DE19638603A1 - Wanderfeldleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitung für eine dreiphasige Wechselstrom-Wicklung für einen Linearmotor zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Wanderfeldleitungen sind bekannt. Sie weisen sowohl über dem Leiter als auch über der Isolierhülle eine Leitschicht und über der letztgenannten äuße­ ren Leitschicht einen Schirm aus einer Drahtumseilung auf. Der Schirm dient der Verbesserung der Längsleitfähigkeit der äußeren Leitschicht und ist für die Ver­ bindung der äußeren Leitschicht mit Erdpotential, eine Erdschlußerkennung, eine Fehlerortung bei Schäden in der Isolierhülle bzw. zur Ableitung von Fehlerströmen und auch zum Schutz gegen mechanische Beschädigungen der Isolierhülle erforderlich. Über dem Schirm ist ein isolierender Mantel aufgebracht. Im Betrieb treten in den vorwiegend in Leitungsachsrichtung verlaufenden Schirmdrähten induzierte Ströme auf, deren Magnetwirkung dem von den Leitern erzeugten Magnetfeld entgegengerichtet ist und dieses und somit die Motorwirkung schwächt.

In der DE 30 06 382 C2 ist eine dreiphasige Wechselstromwicklung für einen Linearmotor beschrieben, bei der die Leitungen anstelle des elektrisch gut leiten­ den Drahtschirms und-des äußeren isolierenden Mantels einen aus elektrisch leitfähig gemachtem Isolierstoff bestehenden Mantel aufweisen, um das Entste­ hen von hohen Strömen und hohen Spannungen im Bereich des Kabelmantels mit dem Ziel zu verhindern, durch entgegengerichtete Magnetwirkung auftre­ tende Verluste an der von den Leitern erzeugten Magnetfeldwirkung niedrig zu halten und eine Gefährdung von Lebewesen auszuschließen, und bei der die Leitungen im Bereich der Wickelköpfe der Wicklung, also wegen der begrenzten Leitfähigkeit ihrer Mäntel durch zahlreiche Kontaktstellen in regelmäßigen kurzen Abständen, mit einem an Erdpotential anschließbaren Strang aus elektrisch gut leitendem Material verbunden sind. Der jeweilige leitfähig gemachte Mantel stellt somit gleichzeitig einen Schirm mit einer relativ geringen elektrischen Leitfähig­ keit und in Verbindung mit dem Strang auch einen Schirm dar, der eine gute Ableitung kapazitiver Ströme gewährleistet und außerdem sicherstellt, daß durch induzierte Spannungen entstehende Ströme klein bleiben.

Die DE 40 22 476 A1 hat ebenfalls ein elektrisches Kabel zur Verwendung als Wickelstrang in einer dreiphasigen Wechselstromwicklung für Linearmotoren zum Gegenstand, bei dem zum Zwecke einer schnellen und sicheren Erdschluß­ erfassung mit weniger empfindlichen Meßgeräten zwischen der äußeren Leit­ schicht und dem leitfähigen Mantel ein zusätzlicher metallischer Schirm ange­ bracht ist, der auf der ganzen Länge des Kabels in axialen Abständen vollständig unterbrochen ist. Durch den zusätzlichen metallischen Schirm soll die Leitfähig­ keit des aus äußerer Leitschicht und leitfähigem Mantel bestehenden Kabel­ schirms so weit erhöht werden, daß derselbe ausreichend hohe Ströme tragen kann, um eine einfache und schnelle Erkennung eines Erdschlusses sicherzustel­ len. Durch die vollständige Unterbrechung des metallischen Schirms in axialer Richtung ist der Längswiderstand des Kabelschirms jedoch nicht konstant. Im Bereich der Unterbrechungen entspricht dieser der Leitung nach DE 30 06 382 C2, wodurch Probleme und Aufwand bei der Erdschlußerfassung gegeben sind.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Wanderfeldleitung für eine dreiphasige Wechselstromwicklung für einen Linearmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der im Kabelschirm induzierte Spannungen und Ströme, die die Motorwirkung des Stators vermindern, niedrig sind; bei der der Längswiderstand längs der Leitungsachse homogen ist und bei der aber auch die Erfassung eines Erdschlusses und die Ableitung von Fehlerströmen mit reduzier­ tem Aufwand in ausreichendem Maße sichergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Wanderfeldleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Durch die vorge­ schlagene elektrische Dimensionierung des Leitwerts der Metalleinlage und der äußeren Leitschicht liegen induzierte Leitungslängsströme unterhalb eines tole­ rierbaren Niveaus bezüglich des Betriebs des Linearmotors und dennoch sind Fehlerströme sicher erfaßbar. Bei Linearmotoren liegt die Wanderfeldleitung in den Nuten eines Statorpakets. Über die Massekontakte in den Nuten, die auch durch besondere metallische Kontaktschalen ausgestaltet sein können, werden die Fehlerströme (Erdschluß) erfaßt. Mit der Erfindung ist es auch leicht mög­ lich, deutlich zwischen Störströmen (beispielsweise Ladeströme) und Fehler­ strömen zu unterscheiden.

Der geforderte Schirmwiderstand des Außenmantels wird zahlenmäßig bei­ spielsweise durch Messung des Widerstandes ermittelt, wobei zwei Ringelektro­ den auf die Oberfläche der Leitung in einem bestimmten Abstand voneinander aufgelegt werden. Bei einer Leitung, bei der die Dicke der äußeren Leitschicht 1,2 mm und die Dicke des äußeren leitfähigen Mantels 2,2 mm betragen, ist ein Schirmwiderstand von 0,5 bis 30 mOhm je cm einstellbar, vorzugsweise sind Werte im Bereich 1 bis 10 mOhm je cm erwünscht.

Der Kern der Erfindung liegt darin, zwischen der äußeren Leitschicht und dem Mantel eine Metalleinlage bestimmter elektrischer Dimensionierung anzuordnen. Die Metalleinlage kann aus dünnem Draht oder metallisierten Fäden gebildet sein und soll in Längs- und in Umfangsrichtung der Leitung durchgängig sein. Damit werden einerseits größere induktive Längsströme vermieden, so daß die Motorwirkung des Stators nahezu unvermindert erhalten bleibt, und andererseits wird der Längswiderstand der äußeren Leitschicht so weit herabgesetzt, daß auch bei Ausfall einer Kontaktstelle eine Erdung und eine Ableitung von Fehler­ strömen in ausreichendem Maße sichergestellt sind. Das Problem, welches die Erfindung überwindet, liegt darin, daß die Leitfähigkeit der äußeren Leitschicht nicht beliebig erhöht werden kann. Der Fachmann ist nun in der Lage, anhand der vorgeschlagenen Maßnahme den Leitwert der äußeren Leitschicht und den Leitwert der Metalleinlage richtig zu dimensionieren.

Die Metalleinlage kann vorteilhaft ein Maschen aufweisendes und insbesondere durch Stricken oder Wirken hergestelltes Gebilde sein, bei dem der elektrisch wirksame Metallquerschnitt in einer einzelnen Masche in den zueinander senk­ rechten Maschenrichtungen (schräg und quer zur Achsrichtung der Leitung) jeweils wesentlich verschieden ist. Als Ausführungsformen kommen strumpf- oder bandartige Gebilde (mit oder ohne Naht) in Frage; vorzugsweise wird die Metalleinlage als Band eingelegt.

Die Maschenrichtung der Metalleinlage wird im wesentlichen durch die Lage der Masche in der Metalleinlage und durch die Einlegerichtung (Schlag) des Bandes in den Mantel der Leitung bestimmt. Durch die Schlagrichtung wird auch die Höhe des Schirmwiderstands vorgegeben. Die Schlagrichtung des Bandes ist von den beiden geometrischen Größen: Breite des Bandes und Durchmesser der Leitung direkt abhängig.

Der Faden des flachen Metallgestricks besteht aus einer aus mehreren Drähten gebildeten Litze. Andere derartige Maschen aufweisende Metalleinlagen, könn­ ten in der Weise erzeugt sein, daß jeweils zwei in Umfangsrichtung verlaufende Drähte mit einem in Längsrichtung verlaufenden Draht miteinander verschlungen sind.

Vorzugsweise kann auch eine äußere dünne Schicht des Leitungsmantels zur Verbesserung der Massekontaktierung leitfähig ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die zugehörige Figur zeigt eine abgesetzte erfindungsgemäße Leitung. Die Lei­ tung weist einen Leiter 1, eine innere Leitschicht 2, eine Isolierhülle 3, eine äußere Leitschicht 4, einen Mantel 5 aus elektrisch leitfähig gemachten Isolier­ material und ein zwischen diesem und der Leitschicht 4 angeordnete bandför­ mige Metalleinlage 6 (Drahtgewirk) auf. Die Metalleinlage 6 liegt auf der äußeren Leitschicht. Wobei die als Band aufgewickelte Metalleinlage am Rand anstoßend oder gering überlappend in der Leitung liegt. Die schematische Figur zeigt die Maschen des Bandes, deren Kanten etwa in Leitungsachse und senkrecht dazu verlaufen. Je nach Schlagrichtung und Breite des Bandes verlaufen die Kanten der Maschen mehr oder weniger geneigt zur Leitungsachse. Bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel in der Figur liegen die Kanten der Maschen etwa in Umfangrich­ tung der Leitung und senkrecht dazu. Die Maschenkante in Umfangrichtung besteht aus zwei und die Kante senkrecht dazu aus einem Draht. Wie schon erwähnt, wird die Metalleinlage vorzugsweise als Gewirk hergestellt. Die bei seiner Herstellung verwendete Litze besteht aus vier einzelnen, 0,1 mm dicken und verzinnten Elektrolyt-Kupfer-Drähten. Die Maschenweite beträgt etwa 5 mm.

Durch diese Ausgestaltung der Metalleinlage 6 mit einem relativ hohen Längswi­ derstand können nur unbedeutend kleine Längsströme im Kabelschirm auftreten. Andererseits trägt das homogene Maschengebilde dazu bei, daß die Erdung und die Ableitung von Fehlerströmen in ausreichendem Maße sichergestellt werden können.

Claims (8)

1. Wanderfeldleitung für Linearmotoren, bestehend aus einem als Leiterseil aus­ geführten metallischen Leiter (1), einer denselben umgebenden inneren Leit­ schicht (2), einer über dieser angeordneten Isolierung (3), einer dieselbe umge­ benden, aus leitfähig gemachten Kunststoff bestehenden äußeren Leitschicht (4) und einem darüber angeordneten Mantel (5) aus elektrisch leitfähig gemachtem Isoliermaterial sowie einer zwischen der äußeren Leitschicht und dem Mantel angeordneten Metalleinlage (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlage (6) in Längs- und in Umfangs­ richtung durchgängig ausgebildet ist und der durch Metalleinlage (6) und äußere Leitschicht (4) gebildete Schirmwiderstand so bemessen ist, daß Fehlerströme leicht erfaßbar sind und Leitungslängsströme unterhalb eines für den Betrieb eines Linearmotors tolerierbaren Niveaus liegen.

2. Wanderfeldleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirmwiderstand im Bereich 0,5 bis 30 mOhm/cm liegt.

3. Wanderfeldleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlage (6) aus dünnem Draht oder metallisierten Fäden gebildet ist.

4. Wanderfeldleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlage (6) ein Maschen aufweisendes Gebilde ist, bei dem der elektrisch wirksame Metallquerschnitt einer einzelnen Masche in den zueinander senkrech­ ten Kanten in der Masche jeweils wesentlich verschieden ist und die Maschen­ kanten schräg zur Leitungsachse liegen.

5. Wanderfeldleitung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlage (6) ein flaches Gestrick ist.

6. Wanderfeldleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Gestrick als Band hergestellt ist und anstoßend oder gering überlappend in der Leitung eingelegt ist.

7. Wanderfeldleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht für die Metalleinlage (6) aus Elektrolyt-Kupfer gefertigt und verzinnt ist.

8. Wanderfeldleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere dünne Schicht des Leitungsmantels (5) Verbesserung der Massekontaktierung leitfähig ausgebildet ist.