-
Die Erfindung betrifft ein Stromschienensystem, das Schienenmodule mit mehreren mit Abstand parallel zueinander angeordnete Stromschienen aufweist.
-
Die Stromschienen bekannter Stromschienensysteme übertragen im Allgemeinen elektrische Energie von einer Energiequelle zu einem Verbraucher. Zur Beabstandung der Stromschienen dienen Isolationskörper, die zwischen den Stromschienen angeordnet sind. Da die Länge der Stromschienen begrenzt ist, sind Verbinder (Bügel) zum Verbinden der Stromschienen vorgesehen, wobei jeweils zwei hintereinanderliegende Stromschienen miteinander verbunden werden.
-
Alternativ zu den Stromschienen sind elektrische Kabel bekannt, welche die elektrische Energie über die Adern des Kabels übertragen, wobei die Adern den Stromschienen entsprechen.
-
Bei Verwendung in Windkraftanlagen, bei denen die Kabel die elektrische Energie vom Generator oben im Windturm (Turm) der Anlage nach unten zu einem Transformator leiten, stellt sich die Montage und Verlegung der Kabel im Turm als sehr aufwendig dar. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen, bei denen die Kabel ziemlich steif sind, ist eine Verlegung im Turm sehr erschwert.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stromschienensystem zur Weiterleitung von elektrischer Energie zu erzielen, das insbesondere vertikal, z. B. im Windturm einer Windkraftanlage, relativ einfach zu montieren ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Stromschienensystem, bei dem mehrere Schienenmodule längs hintereinanderliegend angeordnet und über Klemmbügel miteinander verbunden sind, wobei jedes Schienenmodul mehrere Stromschienen aufweist, die mit Abstand parallel zueinander angeordnet sind und die an beiden Enden jeweils eine einseitig offene Ausnehmung aufweisen, die jeweils an einem Ende in und an dem anderen Ende quer zu deren Längsrichtung verläuft, wobei zur elektrischen Verbindung zweier Schienenmodule das Schienenmodulende mit den in Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen in den Klemmbügel eingesteckt und das Schienenmodulende mit den quer zur Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen auf der gegenüberliegenden Seite in diesen (denselben) Klemmbügel eingehängt sind, wobei jeweils eine Stromschiene des einen Schienenmoduls an einer Stromschiene des anderen Schienenmoduls seitlich anliegt und wobei die Ausnehmungen von der Seite gesehen eine Durchgangsöffnung bilden, durch die ein am Klemmbügel abgestütztes Spannelement verläuft, welches die beiden jeweils aneinander anliegenden Seiten der Stromschienen aneinanderdrückt.
-
Vorteilhafterweise sind die Klemmbügel (fest) an einem Tragwerk angeordnet und das Tragwerk ist insbesondere ein Turm einer Windkraftanlage, wobei die Schienenmodule im Innern des Turms vertikal hintereinanderliegend angeordnet sind und der Klemmbügel jeweils über ein elastisches Lager an dem Tragwerk befestigt ist.
-
Dabei ist der Klemmbügel vorzugsweise jeweils als separate Einheit ausgebildet.
-
Für eine einfache Montage weist der Klemmbügel weiter jeweils parallel voneinander beabstandete und elektrisch isolierende Trennelemente auf, deren Abstand so bemessen und deren Form so ausgebildet ist, dass die Stromschienen auf einer Seite einsteckbar und auf der anderen Seite einhängbar sind.
-
Zum Ausgleich von mechanischen Schwingungen wird vorgeschlagen, dass die Klemmbügel über ein elastisches Lager an dem Tragwerk befestigt sind.
-
Eine einfache elektrische Isolierung der Stromschienen voneinander sieht ineinandergesteckte Abstandselemente vor, die jeweils ein zylindrisches Mittelteil aufweisen, an dem jeweils eine Stromschiene anliegt, wobei auf dem Mantel des Mittelteils ein konischer Vorsprung angeordnet ist, der sich radial nach außen zwischen zwei unmittelbar benachbarte Stromschienen erstreckt.
-
Zur einfacheren Anpassung an unterschiedliche strommäßige Anforderungen wird vorgeschlagen, dass die nebeneinander angeordneten Stromschienen (insbesondere unterschiedliche Breiten bei gleicher Dicke und Länge und damit) unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
-
Vorzugsweise sind für mehrere strommäßig zu verbindende Stromkreise eine entsprechende Anzahl Stromkreis-Pakete quer zur Längserstreckung nebeneinander angeordnet, zwischen denen insbesondere eine Stromschiene als ein gemeinsamer Erdleiter angeordnet sein kann.
-
Technisch einfach ist es, wenn im Gehäuse ein Rahmen mit einer Durchgangsöffnung angeordnet ist, durch welche die Stromschienen unter Belassung eines Abstands verlaufen, der ein an der Außenkontur des Rahmens angeordnetes Stützelement aufweist, das bei Anlage an der jeweils unmittelbar zugewandten Innenseite des Gehäuses im Gehäuse in Richtung Längserstreckung bewegbar ist.
-
Eine einfache Kühlung wird bei vertikaler Ausrichtung erzielt, wenn der Rahmen Durchtrittsöffnungen aufweist, die mit dem Gehäuse zusammenwirkend einen Kamineffekt zur Kühlung der Stromschienen ermöglichen.
-
Die Montage lässt sich weiter vereinfachen, wenn die quer zur Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen zumindest bei einem Schienenmodul eine in Längsrichtung verlaufende Erweiterung aufweisen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein Schienenmodul mit abgenommenem oberen Teil des zweiteiligen Gehäuses in einer dreidimensionalen Darstellung,
-
2 ein Schienenmodul gemäß 1 mit Stromschienen, die eine in Längsrichtung verlaufende Erweiterung der quer zur Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen aufweisen,
-
3 zwei hintereinander liegende Schienenmodule gemäß 1,
-
4 eine vergrößerte Darstellung des mittleren Bereichs der beiden Schienenmodule gemäß 3,
-
5 den mittleren Bereich der beiden Schienenmodule gemäß 4 von oben gesehen,
-
6 einen eine Einheit bildenden Klemmbügel zur Verbindung zweier Schienenmodule gemäß 1 und 2,
-
7 den Klemmbügel gemäß 6 in einer Explosionsdarstellung,
-
8 den Klemmbügel gemäß 7 als Seitenansicht,
-
9 zwei mittels eines Klemmbügels miteinander verbundene Schienenmodule gemäß 1 mit offenem Gehäuse und
-
10 das Ende des Schienenmoduls gemäß 1 bzw. 9 in Richtung Längserstreckung gesehen,
-
11 die nebeneinander angeordneten Stromschienen gemäß 10 mit unterschiedlichen Querschnitten,
-
12 die Sicht gemäß 10 ohne die Stromschienen,
-
13 drei Ausführungen der ineinander steckbaren Abstandselemente und
-
14 die mittels Klemmbügel verbundenen Schienenmodule gemäß 9 mit geschlossenem Gehäuse.
-
1 zeigt ein Schienenmodul 1 mit einem zweiteiligen Gehäuse 2, von dem nur der untere Teil 2a zu sehen ist. Der obere Teil 2b (s. 2 und 14) des Gehäuses 2 ist in 1 abgenommen. In dem Gehäuse 2 befinden sich mehrere mit einem Abstand A parallel zueinander angeordnete Stromschienen 3, die an beiden Enden 3a, 3b einseitig offene Ausnehmungen 4a, 4b aufweisen. Die Ausnehmungen 4a verlaufen an dem einen Ende 3a alle quer zur Längserstreckung der Stromschienen 3 (Seitenhaken); am gegenüberliegenden Ende 3b erstrecken sich die Ausnehmungen 4b alle jeweils in Längsrichtung (Vorderhaken). Die Stromschienen 3 werden durch Spannelemente in Form von Schrauben 5, 5a zusammengehalten, wobei die Schrauben 5a im Bereich der Enden 3a, 3b zusätzlich an einem Rahmen 6 befestigt sind.
-
Die Rahmen 6 sorgen dafür, dass die Stromschienen 3 im Gehäuse 2 beabstandet von den Innenseiten der Wände des Gehäuses 2 angeordnet und, wenn es zur Anlage an den Innenseiten kommt, abgestützt sind. In den Rahmen 6 sind Durchtrittsöffnungen 7 vorhanden.
-
2 zeigt ein alternatives Schienenmodul 1, bei dem die quer zur Längsrichtung der Stromschienen 3 verlaufenden Ausnehmungen 4b eine in Längsrichtung verlaufende Erweiterung E aufweisen, die im Wesentlichen als Längenausgleich bei der Montage dient. Die Erweiterung E liegt hier jeweils auf einer Linie mit der Längserstreckung der Ausnehmung 4a.
-
3 zeigt zwei hintereinander liegende Schienenmodule 1a, 1b eines Stromschienensystems in einer dreidimensionalen Darstellung, wobei die sich abwechselnden Ausnehmungen 4a und 4b der beiden Schienenmodule 1a, 1b von der Seite gesehen eine geschlossene Durchgangsöffnung 7a bilden, also jeweils die Vorderhaken (Ausnehmungen 4b) des einen (hier linken) Schienenmoduls 1a und die Seitenhaken (Ausnehmungen 4a) des anderen (hier rechten) Schienenmoduls 1b.
-
In 4, welche den mittleren Bereich von 3 in einer vergrößerten Darstellung zeigt, ist die Durchgangsöffnung 7a deutlich zu sehen.
-
5 zeigt den mittleren Bereich von 4 von oben, wobei man erkennt, dass jeweils eine Stromschiene 3 des Schienenmoduls 1a (Seite 3c) seitlich an jeweils einer Stromschiene 3 des Schienenmoduls 1b (Seite 3d) anliegt. Auf diese Weise ist eine Stromschiene 3 des einen Schienenmoduls 1a jeweils mit einer Stromschiene 3 des anderen Schienenmoduls 1b elektrisch verbunden. Zwischen den aneinander anliegenden Stromschienen 3 (den Stromschienenpaaren) ist ein Abstand a vorhanden, der von in 5 weggelassenen zwischen den Stromschienen 3 angeordneten Abstandselementen 18 (s. 10) hergestellt wird. Um einen Versatz innerhalb des Gehäuses 2 zu vermeiden, sind alle Stromschienen 3 an einem Ende (hier dem Ende 4a) entsprechend gekröpft, d. h. sie weisen jeweils eine Kröpfung 8 auf.
-
6 zeigt einen Verbinder in Form eines Klemmbügels 9, der hier insbesondere als separate Einheit ausgebildet ist und zum Verbinden der Stromschienen 3 und damit zweier Schienenmodule 1a, 1b dient. Der Klemmbügel 9 weist ebenfalls ein unteres Gehäuseteil 10a auf, welches mit dem unteren Gehäuseteil 2a der beiden Schienenmodule 1a, 1b verbindbar ist (s. 14). Zum Schutz gegen das Verdrehen der Trennelemente 12 dient ein u-förmiger Verdrehschutz 11, in welchem die parallel voneinander beabstandeten und elektrisch isolierenden Trennelemente 12 in Form von Isolierplatten vorhanden sind, wobei deren Abstand und Form, insbesondere am Rand, so bemessen bzw. ausgebildet ist, dass die Stromschienen 3 in die in 6 gezeigte vordere Seite 13 leicht einsteckbar (auf einen Bolzen aufsteckbar) und auf der anderen Seite 14 von oben leicht einhängbar (auf den Bolzen nach Art eines Hakens einhängbar) sind. Dabei liegen die Trennelemente 12 an den paarweise aneinander anliegenden (und sich überlappenden) Stromschienen 3 im Überlappungsbereich seitlich an. Das untere Gehäuseteil 10a ist weiter über hier zylindrisch ausgebildete Dämpfer 15a (insbesondere aus Kautschuk) und ein Befestigungsprofil 16, die zusammen ein elastisches Lager 15 bilden, an das Tragwerk montierbar.
-
Die Stromschienen 3 sind also so, wie in 4 und 5 gezeigt, im Klemmbügel 9 angeordnet, wobei der Abstand a von den in 4 und 5 weggelassenen Trennelementen 12 ausgefüllt wird. Der zylindrische Bolzen bildet ein Spannelement 7b, hier einfach eine mit einem Isolierschlauch überzogene Schraube 7d (s. auch 7, 8) mit einem Gewinde und einer Mutter 7c ist, die sich durch die Durchgangsöffnung 7a erstreckt. Mittels der Schraube 7d werden die jeweils aneinander anliegenden Seiten 3c, 3d der sich längenmäßig überlappenden Stromschienen 3 fest aneinanderdrückt und so im Klemmbügel 9 befestigt und miteinander verbunden. Die Schraube 7d (der Bolzen, das Spannelement 7b) bildet zusammen mit den Trennelementen 12 einen Klemmblock.
-
7 zeigt den vor der Montage der Schienenmodule 1a, 1b als Einheit an das Tragwerk montierbaren Klemmbügel 9 einschließlich oberem Gehäuseteil 10b in einer Explosionsdarstellung.
-
8 zeigt den Klemmbügel 9 gemäß 7 von der Seite.
-
9 zeigt die beiden Schienenmodule 1a, 1b und den Klemmbügel 9, wobei die Stromschienen 3 – so wie in 3, 4 und 5 gezeigt – voneinander isoliert durch die Trennelemente 12 im Klemmbügel 9 liegen.
-
10 zeigt das Ende 3a des Schienenmoduls 1a gemäß 1 bzw. 9 in Richtung Längserstreckung der Stromschienen 3 gesehen, wobei der Rahmen 6 deutlich zu sehen ist. Jeder Rahmen 6 besteht aus vier Streben 6b, 6c, die eine Durchgangsöffnung 17 bilden. Durch die Durchgangsöffnung 17 hindurch verlaufen die Stromschienen 3 unter Belassung eines Abstands A, B, C. Abstandselemente 18 zwischen den Stromschienen 3 und dem Rahmen 6 sorgen dafür, dass die Stromschienen 3 elektrisch voneinander isoliert sind. Die Enden der Schrauben 5a (Spannelement 5b) sind beidseitig der Durchgangsöffnung 9 am Rahmen 6 befestigt.
-
Die zeitweise Befestigung des Gehäuses 2a – beispielsweise zu Transportzwecken – kann an zwei außenliegenden voneinander abgewandten Seiten des Rahmens 6 mittels Schrauben 19 erfolgen. Im Betrieb fehlen die Schrauben 19, da es sonst zu starken ausdehnungsbedingten Spannungen in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen dem Gehäuse 2 und dem Rahmen 6 (den Stromschienen 3) kommen kann. Die Außenkontur des Rahmens 6 wird in 10 von den Kanten 6d gebildet.
-
In 11 ist eine alternative Ausführung der nebeneinander angeordneten Stromschienen 3 gezeigt, die hier verschiedene Breiten B bei gleicher Dicke D und Länge und damit unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Dies ermöglicht es insbesondere, das Gesamt-Stromschienenpaket aus Stromschienen 3 für mehr als einen Stromkreis zu verwenden. So kann der Gesamt-Querschnitt der Stromschienen 3, die insbesondere bei einer Windkraftanlage mit dem Stator verbunden sind (Paket SP), größer gewählt werden als der Gesamt-Querschnitt der Stromschienen 3, die mit dem Rotor verbunden sind (Paket RP). Zwischen den Paketen SP, RP, also allgemein zwischen zwei nebeneinander angeordneten (parallelen) Sytemen, ist hier speziell (also nicht zwingend) eine gemeinsame Stromschiene 3 als gemeinsamer Erdleiter PE (Protection Earth) angeordnet, der hier eine mittlere Breite B aufweist. Der Rahmen 6 kann dabei insbesondere zweiteilig ausgeführt sein (nicht gezeigt).
-
12 zeigt die Sicht gemäß 10 ohne die Stromschienen 3. Man erkennt die nebeneinander angeordneten Abstandselemente 18, die hier jeweils ineinandergesteckt sind.
-
In 13 sind die ineinander steckbaren Abstandselemente 18, die drei Ausführungen 18a, 18b, 18c aufweisen, einzeln gezeigt, wobei die Ausführungen 18b bzw. 18c jeweils außen liegend angeordnet werden. Die Abstandselemente 18 weisen jeweils ein zylindrisches Mittelteil 18d auf, das im montierten Zustand (s. 12) koaxial zu der Schraube 5 verläuft und eine Isolierscheibe mit einem Durchgangsloch bildet. Bis auf die außenliegenden Mittelteile 18d liegt an deren Stirnseiten 18f jeweils eine Stromschiene 3 an. Auf dem Mantel 18e ist mittig ein radialer konischer Vorsprung 18g angeordnet, dessen zwei Schrägen 18h z. B. Wassertropfen von Kondenswasser und dergleichen aufnimmt und gegebenenfalls ableitet. Grundsätzlich kann auf die Ausführungen 18b und 18c auch verzichtet werden.
-
In 14 sind der Vollständigkeit halber die beiden miteinander über einen Klemmbügel 9 verbundenen Schienenmodule 1a, 1b mit geschlossenem Gehäuse 2, 10 mit den Unterteilen 2a, 10a und den Oberteilen 2b, 10b gezeigt.
-
Um bei geschlossenem Gehäuse 2 ein insbesondere bei vertikaler Ausrichtung kaminartiges Durchströmen von Kühlluft (z. B. in Richtung der Pfeile 20, 21) zu ermöglichen, sind in den Rahmen 6 Durchtrittsöffnungen 7 und an den Oberteilen 2b, 10b Schlitze 22 vorhanden. Die Größe des Rahmens 6, der Durchtrittsöffnungen 7 und der Schlitze 22 sind an die Gehäusegröße und den gewünschten (Kühl)-Luftdurchsatz angepasst, der entsprechend bei vertikaler Anordnung selbsttätig auftritt (Kamineffekt).
