DE1269236B

DE1269236B - Coupling used for torque and current transmission

Info

Publication number: DE1269236B
Application number: DE19661269236
Authority: DE
Inventors: Georg Frankenhauser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1966-04-05
Publication date: 1968-05-30

Description

Zur Drehmoment- und Stromübertragung dienende Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Drehmoment- und Stromübertragung dienende Kupplung, insbesondere für elektrische Maschinenaggregate, bei der innerhalb der Kupplung ein oder mehrere aus Kontaktbuchsen und Kontaktbolzen bestehende Steckkontakte angeordnet sind, die an elektrische Leiter angeschlossen sind. Derartige Kupplungen finden beispielsweise bei elektrischen Maschinenaggregaten Anwendung, wenn aus Gründen der Herstellung und der Prüfung die Teile des Maschinenaggregates gesondert hergestellt sind und größere Ströme von dem einen Teil, beispielsweise einer Wechselstromerregermaschine mit rotierendem Gleichrichteraggregat, auf den anderen Maschinenteil in Form des Läufers eines Synchrongenerators übertragen werden.Coupling used for torque and current transmission. The invention relates to a clutch used for torque and power transmission, in particular for electrical machine units, with one or more within the coupling from contact sockets and contact pins existing plug contacts are arranged, the are connected to electrical conductors. Such couplings can be found, for example in electrical machine assemblies, if for reasons of manufacture and the test, the parts of the machine unit are manufactured separately and larger currents from one part, for example an AC exciter with rotating rectifier aggregate, on the other machine part in the form of the Rotor of a synchronous generator are transmitted.

Wählt man eine Anordnung, bei welcher die gekuppelten Leitungen an der Außenfläche der Wellen der Kupplungshälften in Nuten geführt sind, so ist dies fertigungsmäßig verhältnismäßig ungünstig und führt zu relativ großen Kupplungsabmessungen. Im besonderen fällt ins Gewicht, daß die hohen Umfangsgeschwindigkeiten besondere Maßnahmen, wie die Anwendung von Haltekeilen oder Halterungen zur Aufnahme der Fliehkräfte erforderlich machen.If you choose an arrangement in which the coupled lines are connected the outer surface of the shafts of the coupling halves are guided in grooves, this is the case Relatively unfavorable in terms of production and leads to relatively large coupling dimensions. In particular, it is important that the high peripheral speeds are special Measures such as the use of retaining wedges or brackets to absorb the centrifugal forces make necessary.

Eine andere Möglichkeit der Stromübertragung besteht darin, innerhalb der Kupplung ein Steckkontaktsystem vorzusehen, dessen Teile, d. h. Stecker sowohl wie Steckdosen, mit der bzw. den in der Welle angeordneten Leitungen verbunden sind. Indessen ist auch die Anwendbarkeit derartiger Kupplungssysteme im Hinblick auf die zu übertragenden großen Ströme, die mehrere Tausend Ampere (etwa 3000 bis 5000 Amp.) betragen können, stark begrenzt. Hierbei spielen vor allem die infolge der Erwärmung auftretenden Formänderungen unter Umständen eine wesentliche Rolle.Another way of transmitting electricity is within the coupling to provide a plug contact system whose parts, d. H. Connector both such as sockets, are connected to the line or lines arranged in the shaft. However, the applicability of such coupling systems is also in view of the large currents to be transmitted, which are several thousand amperes (about 3000 to 5000 Amp.) Are very limited. Especially those who play as a result of the Changes in shape that occur during heating may play an important role.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Drehmoment- und Stromübertragung dienende Kupplung der letzterwähnten Art zu schaffen, die bei Erzielung kleinster Kupplungsabmessungen die Übertragung sehr großer Ströme unter Vermeidung des störenden Einflusses von Wärmedehnungen gestattet. Gegenstand der Erfindung ist eine zur Drehmoment- und Stromübertragung dienende Kupplung, insbesondere für elektrische Maschinenaggregate, bei der innerhalb der Kupplung ein oder mehrere aus Kontaktbuchsen und Kontaktbolzen bestehende Steckkontakte angeordnet sind, die an elektrische Leiter angeschlossen sind, bei der die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, daß die Kontaktbolzen der Steckkontakte mit Kühlmittelkanälen versehen sind.The invention has for its object to provide a torque and To create power transmission serving clutch of the last-mentioned type, when achieving The smallest coupling dimensions avoid the transmission of very large currents the disruptive influence of thermal expansion. Subject of the invention is a clutch used for torque and power transmission, especially for electrical machine units, in which one or more within the coupling from contact sockets and contact pins existing plug contacts are arranged, the are connected to electrical conductors, in which the object according to the invention is achieved in that the contact pins of the plug contacts with coolant channels are provided.

Vorzugsweise kann hierbei die Anordnung derart getroffen werden, daß diese Kühlmittelkanäle in Reihenschaltung zwischen den der Kühlmittelzugegebenenfalls Kühlmittelableitung dienenden Kühlmittelführungskanälen im Bereiche der Wellenteile selbst angeordnet sind.In this case, the arrangement can preferably be made such that these coolant channels in series connection between those of the coolant if necessary Coolant drainage serving coolant ducts in the area of the shaft parts are arranged themselves.

Mit Rücksicht auf die großen Ströme können je Pol oder Phase mehrere parallele Steckkontakte vorhanden sein, die verteilt in mit den Leitungen verbundenen Kontaktkörpern angeordnet sind, welche in Aussparungen der an den Wellenteilen befindlichen Kupplungsflansche liegen.In view of the large currents, several parallel plug contacts may be present, which are distributed in connected to the lines Contact bodies are arranged, which are located in recesses on the shaft parts Coupling flanges lie.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich hierbei die Kühlmittelführung in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß innerhalb der in den Wellenteilen in einer Bohrung liegenden kreissegmentförmigen Leiter in letzteren durch Einarbeiten von Nuten axiale Kühlmittelzuführungskanäle hergestellt sind.According to the further embodiment of the invention, this can be Realize coolant flow in a simple manner that within the in the shaft parts lying in a hole circular segment-shaped conductor in the latter axial coolant supply channels are produced by machining grooves.

Das durch die Kupplung geführte Kühlmittel kann in einem von der Maschine unabhängigen (äußeren) Kühlkreis verlaufen, derart, daß das Kühlmittel durch die Welle den einen innerhalb der Wellenbohrungen liegenden Kühlkanälen zuleitbar ist und nach dem Durchströmen der Kontaktbolzen in gleicher Weise aus den anderen Kühlkanälen wieder ableitbar ist. Eine in gewisser Beziehung günstigere Anordnung ergibt sich, wenn das Kühlmittel in einem Parallelkreis aus dem Generatorkühlkreis entnommen und nach dem Durchströmen der Kupplung dem Generatorkühlkreis wieder zuführbar ist, d. h. unter Benutzung eines zentralen Kühlmittelkanals im Inneren der Welle und der Kupplungsflansche umgewälzt wird. Sind - wie dies in der Regel bei Gleichstromerregeranordnungen der Fall ist - zwei halbkreisförmige Leiterquerschnitte für die Zu- und Rückleitung des Stromes in den gekuppelten Wellen vorhanden, so läßt es sich durch entsprechende Profilgestaltung der in der Welle angeordneten Leiter ohne Schwierigkeiten erreichen, daß im Inneren des Leiters ein genügend großer Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel vorhanden ist, für dessen Führung in der anderen Richtung im übrigen die erwähnten, an dem äußeren Umfang der Leiter angeordneten Kanäle dienen.The coolant passed through the clutch can be in one of the machine run independent (outer) cooling circuit, such that the coolant through the Shaft can be fed to the one lying within the shaft bores cooling channels and after flowing through the contact bolts in the same way from the other cooling channels can be derived again. A more favorable arrangement results in a certain respect, when the coolant is taken from the generator cooling circuit in a parallel circuit and can be fed back to the generator cooling circuit after flowing through the coupling, d. H. using a central coolant channel inside the shaft and the coupling flange is circulated. Are - as is usually the case with DC exciter arrangements the case is - two semicircular Conductor cross-sections for the Supply and return of the current in the coupled shafts are present, so it leaves due to the corresponding profile design of the conductors arranged in the shaft without Difficulties achieve that a sufficiently large flow cross-section inside the conductor for the coolant is available, for its guidance in the other direction in the rest of the above-mentioned channels arranged on the outer circumference of the conductors are used.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnung erläutert werden.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing will.

F i g. 1 gibt, teilweise im Längsschnitt, eine erfindungsgemäße Kupplung zur Drehmoment- und Stromübertragung wieder, wobei zur Vereinfachung nur eine Hälfte des Kupplungssystems oberhalb der Mittelachse gezeigt ist; F i g. 2 läßt in einem Querschnitt nach der Schnittlinie 11-1I aus F i g. 1 die Leiteranordnung und -ausbildung in den beiden Wellenteilen erkennen; F i g. 3 stellt prinzipiell die Anordnung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung bei einem Turbogenerator mit Entnahme des Kühlmittels für die Kupplungskühlung aus dem Kühlsystem des Generators dar.F i g. 1 gives, partly in longitudinal section, a coupling according to the invention for torque and power transmission again, with only one half for the sake of simplicity of the coupling system is shown above the central axis; F i g. 2 leaves in one Cross section along the section line 11-1I from FIG. 1 the conductor arrangement and training recognize in the two shaft parts; F i g. 3 basically represents the arrangement of a clutch designed according to the invention in a turbo generator with removal of the Coolant for clutch cooling from the generator's cooling system.

In F i g. 1 bedeuten 1 und 2 die beiden zu kuppelnden Wellenteile, beispielsweise einer Generatorwelle bzw. der Welle eines Wechselstromaggregates mit rotierendem Gleichrichter. Die beiden Wellen sind - wie der Querschnitt der F i g. 2 erkennen läßt - mit einer zentralen Bohrung 3 versehen. In dieser Bohrung liegen zwei Erregerleiter 4 und 5 postiver bzw. negativer Polarität. Die Leiter sind gegenüber den Wellenteilen 1, 2 durch einen Isolierzylinder 6 und voneinander durch Isolierbeilagen 7 isoliert. Die beiden Wellen weisen an ihren aneinanderstoßenden Kupplungsflanschen 1a, 2a gegenüber der Wellenbohrung 3 erweiterte Aussparungen 8 und 9 auf. In diesen Aussparungen liegen mit den Wellenleitern verbundene oder zusammenhängende kreissegmentförmige Kontaktkörper 10 und 11. In dem Kontaktkörper 10 des Wellenteiles 1 sind, in paralleler Anordnung verteilt, auswechselbare Kontaktbuchsen 12 aus widerstandsfähigem und gut leitendem Material eingelassen und so verbunden, daß ein guter Stromübergang zwischen Kontaktbuchsen und dem Kontaktkörper 10 möglich ist. Der in der Aussparung 9 des anderen Wellenteiles 2 liegende Kontaktkörper 11 ist mit eingeschraubten Kontaktbolzen 13 verbunden. Die Kontaktbolzen 13 werden bei Vereinigung der Wellenteile und beim Herstellen der Schraubverbindung der Kupplung in die Kontaktbuchsen eingeführt, wodurch ein großflächiger Stromübergang zwischen Kontaktbolzen und Kontaktbuchsen möglich gemacht wird. Erfindungsgemäß sind nun die Kontaktbolzen 13 als rohrförmige Körper ausgeführt, die Kühlmittelkanäle 14 bilden. Fluchtend mit den Bohrungen für die Steckkontakte sind die Kontaktkörper 10 und 11 ausgebohrt, so daß die Kühlmittelkanäle 14 jedes Kontaktbolzens über die Zwischenräume 15 und 16 zwischen Welle und den elektrischen Leitern 4, 5 mit den Kühlmittelführungskanälen 20, 21 in Verbindung stehen, die durch Ausarbeiten von Nuten in den in den Wellenbohrungen angeordneten Leitern 4 und 5 gebildet sind.In Fig. 1, 1 and 2 mean the two shaft parts to be coupled, for example a generator shaft or the shaft of an alternating current unit with a rotating rectifier. The two waves are - like the cross-section in FIG. 2 reveals - provided with a central bore 3. Two excitation conductors 4 and 5 of positive and negative polarity are located in this hole. The conductors are insulated from the shaft parts 1, 2 by an insulating cylinder 6 and from one another by insulating shims 7. The two shafts are provided at their abutting coupling flanges 1a, 2a in relation to the shaft bore 3 extended recesses. 8 and 9 In these recesses are connected or contiguous circle segment-shaped contact bodies 10 and 11 with the waveguides. In the contact body 10 of the shaft part 1, distributed in a parallel arrangement, interchangeable contact sockets 12 made of resistant and highly conductive material are embedded and connected in such a way that a good current transfer between contact sockets and the contact body 10 is possible. The contact body 11 lying in the recess 9 of the other shaft part 2 is connected with screwed-in contact bolts 13. The contact bolts 13 are inserted into the contact sockets when the shaft parts are combined and when the screw connection of the coupling is established, whereby a large-area current transfer between the contact bolt and contact sockets is made possible. According to the invention, the contact pins 13 are now designed as tubular bodies which form coolant channels 14. In alignment with the bores for the plug contacts, the contact bodies 10 and 11 are drilled out so that the coolant channels 14 of each contact pin are connected to the coolant ducts 20, 21 via the spaces 15 and 16 between the shaft and the electrical conductors 4, 5, which are connected by working out are formed by grooves in the conductors 4 and 5 arranged in the shaft bores.

Wie leicht einzusehen ist, kann infolge der Durchführung eines Kühlmittels durch die hohlen Kontaktbolzen 13 eine solche gleichbleibende Temperatur innerhalb des Steckkontaktes herbeigeführt werden, daß auch bei Übertragung sehr großer Ströme Beeinträchtigungen der Kontaktverhältnisse praktisch ausgeschlossen sind. Um die Isolierung gegenüber der Welle und den Kupplungsflanschen sicherzustellen, sind selbstverständlich innerhalb der Aussparungen 8 und 9 Isolierschichten 22 angeordnet, die mit dem Isolierzylinder 6 der Leitungen eine zusammenhängende Isolierung bilden. Ebenso sind zwischen den beiden Kupplungshälften ringförmige Isolierscheiben 25, 26 vorhanden. Um ein Entweichen des Kühlmittels aus der Kupplung unmöglich zu machen, ist zwischen den Kupplungsflanschen eine Dichtung 29 angeordnet. 27 und 28 bedeuten in F i g. 1 und 2 noch durch Aussparungen der Leiterprofile 4 bzw. 5 gebildete Kühlkanäle, die zur Führung des Kühlmittels in einem geschlossenen Kreislauf durch die Welle herangezogen werden können.As can be easily seen, the passage of a coolant may result by the hollow contact pins 13 such a constant temperature within the plug contact can be brought about that even when transmitting very large currents Impairments of the contact relationships are practically excluded. To the Insulation against the shaft and the coupling flanges must be ensured naturally arranged within the recesses 8 and 9 insulating layers 22, which form a coherent insulation with the insulating cylinder 6 of the lines. Also between the two coupling halves are ring-shaped insulating washers 25, 26 available. To prevent the coolant from escaping from the coupling, a seal 29 is arranged between the coupling flanges. 27 and 28 mean in Fig. 1 and 2 cooling channels formed by recesses in the conductor profiles 4 and 5, respectively, that for guiding the coolant in a closed circuit through the shaft can be used.

Die Kühlmittelführung für einen derartigen Fall ist in F i g. 3 der Zeichnung wiedergegeben. Diese Figur zeigt ausschnittsweise einen Teil eines Turbogenerators 30 ohne das Gehäuse mit einem über eine erfindungsgemäß ausgebildete Kupplung angesetzten Wellenteil 1, der den Anker einer Wechselstromerregermaschine (nicht dargestellt) sowie ein rotierendes Gleichrichteraggregat 31 trägt. Wie die Figur erkennen läßt, sind die in der Welle angeordneten, voneinander isolierten elektrischen Leiter 4, 5 über Zuleitungen 32 mit der Erregerwicklung 33 verbunden. Der Generatorlüfter 34, welcher sowohl dem Ständer wie Läufer des Generators 30 das Kühlmittel zuführt, erzeugt einen sich in den Wickelkopfraum unterhalb der Erregerwickelköpfe fortpflanzenden Druck, wodurch das Kühlmittel über die radialen Wellenkanäle 35 in den zentralen Kühlmittelkanälen 27 zwischen den Erregerleitungen 4-I- und 4- gelangt. Der Kühlmittelstrom verläuft durch den Kupplungsspalt 36 und durchströmt ebenfalls den zentralen Kühlmittelkanal 28 zwischen den Leitern 5-I-bzw. 5- der angekuppelten Welle 2. Am Ende der Wellenbohrung wird sodann der Kühlmittelstrom umgelenkt und fließt durch die Kanäle 21 am Umfang der halbkreisförmigen Leiter 5 durch die Kanäle 14 der hohlen Kontaktbolzen 13 und anschließend soweit durch die äußeren Leiterkanäle 20 der Leiter 4-I- und 4- bis durch die radialen Kühlkanäle 37, so daß ein Abströmen des Kühlmittels in den Saugraum vor dem Lüfter 34 möglich ist.The coolant flow for such a case is shown in FIG. 3 of the drawing. This figure shows a portion of a turbo generator 30 without the housing with a shaft part 1 attached via a coupling designed according to the invention, which carries the armature of an alternating current exciter (not shown) and a rotating rectifier assembly 31. As the figure shows, the electrical conductors 4, 5, which are arranged in the shaft and insulated from one another, are connected to the excitation winding 33 via supply lines 32. The generator fan 34, which supplies the coolant to both the stator and the rotor of the generator 30 , generates a pressure that is propagated into the winding head space below the exciter winding heads, whereby the coolant via the radial shaft channels 35 in the central coolant channels 27 between the exciter lines 4-I- and 4- reached. The coolant flow runs through the coupling gap 36 and also flows through the central coolant channel 28 between the conductors 5-I- or. 5- of the coupled shaft 2. At the end of the shaft bore, the coolant flow is then deflected and flows through the channels 21 on the circumference of the semicircular conductor 5 through the channels 14 of the hollow contact bolts 13 and then as far through the outer conductor channels 20 of the conductors 4-I- and 4- bis through the radial cooling channels 37, so that the coolant can flow out into the suction space in front of the fan 34 .

Es kann auch ein äußerer Kühlmittelkreis vorgesehen werden und an den Austrittskanälen für das Kupplungskühlmittel ein besonderes System von Lüfterschaufeln zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung durch die Steckkontakte vorgesehen werden. Als Kühlmittel kommt in erster Linie Gas oder Luft in Betracht, jedoch besteht auch ohne weiteres die Möglichkeit, ein= flüssiges Kühlmittel, wie öl od. dgl., anzuwenden.An external coolant circuit can also be provided and a special system of fan blades for generating a coolant flow through the plug contacts can be provided on the outlet channels for the clutch coolant. The coolant primarily used is gas or air, but there is also the option of using a liquid coolant, such as oil or the like.

Weiter ist eine-Vervollkommnung- des erfindungsgemäßen Kupplungssystems noch dadurch möglich, daß die-parallelen Steckkontakte so im Verhältnis zueinander verschiebbar angeordnet sind, daß Wärmedehnungen der Leiter in Achsrichtung aufgenommen werden können.Next is a perfecting of the clutch system according to the invention still possible in that the-parallel plug contacts so in relation to each other are slidably arranged that thermal expansions of the conductors are added in the axial direction can be.

Claims

Claims: 1. Serving for torque and power transmission Coupling, in particular for electric Machine units in which one or more of contact sockets and contact pins within the coupling Plug contacts are arranged, which are connected to electrical conductors, thereby characterized in that the contact pins (13) of the plug contacts (12, 13) with coolant channels (14) are provided.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that the coolant channels (14 ) located in the contact bolts (13) are connected in series in the coolant supply line or between the coolant supply and coolant discharge line serving coolant guide channels (20, 21; 27, 28) in the area the shaft parts (1, 2) are arranged themselves.

3. Coupling according to claim 1 or 2, characterized in that that for each pole or phase several parallel plug contacts (12,13) are present which distributed in contact bodies connected to the electrical conductors (4-f-, 5-h, 4-, 5-) (10, 11) are arranged, which contact body in recesses on the shaft parts (1, 2) located coupling flanges (la, 2a) lie.

4. Coupling according to one of the Claims 1 to 3, characterized in that within the in the shaft parts (1, 2) circular segment-shaped conductors (4, 5) lying in a hole by incorporating them axial coolant guide channels (27, 28; 20, 21) are produced by grooves.

5. Coupling according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the coolant runs in a cooling circuit independent of the machine, in such a way that the coolant through the shaft to one of the cooling channels (27, 28) and after flowing through the contact pin (13) in the same way can be derived again from the other cooling channels (21, 20) (FIG. 3).

6. Coupling according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coolant in taken from a parallel circuit from the generator cooling circuit and after flowing through the clutch can be fed back to the generator cooling circuit.

7. Coupling after one of claims 1 to 6, characterized in that the axially parallel plug contacts (12,13) the thermal expansion of the conductors (4, 5) in the axial direction due to their arrangement take up.