 88 ist eine rin förmi e 9 - - 9- -Sammelnut 104 angebracht, die durch einen mittels Schrauben befestigteii Deckring 106 verschlossen ist. Diese ringförmige- Sammelnut 104 -ist durch mehrere um den, Umfang verteilte Bohrungen mit der Stromübertragungsk2mrn er g#O- verbunden.
• Beim Betrieb der Maschine wird durch nicht dargestellte Fördereinrichtungen und Leitungen eine Kontaktflüssigkeit in die Kammer 90 gefördert. Die' Kontaktflüssigkeit ist ein flüssiges Metall, vorzugsweise eine Natrium-Kalium-Legierung, oder auch Gallium, Quecksilber, Zink, Blei, Wismut od. dgl., das eine große elektrische Leitfähigkeit und eine niedrige Viskosität besitzt und die Kontakte der Maschine gut beffetzt. Die Kontaktflüssigkeit wird an der Ober- und Unterseite der Maschine unter Druck in die Kammer 90 eingeführt und bei der Drehung des Läufers rings um den Umfang der Kammer mitgenommen. Dadurch entsteht ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem umlaufenden Kontakt 50 und dem stationären Kontakt 88 für die Stroraübertragung vom Läufer zum Ständer.
• Die beim Betrieb der Maschine entstehenden Zentrifugal- und Magnetkräfte suchen die Kontaktflüssigkeit in axialer Richtung in der Kammer 90 zu verdrängen, wodurch der auf die Kontaktflüssigkeit wirkende Druck vermindert würde und leere Gebiete in der Kontaktflüssigkeit entstünden, welche den Übergangswiderstand vergrößern würden. Die verdrängte Kontaktflüssigkeit wandert aber zu den Umlenkringen 92 hin, wo sie wieder in Richtung auf den umlaufenden Kontakt 50 hin umgelenkt und gegen dessen Seitenflächen geleitet wird. Sie, wird dann von dem umlaufenden Kontakt 50 mitgenommen und nach außen geschleudert, wodurch sie wieder unter Druck in den äußeren Teil der Strom:übertragungskammer 90 gelangt. Dadurch wird an allen Stellen der StroruÜbertragungskammer 90 eine innige Verbindung zwischen den Kontakten 50 und 88 und der Kontaktflüssigkeit unter Druck aufrechterhalten. Gleichzeitig wird ein Austreten von Kontaktflüssigkeit aus der Stroraübertragungskammer 90 heraus durch die Umlenkringe 92 weitgehend verhindert.
• Ein bestimmter Teil der in der Kammer 90 befindlichen Kontaktflüssigkeit gelangt Über die vorhandenen Bohrungen in die Sammelnut 104, von wo die Kontaktflüssigkeit über nicht dargestellte Anschlüsse und Leitungen zu dem Tank zurückgeführt wird. Die Bohrungen sind so bemessen, daß unter Berücksichtigung der in die Kammer geförderten Kontaktflüssigkeit stets der erforderliche Druck aufrechterhalten wird.
• Die zwischen den Umlenkringen 92 und dem umlaufenden Kontakt 50 aus der Kammer 90 aussikkernde Kontaktflüssigkeit wird -von den ringförmigen Kanälen 109 aufgefangen. Diese sind- am tiefsten Punkt jeweils mit einer Auslaßöffnung versehen, aus der die ausgesickerte Kontaktflüssigkeit abgeführt wird. In Verbindung mit den sich an diese Kanäle anschließenden Labyrinth-Dichtungen 64, 65 wird dadurch praktisch jedes Austreten von Kontaktflüssigkeit in den Luftspalt 52 der Maschine verhindert.
• In an sich bekannter Weise wird durch nicht dargestellte Einrichtungen ein Gas, beispielsweise Stickstoff, unter verhältnismäßig hohem Druck in den Luftspalt und die Ausnehmungen der Maschine eingeführt. Dieses Gas ist in erster Linie zur Kühlung der Maschine bestimmt. Es tritt, -wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, von rechts her in den Luftspalt der Maschine ein und strömt dann zum Teil durch die rechte Labyrinth-Dichtung und zum Teil nach oben in den Raum. unterhalb der Spule 44. Der nach oben strömende Teil des Gases geht. zwischen den Kupfern scheiben 78 und 82 hindurch wieder nach unten und dringt dann zum Teil in den tüftspalt 52, zum Teil in die linke Labyrinth-Dichtung 64, 66. Der in die Labyriäth-Dichtungen eintretende Anteil dieses Gases trägt dazu bei, etwa aussickernde Kontaktflüssigkeit zu den Kanälen 109 bzw. in die K2rnmer 90 zurückzutreiben. Dadurch wird die Abdichtung der Maschine noch weiter verbessert.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Flüssigkeitsgleitkontakt für eine Unipolarmaschine, bei dem der Stroraübergang zwischen einem mit dem Läufer leitend verbundenen und mit diesem umlaufenden ringförmigen Kontakt und einem stationären Kontakt der aus einer mit dem Ständer fest verbundenen ringförmigen Kammer besteht, in die der umlaufende Kontakt hineinragt, über eine unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft an der inneren Außenwand der Kammer verteilte metallische Kontaktflüssigkeit erfolgt und bei dem die metallische Kontakt-. flüssigkeit während des Betriebes der Maschine ständig durch die Kammer strömt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Kammer (90) auf beiden Seiten des umlaufenden Kontaktes (50) in Richtung zu diesem vorspringende offene Umlenkringe (92) bildet, die konkav nach innen ge- wölbt sind.
2. 2. Flüssigkeitsgleitkontakt gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Kontakt (50) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Seitenflächen jeweils einem der Umlenkringe (92) gegenüberliegen. 3. Flüssigkeitsgleitkontakt nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Umlenkringe (92) anschließenden Seitenwände der Kammer (90) zu diesen hin divergieren. 4. Flüssigkeitsgleitkontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des umlaufenden Kontaktes (50) mit der Außenwand der Kammer (90) in Verbindung stehende ringförmige Rippen (66) mit entsprechenden am Läufer angeordneten Rippen (64) nach Art einer Labyrinth-Dichtung ineinandergreifen. 5. Flüssigkeitsgleitkontakt gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (90) zwischen jedem Umlenkring (92) und den auf der gleichen Seite bezüglich des umlaufenden Kontaktes (50) an der Außenwand.der Kammer angeordneten ringförmigen Rippen (66) einen ringförmigen Kanal (109) enthält, aus der die Ab- leitung der Kontaktflüssigkeit erfolgt. 6. Flüssigkeitsgleitkontakt gemäß Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Einführung von Druckgas durch die von den Rippen (64, 66) gebildete Labyrinth-Dichtung in die Kammer (90). 7. Flüssigkeitsgleitkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der als Kammer (90) ausgebildete stationäre Kontakt als auch der umlaufende Kontakt(50) mit je einer Schicht gut leitenden Materials (51, 74) leitend verbunden sind, die jeweils die Außenfläche des Läufers (58) bzw. die Innenfläche des Ständers (45) der Unis polarmaschine in Form eines leitenden Zylinders bedeckt, und daß die Stromanschlußklemmen (76) mit der leitenden Schicht (74) an der Innenfläche des Ständers (45) verbunden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 671142; britische Patentschriften Nr. 728 445, 787 519; USA.-Patentschrift Nr. 2 832 909.