DE2058341A1 - Schleifringkoerper fuer elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Vereinigung Volkseigener Betriebe
Elektrische Konsumgüter

DDR - -|o2 Berlin
Alexanderplatz 6

Schleifringkörρer für elektrische Maschinen

Die Erfindung "betrifft einen Schleifringkörper für schnelllaufende elektrische Maschinen in gekapselter Bauweise mit aus nichtmetallischen Werkstoffen bestehenden Schleifringen.

Schleifringkörper für elektrische Maschinen, deren Schleifringe aus nichtmetallischen Werkstoffen, beispielsweise aus Kohle, bestehen, sind hinreichend bekannt. So ist eine Art der Sohle ifringkörper in der Weise ausgebildet, daß deren Schleifringe in Gießharz eingebettet sind. Diese in Gießharz eingebetteten, aus Kohle bestehenden Schleifringe können aber während des Betriebes der elektrischen Maschine infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien leicht gesprengt werden und den gesamten ScHeifringkörper ausser Betrieb setzen.

Um dies zu verhindern, versah man die Berührungsfläohen des Gießharzkörpers und der Kohleschleifringe mit einem als Gleitmittel wirkenden Überzug, der jedoch nur unter Anwendung apparativ aufwendiger Arbeitsgänge technisch realisierbar

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Besonders "beim Einsatz von mit Kohleschleifringen ausgerüsteten Sohleifringkörpern in gekapselten elektrischen Maschinen, die beispielsweise in aggressiven Atmosphären eingesetzt werden, bestehen "bekanntlich Schwierigkeiten insofern, als die im Betrieb entstehende Wärme der Schleifringe, die weit über die zulässigen Grenzwerte ansteigen kann, aus der Maschine abgeführt werden mu. Dies ist außerdem wichtig, weil infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien die Funktionstüchtigkeit des gesamten Schleifringkörpers gefährdet ist. Man hat in der Vergangenheit versucht, dieses technische Problem auf verschiedene Art und V/eise zu lösen.

Bekannt sind Ausführungen, bei denen zur vollständigen Kompensation der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Tragkörper und Kohleschleifringen anstelle eines kompakten Tragkörpers einzelne zylindrische Teiltragkörper ™ verwendet werden, die jeweils aus zylindrischen Nabenteilen

mit rotationssymmetrisch am Umfang verteilt angeordneten wulst— artigen Erhebungen bestehen, deren äußere Flächen die Schleif— ringauflagen bilden. Die Anzahl der Schleifringauflagen richtet sich dabei nach der Anzahl der verwendeten Stromleitungsbzw. Spannbolzen. Schleifringkörper dieses Aufbaues halten » den gestellten Anforderungen während des Betriebes der elektrischen Masohine stand, sind vor allem durch den kleinen

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-Anteil an Berührungsflächen zwischen Tragkörper und Kohle— Schleifringen unetnpfindlioh gegen die Auswirkungen der unter-, sohiedlichen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien, erfordern jedoch bei der Herstellung einen erheblichen technischen Aufwand. Allein für die Herstellung der Teiltragkörper ist eine komplizierte Form notwendig. Unterschiedliche Abmessungen der Schleifringkörper und unterschiedliche Anzahlen τοη einzelnen Schleifringen erfordern entsprechend unterschiedlich ausgebildete Teiltragkörper und Formen zu deren Herstellung, so daß die Fertigung dergestalt iger Sohleifringkörper trotz der technischen Vorteile unwirtschaftlich ist.

Bekannt ist ebenfalls eine Schleifringanordnung für große Strombelastungen, bei der jedoch Planschleifkontakte verwendet werden, die an ihrer nicht kontaktgebundenen Stirnseite und an ihrer Mantelfläche τοη einer ringförmigen. Metallscheibe eingefaßt sind. Nachteilig beim Einsatz dieser Schleifring— anordnung ist ein Tolliger Umbau der damit auszurüstenden elektrischen Maschinen.

Zweck der Erfindung hinsiohtlioh des Sohleifringkörpers ist unter Ausnutzung der erreichten technischen Vorteile die Verminderung des technischen Aufwandes bei der Herstellung und ', dem Einsatz von Schleifringkörpern mit nichtmetallischen Schleifringen, die hohen elektrischen und thermischen Bean-

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spruohungen standhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schleifringkörperkonstruktion für sohnellaufende gekapselte elektrische Maschinen zu entwickeln, die eine gute Wärmeableitung bei gleichzeitiger Kompensierung der unterschiedlichen Ausdehnungsverhältnisse der einzelnen Materialien schafft und die Herstellung aller ™ erforderlichen Arten und Größen von Schleifringkörpern durch

konstruktive Maßnahmen wirtschaftlich gestaltet.

Erfindungsgemäß wrnd die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Wärmeableitung an den Stirnseiten der Schleifringe flächig anliegende, mit ihnen formschlüssig im Eingriff stehende Haltekappen oder Ringe aus ber.y 11 ium oxidhalt igen Zementen, Thermoplasten oder Duroplasten angeordnet sind, die mit einer zylindrischen, ebenfalls aus berylliumoxidhaltigen Zementen, Thermopla-P st en oder Duroplasten bestehende Tragnabe in unmittelbaren thermischen Kontakt stehen. Schleifringe als auch Haltekappen oder Ringe sind auf der Tragnabe aufgenommen, in deren Wandung, an einer Seite beginnend, axial verlaufende Schlitze oder an je einer Sitzfläche der Schleifringe in die Mantelfläche austretende Durchführungen zur Aufnahme bandförmiger Anschlußelemente, die mit den Sohleifringen kontaktiert sind, eingebracht sind. Bei-Sohleifringkörpern, die geringeren thermischen Belastungen

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ausgesetzt sind, genügt es, nur an den äußeren Stirnflächen der die Kontaktfläche des Schleifringkörpers begrenzenden Schleifringe die anliegenden Kappen oder Ringe anzuordnen, während zwischen den einzelnen Kohleschleifringen Abstandsringe bzw. -hülsen aus Isoliermaterial, formschlüssig in die Schleifringe eingreifend, angeordnet sind, die somit zusätzlich die Schleifringe gegen radiale Kräfte schützen. Erfindungsgemäß können auch die den Schleifringkörper begrenzenden Balte— kappen an ihrer zentrischen Bohrung zu einer zylindrischen Hülse ausgebildet sein, wobei hülsenförmige Ansätze der Kappen die gesamte Tragnabe des Schleifringkörpers in ihrer erforderlichen Länge ergeben. Diese hülsenförmigen Ansätze besitzen ebenfalls Durchführungen bzw. Schlitze zur Aufnahme der bandförmigen Anschlußelemente, die mit den Schleifringen kontak— tiert sind.

Erfindungsgemäß sind zur Wärmeableitung, Abstandshalterung, gegenseitigen Isolierung und gleichzeitigen Sicherung gegen Fliehkräfte nur an den äußeren Stirnflächen der die Kontakt" flächen des Sohleifringkörpers begrenzenden Schleifringe Kappen angeordnet, jedoch zwischen den Schleifringen formsohlüssig mit diesen verbundene Abstandsringe- oder «hülsen aus Isoliermaterial konzentrisch zueinander angeordnet. Die bandförmigen Anschlußelemente für die Stromführung sind mittels bekannter Kontakt ierungsver fahr en am jeweiligen inneren Umfang der Schleifringe befestigt und axial, zur Einhaltung der Isolate-,

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tionsabstände gekröpft, auf einer üeite aus dem öchleifring— körper hinausgeführt. Die Tragnabe ist durch Ausfüllen, beispielsweise Ausschleudern, der aus Schleifringen, Abstandsringen oder -hülsen und Kappen gebildeten Einheit mit einem berylliumoxidhaltigen Zement, Thermoplast oder Duroplast hergestellt. Eine entsprechende Dosierung dieses Schleuderwerkstoffes ergibt die gewünschte Bohrung zur Aufnahme der Anker— welle. Bei größeren Sohleifringkörperabmessungen ist zur Verkleinerung des Schleuderraumes ein zylindrischer Grundkörper in die Schleifringbohrung eingelegt. Zur innerlichen Verfestigung ist der gesamte Schleifringkörper mit einem Bindemittel, beispielsweise einem aushärtbaren Harz getränkt. Vorzugsweise sind die konzentrisch zueinander angeordneten Abstandsringe oder -hülsen zur Vermeidung eines Wärmestaues luftdurchlässig ausgebildet. Zusätzlich ist zwischen den konzentrisch zueinander angeordneten Abstandsringen oder -hülsen ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material in Form eines organisch baw. anorganisch gebundenen Berylliumoxidwerkstoffes einge— bracht.

So hl. eifr ing körper dieser Art lassen sich rationell in allen Größen und Ausfuhrungsformen herstellen. Ihre Konstruktion zeichnet sioh daduroh aus, daß die Schleifringkörper hohen thermisohen Belastungen standhalten. Die intensive Berührung der Schleifringe, an denen die Erwärmung entsteht, durch die

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Kappen an den Seitenflächen und durch die Tragnabe in der Bohrung sowie der durch die Konstruktion erzielte gute thermische Kontakt zwischen den Kappen und der Tragnabe führt zu einer rasohen Ableitung der Wärme über die Ankerwelle aus dem Kapselgehäuse. Diese Wirkung wird durch die Verwendung berylliumoxidhaltiger Werkstoffe wesentlich erhöht, da Beryl— liumoxid eine große Wärmeleitfähigkeit, wie auch ein gutes Isolations-vermögen besitzt. Durch die Verwendung einfacher Kappen, Ringe und Hülsen und die Anwendung des Sohleuderverfahrens ist die Herstellung der Bauteile des Schleifringkörpers sehr vereinfacht möglich. Isolationsmäßig gesehen bietet diese Konstruktion Torteile, liegen dooh die bandförmigen Ansohlußelemente völlig umhüllt in der isolierenden Tragnabe bzw, in dem isolierenden Sohleuderwerkstoff. Duroh die formsohlüssige Verbindung zwisohen Kappen, Abstandsringen oder -hülsen und Sohleifringen ist eine zusätzliche Sicherung gegen Zentrifugalkräfte gegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer zwei AusfUhrungsbeispiele darstellenden^Zeichnung näher erläuterte

Dazu zeigen:

Fig. 1 einen 3-teiligen Schleifringkörper im Sohnitt,

Fig. 2 einen 3-teiligen Schleifringkörper mit zwischen den Schleifringen angeordneten Abstandsringen im Schnitt,

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Fig. 3 einen 3-teiligen Schleifringkörper mit an den äußeren Kappen angeordneten hülsenförmigen Ansätzen im Schnitt und

Fig. 4 eine Stirnansioht zu Fig. 1 und 2,

Fig. 5 einen Teilschnitt mit eingreifenden Kappen,

Fig. 6 die Schnittdarstellung eines 2—teiligen Schleif— ringkörpers mit ausgeschleuderter Tragnabe,

Fig. 7 eine Seitenansicht dazu und

Fig. 8 eine Schnitt dar st ellung des 2<-teiligen Schleifringkörpers mit eingelegtem hülsenförmigen Grundkörper,

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Sohle ifringkörper sind die drei Schleifringe 1, 2, 3 aus nichtmetallischem Werkstoff, z.B. Kohle, an beiden Stirnflächen von Kappen 4, 5 aus berylliumoxidhalt igen Duroplast 'eingeschlossen, die mit ihrem Kragen einen Teil der Lauffläche der Schleifringe 1, 2, 3 überdecken und mit ihrer zentrischen Bohrung ebenso wie die Schleifringe 1, 2, 3 auf einer zylindrischen, ebenfalls aus berylliumoxidhaltigen Duroplast bestehenden Tragnabe 6 aufgeschoben sind. In der Wandung dieser Tragnabe. 6 sind, an einer Stirnfläche beginnend, axial verlaufende Durchführungen 7, um jeweils 120° versetzt, ein—

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gearbeitet, von denen je eine an einer der drei Sitzflachen der Schleifringe 1, 2, 3 in die Mantelfläche der Tragnabe austritt. In diesen Durchführungen 7 ist je eines der bandförmigen Änschlußelemente 8, 9, 10 eingelagert, die an den Sitzflächen der Schleifringe 1, 2, 3 mit diesen kontaktiert, sind. Bei Schleifringkörpern, die nicht so hohen thermischen Anforderungen ausgesetzt sind, genügt es, zwischen den Schleifringen 1 , 2, 3 formschlüssig mit diesen verbundene Abstandsringe 11 anzuordnen, und nur an den Stirnseiten des Schleifringkörpers Kappen 4, 5 vorzusehen, wie es Fig. 2 zeigt. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 zeigt, wie die an den Stirnflächen des Schleifringkörpers anliegenden Kappen 4, 5 an ihrer zentrisehen Bohrung zu hülsenförmigen Ansätzen 12, 13 ausgebildet sind, wobei in einem der hülsenförmigen Ansätze 12, 13 die jeweils um 120° versetzten Kanäle 7 zur Aufnahme der mit den Schleifringen 1, 2, 3 kontaktierten bandförmigen Anschlußelemente 8, 9 10 eingearbeitet sind.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellen die Fig. 6, 7 und 8 dar.

Bei diesem Sohleifringkörper dienen zur Abstandshalterung der zwei Schleifringe 14, 15 aus nichtmetallischen! Werkstoff zwei konzentrisch zueinander angeordnete Abstands— ' ringe 16, 17 aus Isoliermaterial. Diese greifen in ;jo-

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weils am Innen- und Außenumfang der sueinander gewandten Stirnflächen der Schleifringe 14, 15 eingearbeiteten, umlaufenden Aussparungen 18 ein und schützen die Schleifringe 14, 15 zusätzlich von den im Betrieb der elektrischen Maschine auftretenden Zentrifugalkräften. Die axiale Begrenzung des Schleifringkörpers bilden die an je einer äußeren Stirnfläche der Schleifringe 14, 15 anliegenden Kappen 19, 20 . Eine der Kappen 19, 20 besitzt in der Nähe ihrer Bohrung zwei Durchbrechungen 21, die als Durchführung für die beispielsweise mit leitendem Kleber am inneren Umfang der Schleifringe 14, 15 kontaktierten bandförmigen Anschlußelemente 22, 23 dienen. Diese bandförmigen Anschlußelemente 22, 23 werden somit axial aus dem Schleifringkörper herausgeführt, wobei das eine An— Schlußelement 23 zur Isolierung gegenüber dem Schleifring 14 einen gekröpften Verlauf besitzt. Diese aus zwei Schleifringen 14, 15 mit kontaktieren bandförmigen Ansolilußelementen 22, 23, zwei konzentrisch angeordneten Abstandsringen 16, 17 und zwei Kappen 19, 20 bestehende Einheit wird zur Herstellung einer Tragnabe 24 mit einem berylliumoxidhaltigen Zement, Thermo- oder Duroplast ausgeschleudert, wobei eine entsprechend abgestimmte Do— sierung des Schleuderwerkstoffes den gewünschten Bohrungsdur ohinesf!er 25 zur Aufnahme der Ankerwelle erzielen

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läßt. Der auszuschleudernde Raum wird dabei von den Kappen '19, 20 , den inneren Mantelflächen der Schleifringe 14, 15 und dem am Innenumfang der zueinander gewandten Stirnflächen der Schleifringe 14, 15 eingreifenden Abstandsringe 17 ausgebildet. Bei Schleifringkörpern größerer Abmessungen empfielt es sich zur Verkleinerung des Schleuderraumes, einen hülsenförmigen Grundkörper 26 einzulegen ( Fig. 8 ). Für eine gute Wärmeableitung sorgt die perforierte Ausbildung des Ab standsringes 16 . Der den Schleuderraum begrenzende Abstandsring 17 besitzt eine geschlossene Oberfläche. Besonders vorteilhaft für die Wärmeleitung ist die Einlagerung eines elektrisch isolierenden, wärmeableitenden Materials in Form eines organisch bzw. anorganisch gebundenen Berylliumoxidstoffes zwischen den Schleifringen 14, 15 und den konzentrisch angeordneten Abstandsringen 16, 17 · Zur inneren Verfestigung ist der gesamte Schleifringkörper mit einem Harz getränkt.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Schleifringkörper, insbesondere für gekapselte elektrische Maschinen mit aus nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Schleifringen und einer aus Iso

   lierstoff bestehenden Tragnabe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeableitung an den Stirnseiten der Schleifringe ( 1j 2\ 3\ 14j 15 ) flächig anliegende, mit ihnen formschlüssig im Eingriff stehende Kappen ( 4| 5i 19} 20 ) oder Hinge (11) aus berylliumoxidhaltigen Zementen, Thermoplasten oder Duroplasten angeordnet sind, die mit einer zylindrischen, ebenfalls aus berylliumoxidhaltigen Zementen, Ther— moplasten oder Duroplasten bestehenden Tragnabe ( 6} 24) im unmittelbaren thermischen Kontakt stehen.
2. 2. Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappen (4$ 5) mit ihrer Bohrung auf der Tragnabe ( 6 ) aufgenommen sind oder diese mit hülsenförmigen Ansätzen ( 12} 13 ) bilden, in deren Wandung, an einer Seite beginnend, axial verlaufende Durchführungen (7)

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   jeweils an einer Sitzfläche der Schleifringe (1}2} 3) in die Mantelfläche austretend, zur Aufnahme der mit den Schleifringen (1}2}3) kontaktierten bandförmigen Anschlußelemente ( 8} 9} 10) eingebracht sin do

   Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur an den äußeren Stirnflächen der die Kontaktfläche des Schleifringkörpers begrenzenden Schleifringe ( 14} 15 ) Kappen (19}20) angeordnet sind, jedoch zwischen den Schleifringen ( 14j 15 ) aus Isoliermaterial bestehende, jeweils konzentrisch zueinander angeordnete und formschlüssig mit den Schleifringen ( 14; 15 ) verbundene Abstandsringe oder -hülsen ( 16} 17 ) eingebracht sind, und die aus Schleifringen ( 14} 15 ), Kappen ( 19}20 ) und Abstandsringen oder -hülsen ( 16} 17 ) bestehende Einheit zur Herstellung der die Einheit und die Anschlußelemente ( 22} 23 ) aufnehmende Tragnabe ( 24 ) mit einen berylliumoxidhaltigen Zement, Thermoplast oder Duropl'jst ausgefüllt;, boispielswnbjo ausgesoh Leudertjlst.

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   Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach Anspruch 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsringe oder -hülsen (16? 17) luftdurchlässig ausgebildet sind«,

   Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach | Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   zwischen den Schleifringen (14; 15 ) innerhalb der konzentrisch zueinander angeordneten Abstandsringe oder -hülsen ( 16; 17 ) ein elektrisch isolierendes, wärmeableitendes Material ( 27 ) in Form eines organisch bzw, anorganisch gebundenen Berylliumoxidwerkstoffes eingebracht ist₀

   Schleifringkörper für elektrische Maschinen nach fc Anspruch 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der

   mit einem berylliumoxidhaltigen Zement, Thermoplast oder Duroplast auszuschleudernden Schleifringbohrung ein zylindrischer Grundkörper ( 26 ) eingelegt ist.

   7» Schleifrinujkörper für elektrische Maschinen nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifringkörper itn Bindemittel getränkt ist.

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