DE2325398A1

DE2325398A1 - Elektrische kontakteinrichtung

Info

Publication number: DE2325398A1
Application number: DE2325398A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof Dr Techn Dip Klaudy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-23
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1973-12-06
Also published as: FR2185871A1; FR2185871B1; JPS4950404A; US3835436A; GB1433143A; AT315956B; CA988594A; CH555095A

Description

Prof.. Br, teehn. Peter Klaudy 7FA 72/8707 Graz ·

Grillparzerstr. 55

Elektrische Kontakteinrichtung

(Die- Priorität der österreichischen Patentanmeldung Akt.Z. A 4433/72 v. '2J, Mai 1972 wird beansprucht)

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontakteinrichtung für hohe Ströme und hohe Stromabnahmegeschwindigkeiten mit einem ringförmigen, rotierenden metallischen Kontaktglied, mit dessen innerem Umfang ein rollenfÖrmiges, um eine Achse drehbares Kontaktglied aus festen Stoffen elektrisch in Berührung steht, und bei welcher die Geschwindigkeit am Umfang des rollenförmigen Kontaktgliedes mit d'er Geschwindigkeit am inneren Umfang des ringförmigen Kont.aktgliedes ganz oder nahezu ganz übereinstimmt.

Die Abnahme starker Ströme von schnell bewegten Maschinenteilen, beispielsweise Kollektoren, Schleifringen, Läuferoberflächen von Unipolarmaschinen usw.,.oder von Stromschienen zur Speisung elektrischer Triebfahrzeuge, verursacht bei hohen Stromstärken erhebliche Schwierigkeiten.

Kohlebürsten lassen sich nur bis zu Stromdichten von etwa 10 bis 15 A/cm an ihrer Berührungsfläche mit dem beweglichen Kontaktglied nid nur.bis zu Gleitgeschwindigkeiten von etwa 50 m/sec verwenden,■■weil sonst aus mechanischen und elektrischen Gründen kurzzeitige Stromunterbrechungen entstehen, die zu Lichtbogenerscheinungen und zur Korrosion der metallischen Oberflächen der Schleifringe oder Kollektorlamellen führen, auf denen die Bürsten gleiten. Diese Schwierigkeiten sind auch durch Erhöhung des Anpreßdruckes nicht zu vermeiden, weil dadurch eine erhöhte Reibung und damit eine unzulässige Erwärmung sowie Abnützungserscheinungen hervorgerufen werden.

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Man hai; deshalb bekanntlich bereits vorgeschlagen, die Stromabnahme, beispielsweise von Unipolarmaschinenläufern, unter Zuhilfenahme von gut elektrisch leitender Kontaktflüssigkeit, wie Quecksilber, Uatriumkalium oder dgl. zu erzielen, die durch Fliehkraftwirkung in halboffenen, rotierenden Rinnen gehalten wird. In die Kontaktflüssigkeit taucht bei diesen bekannten Kontakteinrichtungen längs des ganzen Umfanges ein feststehendes Kontaktglied -ein.

Bei solchen Kontakteinrichtungen, bei denen das feststehende Kontaktglied in der Kontaktflüssigkeit gleitet, ist jedoch die Reibung zwischen dem feststehenden Kontaktglied und der Kontaktflüssigkeit proportional zur eingetauchten Oberfläche des feststehenden Kontaktgliedes in die Kontaktflüssigkeit und nimmt stärker als quadratisch mit der Gleitgeschwindigkeit zu. Aus technologischen Gründen läßt sich die Berührungsfläche zwischen dem feststehenden Kontaktglied und der Kontaktflüssigkeit zwecks Begrenzung der Reibungsverluste nicht beliebig klein halten, da die Eintauchtiefe im Hinblick auf das Lagerspiel sowie auf auftretende Wärmedehnungen praktisch nicht kleiner als etwa 0,2 bis 0,3. mm gehalten, werden kann. Plüssigkeitskontakte solcher Art sind deshalb nur bis zu Gleitgeschwindigkeiten von etwa 40 bis 50 m/sec verwendbar. "

Zwecks Erhöhung dieser Gleitgeschwindigkeit wurde auch angeregt (US-Pa tent schrift 3 604 967), die Drehgeschwindigkeit des flüssigen Metalls über der Oberfläche des Kontaktringes durch Anwendung von Zwischenringen zu vermindern. Diese Maßnahme führt aber zu instabilem Verhalten.

Ferner wurde vorgeschlagen (österreichische Patentschrift 188 388 und britische Patentschrift 774 159),, die Kontaktflüssigkeit in den eng gehaltenen Spalt zwischen einem feststehenden Kontaktglied und einem rotierenden Kontaktglied einzuspritzen. Die Berührungsfläche der Kontaktflüssigkeit

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mit dem rotierenden Kontaktglied und damit die Reibungsverluste lassen sich dann begrenzen. Kontakten solcher Art haftet aber der Nachteil an, daß die Kontaktflüssigkeit in der an das,rotierende Kontaktglied angrenzenden Schicht hoch beschleunigt wird und nach ihrem Austritt aus dem •Kontaktspalt beim Auftreffen auf die Wände des Abflußkanals unter Bildung von Aerosol feinst zerstäubt wird, was zur Oxidation der Kontaktflüssigkeit und zu DichtungsSchwierigkeiten führt.

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Auch Rollkontakte wurden zur Übertragung hoher Ströme bei großen Kontaktgeschwindigkeiten bereits vorgeschlagen. Bei einer aus der deutschen Patentschrift 704 671 bekannten Kontakteinrichtung mit Rollkontakten ist ein ringförmiges, rotierendes metallisches Kontaktglied aus festem Material vorgesehen, mit dessen innerem Umfang ein rolLenförmiges, um eine Achse drehbares Kontaktglied aus festem Material elektrisch in Berührung steht. Da das rollenförmige Kontaktglied dabei vom ringförmigen Kontaktglied angetrieben wird, stimmt die Geschwindigkeit am Umfang des rollenförmigen Kontaktgliedes mit der Geschwindigkeit am inneren Umfang des ringförmigen Kontaktgliedes bei dieser Kontakteinrichtung etwa überein. Bei solchen Kontakteinrichtungen mit Rollkontakten tritt jedoch bei hohen Strombelastungen an den wirklichen Berührungsflächen zwischen den Kontaktgliedern, den sogenannten Hertz'sehen Flächen, durch die Stromerwärmung eine lokale Entfestigung des metallischen Werkstoffes der Rollen und infolge von Fliehkraftwirkung ein Abspringen des Materials auf, was Korrosionserscheinungen an den Oberflächen und damit bei längerem Betrieb eine unzulässige Erhöhung des Kontaktwiderstandes und Lichtbogenwirkung hervorruft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrischen Kontakteinrichtung für hohe Ströme und hohe Stromabnahmegeschwindigkeiten die geschilderten Nachteile zu ver-

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meiden. Insbesondere soll ein Kontakt mit möglichst geringem Kontaktwiderstand und möglichst kleinen Reibungsverlusten erreicht werden. Ferner .sollen auch Korrosionserscheinungen an den Kontaktoberflächen möglichst vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektrische Kontakteinrichtung mit einem ringförmigen, rotierenden metallischen Kontaktglied, mit dessen innerem Umfang ein rollenförmiges, um eine Achse drehbares Kontaktglied aus festen Stoffen elektrisch in Berührung steht, und bei welcher die Geschwindigkeit am Umfang des rollenförmigen Kontaktgliedes mit der Geschwindigkeit am inneren Umfang des ringförmigen Kontaktgliedes ganz oder nahezu ganz übereinstimmt, erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das ringförmige Kontaktglied aus gut elektrisch leitender, durch Fliehkraft in einer offenen Rinne gehaltener Kontaktflüssigkeit besteht.

Eine Angleichung der Umfangsgeschwindigkeit des rollenförmigen Kontaktgliedes an die Geschwindigkeit am inneren Umfang des ringförmigen Kontaktgliedes,· d.h. an die Geschwindigkeit des. rotierenden Kontaktflüssigkeitsringes, läßt sich dabei dadurch erreichen, daß das rollenfσrmige Kontaktglied an der Oberfläche, der Kontaktflüssigkeit abrollt.

Noch günstiger ist; es, wenn für das rollenförmige Kontaktglied ein eigener, separater Antrieb vorgesehen ist, der die Geschwindigkeit am Umfang des: rollenförmigen Kontaktgliedes ganz oder annähernd ganz der Geschwindigkeit am inneren Umfang, des ringförmigen Kontaktgliedes angleicht.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche des rollenförmigen Kontaktgliedes mit Rillen versehen ist.

Anhand einiger Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert; werden. Es zeigen

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Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Kontakteinrichtung,

Figuren 3 und 4 eine weiter® Ausführungsform eines rcllenförmigen Kontaktgliedes für eine Kontakteinrichtung geraäS der Erfindung,

In den Figuren 1 und 2 ist oine beispielhaft©, bevorzugte Ausführungsform einer srfindungsgemäBen Kontakteinrichtung dargestellt. Fig. 2 geigt-dabei einen Schnitt durch Fig« 1 entlang der Schnittlinie XX-IIo Die Kontakteinrichtung besteht aus einem ringförmigen Kontaktglied 1 aus einer elektrisch gut leitenden Kontaktflüssigkeit, beispielsweise aus Quecksilber, und einem rOllenförmigen Kontaktglied 2 aus einem festen Kontafctmaterial, beispielsweise aus einem gut elektrisch leitenden Metall» Der Kontak'tflüssigkeitsring 1 wird durch Fliehkraftwirkung in einer rotierenden Rinne 3 festgehalten5 die an einer großen Kontaktscheibe 4 oder am Läufer einer Maschine befestigt ist. Es können auch·· mehrere rollenförmige Kontaktglieder 2 vorgesehen sein« Die rollenförmigen Kontaktglieder 2 sind elektrisch gut leitend mit Wellen 5 verbunden, die in Lagern 6 gelagert sind. Die rollenförmigen Kontaktglieder 2 tauchen längs eines Teiles der Rollenoberfläche etwas in den rotierenden Kontaktflüssigkeitsring 1 ein»

Die Umfangsgeschwindigkeit V₁ der Kontaktrolle bzw. der Kontaktrollen 2 wird so gewählt, daß sie gleich oder nahezu gleich der .G-eschwindigkeit Vp des rotierenden Kontaktflüssigkeitsringes 1 ist. Dies läßt sich, wie bereits erwähnt, so erreichen,, daß die Kontaktrolle 2 unmittelbar an der Oberfläche des Kontaktflüssigkeitsringes 1 abrollt oder, was zur Vermeidung von unerwünschtem Schlupf noch günstiger ist, dadurch, daß die Kontaktrolle 2 separat-so angetrieben wird, daß ihre Oberflächengeschwindigkeit mit der G-eschvJin-

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digkeit der Kontaktflüssigkeit ganz oder nahezu ganz übereinstimmt. Gleitreibung zwischen der Kontaktflüssigkeit und der Kontaktrolle ist dann nahezu vermeidbar und die mechanischen Verluste bleiben auch bei hohen Umfa-ngsgeschwindigkeiten der Kontaktflüssigkeit gering.

Wie Pig. 1 erkennen läßt, fließt der Strom I von der Welle 7 der großen Kontaktscheibe 4 aus über den mit dieser Scheibe mitrotierenden Kontäktflüssigkeitaring 1 auf die mit der Kontaktflüssigkeit elektrisch in Berührung stehende Kontaktrolle 2 und von dort auf die Welle 5 der Kontaktrolle 2, von wo er infolge der geringeren Umfangsgeschwindigkeit der Welle 5 über Schleifkontakte 8 aus festen Körpern, beispielsweise Bürsten, oder Flüssigkeitskontakt® in bekannter Weise abgenommen werden kann.

Versuche haben gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die Oberfläche des rollenförmigen Kontaktgliedes mit Rillen zu versehen. In den Figuren 3 und 4- ist eine solche Kontaktrolle 11 mit Rillen 12 an ihrem Umfang dargestellt. Vorteilhaft läßt man die Kontaktrolle 11 nur soweit in die Kontaktflüssigkeit 13 eintauchen, daß die zahnartigen Erhebungen zwischen den Rillen nicht ganz innerhalb der Kontaktflüssigkeit liegen, d.h., daß die Rillen 12 nicht bis zum Rillengrund in die Kontaktflüssigkeit eintauchen. Die Kontaktflüssigkeit besitzt dann die Möglichkeit, in die freigebliebenen Plätze neben den Zähnen seitlich auszuweichen. Wirbelbildungen und Abspritzerscheinungen lassen sich dann vermeiden.

Der Erfindungsgedanke ist grundsätzlich auch zur Stromübertragung auf schnell bewegte Fahrzeuge von ortsfesten Stromübertragungsschienen aus geeignet, in denen sich die Kontaktflüssigkeit befindet. Die Kontaktrollen wären dabei so anzutreiben, daß sie an ihrem Umfang gegenüber der

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ruhenden Kontaktflüasigkeit trotz der Bewegung des Triebfahrzeuges keine oder nur eine geringe relative Geschwindigkeit besitzen. .

Claims

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Patentansprüche

ί 1 . !Elektrische Kon takte inri eh. "bung für hohe Ströme und hohe STromabnanmegeschwlndlgkeiten mit einem ringförmigen, rotierenden metallischen Kontaktglied, mit dessen innerem Umfang ein rollenförmiges, um eine Achse drehbares" Kontakt-

- glied aus festen Stoffen elektrisch in Berührung steht, und bei welcher die Geschwindigkeit am Umfang des rollenförmigen Kontaktgliedes mit der Geschwindigkeit am inneren Umfang des ringförmigen Kontaktglied«s ganz oder nahezu ganz übereinstimmt,, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kontaktglied aus gut elektrisch leitender, durch Fliehkraft in einer offenen Rinne gehaltener· Kontaktflüssigkeit besteht.
2. Elektrische' Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das rollenförmige Kontaktglied an der Oberfläche der -Kontaktflüssigkeit abrollt.
3. Elektrische Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das rollenförmige Kontaktglied ein eigener, die Geschwindigkeit am "Umfang des rollenförmigen Kantaktgliedes ganz oder angenähert ganz der Geschwindigkeit am inneren Umfang des ringförmigen Kontaktgliedes ' angleichender Antrieb vorgeseheil ist.
4. Elektrische Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des rollenförmlgen Kontakigliedes mit Rillen versehen 1st*