DE2457585B1 - Rotierende Gleichrichteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Gleichrichteranordnung in Drehstrombrückenschaltung für elektrische Maschinen mit zwei isoliert auf der Welle aufgesetzten Trägerrädern mit Ringflanschen, an deren innendurchmesser die aktiven Bauteile in Form von Kühlkörpern, Gleichrichterzellen und Sicherungen angeordnet sind und wobei die beiden Trägerräder die Gleichstrompole bilden und der Gleichstrom über radiale Bolzen zu den axial in der Welle verlaufenden Gleichstromleitungen geleitet wird.

Eine derartige Anordnung ist aus der DT-OS 23 04 935 bekannt. Dabei sind alle zu einem der parallelen Zweige gehörenden Bauelemente einschließlich des zugehörigen einspeisenden Drehstromleiters in einer Radialebene des Trägerrades angeordnet. Die maximale Besetzung eines Rades mit aktiven Bauelementen setzt möglichst viele nutzbringende Radialebenen voraus, wie sie sich bei kleinstmöglicher und gleichmäßiger Teilung am Umfang ergeben. Da die Drehstromleiter dabei ebenfalls in gleichmäßiger Teilung am Wellenumfang angeordnet sind, ergibt sich die Schwierigkeit, die radialen Stromverbindungsbolzen von den Gleichstrompolen zu den axial in der Welle verlegten Gleichstromleitungen unterzubringen, es sei denn, man führt die Drehstromleiter schon im Bereich des einen Ringflansches von der Wellenoberfläche radial nach außen zum Innenumfang dieses Flansches, was aber zusätzliche Fliehkräfte und Schwierigkeiten bei den entsprechenden Verbindungen bedeutet. Da darüber hinaus Turbogeneratoren, für die derartige Gleichrichteranordnungen im'wesentlichen Anwendung finden, in einer Wasserstoffatmosphäre laufen und dieser Wasserstoff in der Welle entlang den Gleichstromleitungen strömen kann, sind für herkömmliche radiale Stromverbindungsbolzen besondere Abdichtungsmaßnahmen zu treffen, die bei unterschiedlichen Wärmedehnungen leicht zu Undichtigkeiten führen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Trägerräder und die radialen Stromverbindungsbolzen so auszubilden, daß die Besetzung des Wellenumfangs mit Drehstromleitern in gleichmäßiger Teilung möglich und das Teilungsmaß nicht von den Stromverbindungsbolzen bestimmt ist. Darüber hinaus soll eine ausreichende Gasdichtigkeit gegen etwaige Wasserstoffansammlung in der Mittenbohrung der Welle mit einfachen Mitteln gewährleistet und der Aus- und Einbau sämtlicher zur Gleichstromleitung gehörenden Teile zu Prüfungs- und Überholungszwecken mit einfachem Montageaufwand möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Trägerräder aus jeweils einem isoliert auf die Welle aufgesetzten Zwischenring aus unmagnetischem Material und der auf den Zwischenring unisoliert aufgeschrumpften Trägerradnabe zusammengesetzt sind und daß mindestens ein den Zwischenring und die Welle bis zu dem zugehörigen axialen Gleichstromleiter radial durchdringender Verbindungsbolzen vorgesehen ist, dessen Kopf mit der Trägerradnabe und dem Zwischenring kontaktiert. Der Zwischenring weist dabei Axialbohrungen in gleichmäßiger Teilung zur Durchführung der Drehstromleiter auf.

Mit einer derartigen Ausbildung der Trägerräder und' der Stromverbindungsbolzen ist eine Besetzung des Wellenumfanges mit Drehstromleitern in gleichmäßiger Teilung möglich.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt in radialer Richtung durch eine gesamte Gleichrichteranordnung mit zwei Träger-

ORIGINAL INSPECTED

rädern,

F i g. 2 einen Längsschnitt in Vergrößerung durch einen Zwischenring und den Kopf des zugehörigen Stromverbindungsbolzen,

F i g. 3 eine Aufsicht auf den Bolzenkopf,

Fig.4 einen Querschnitt, entsprechend Ansicht IV nach F i g. 2, durch einen Zwischenring im Bereich eines Stromverbindungsbolzens und der benachbarten Drehstromleiter und

F i g. 5 einen Querschnitt durch die in einer Wellenbohrung verlegten Gleichstromleitungen im Bereich der • Einmündung zweier radialer Stromverbindungsbolzen.

Wie aus dem Längsschnitt nach F i g. 1 zu ersehen ist, ist auf die Welle 1 der nicht näher dargestellten Erregermaschine bzw. des Generators zunächst — isoliert durch eine Zwischenlage 2 — ein Zwischenring 3 aus unmagnetischem Material aufgesetzt. Dieser unmagnetische Zwischenring dient zur Durchführung der Drehstromleiter 4, wie noch später erläutert wird. Auf diesen Zwischenring 3 ist dann die Nabe 5 des eigentlichen Trägerrades 6 unisoliert aufgeschrumpft. Das Trägerrad 6 weist ferner in herkömmlicher Weise am äußeren Umfang den mit der Nabe 5 einstückig ausgebildeten Flanschring 7 auf, der alle aktiven Bauelemente, wie Kühlkörper 8, Gleichrichterzellen 9 und Sicherungen 10 trägt. Zur Aufnahme der durch die aktiven Bauelemente hervorgerufenen Fliehkräfte ist auf den innenliegenden Flanschring 7 noch ein Kappenring 11 aus hochfestem Material aufgeschrumpft. Das Trägerrad 6 bildet dabei gleichzeitig den einen Gleichstrompol der Anordnung, während der andere Pol durch das Trägerrad 6' gebildet wird, das in gleicher Weise, jedoch spiegelbildlich aufgebaut und Rücken an Rücken zum ersten Trägerrad 6 montiert ist.

Um nun eine optimale Ausnutzung des Trägerradringflansches für die Unterbringung der aktiven Bauelemente in möglichst vielen Radialebenen bei kleinstmöglicher und gleichmäßiger Teilung am Umfang zu erreichen, und um gleichzeitig die Drehstromleiter ebenfalls in gleichmäßiger Teilung am Wellenumfang anzuordnen, wird der Gleichstrom direkt von der Trägerradnabe 5 über mindestens einen radialen Bolzen

12 in den zugehörigen, in einer axialen Wellenbohrung

13 verlegten Gleichstromleiter 14 geleitet. Der Stromverbindungsbolzen 12 durchdringt dabei den Zwischenring 3 und die Welle 1 in radialer Richtung bis in den Gleichstromleiter 14, wobei der Kopf 15 des Bolzens 12 sowohl mit der Trägerradnabe 5 als auch mit dem Zwischenring 3 in elektrischem Kontakt steht.

Diese Kontaktierung und Führung des Bolzens 12 ist im vergrößerten Maßstab in F i g. 2 und 3 gezeigt. Der radial von außen in eine entsprechende Bohrung 16 des Zwischenringes 3 einzusetzende Bolzen 12 weist dabei einen Kopf 15 mit einem größeren Durchmesser als dem des eigentlichen Bolzenschaftes auf. Der Bolzenkopf 15 ist dabei über radiale Schrauben 17 und 18 in der Nähe seines Außenumfanges mit dem Zwischenring 3 fest verspannt. Um einen guten Kontakt zwischen der Oberfläche 20 des Bolzenkopfes 15 und der Schrumpffläche 21 der Trägerradnabe 5 zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die Stirnfläche 20 nach Einsetzen des Bolzens 12 gemeinsam mit der Außenfläche 22 des Zwischenringes 3 fertigbearbeitet wird. Durch Einsetzen einer Blechbeilage 19 zwischen der vorstehenden Unterseite des Bolzenkopfes 15 und der entsprechenden Anlagefläche des Zwischenringes 3 ergeben sich zusammen mit der Schrumpfpressung der Trägerradnabe 5 genau definierte Kontaktdrücke. Um zusätzlich den Kontakt zwischen der Umfangsfläche des Bolzenkopfes 15 und dem Zwischenring 3 zu verbessern, können in dem Spalt zwischen Bolzenkopf 15 und der Bohrung 16 des Zwischenringes 3 eine oder mehrere Reihen von Kontakt-Lamellenbändern 40 angeordnet sein. Der Bolzen 12 weist ferner noch einen axial durchgehenden Spannbolzen 23 auf, der zur Verspannung des Stromleitungsbolzens 12 mit dem Gleichstromleiter 14 dient, wie noch später erläutert wird.

Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, sind in gleichmäßiger Teilung in der Nähe des Außendurchmessers des Zwischenringes 3 axiale Bohrungen 25 vorgesehen, durch die die Drehstromleiter 4 von der Drehstromerregermaschine durch die Zwischenringe 3 zu den Gleichrichterzellen 9 des Trägerrades 6 (siehe Fig. 1) geführt werden. Um eine gleichmäßige Teilung dieser Drehstromleiterdurchführungen beibehalten zu können, weist der Kopf 15 des Bolzens 12 seitliche Aussparungen 26 auf, die mit den entsprechenden Bohrungen 25 im Zwischenring 3 fluchten. Die Funktion der radialen Stromverbindungsbolzen 12 ist dadurch jedoch nicht beeinträchtigt, da noch genügend stromleitender Querschnitt zur Verfügung steht. Gegebenenfalls ist es jedoch möglich, die Bohrungen 25, die den Bolzenkopf 15 anschneiden, in ihrer Teilung etwas zu versetzen, so daß sie in einem größeren Abstand voneinander liegen.

Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch die Axialbohrung 13 der Welle 1 mit den beiden Gleichstromleitern 14 und 30, die — wie bereits aus F i g. 1 zu ersehen ist — über die Bolzen 12 bzw. 31 mit den entsprechenden Trägerrädern bzw. Gleichstrompolen 6 und 6' in Verbindung stehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind von jedem Trägerrad 6 zwei Stromverbindungsbolzen 12 und 12' vorgesehen, die in entsprechenden radialen Bohrungen 32 und 33 im zugehörigen Gleichstromleiter 14 münden. Zur festen Kontaktierung der Bolzen 12 mit dem Leiter 14 ist jeweils das untere Ende des Bolzens mit einer konisch zulaufenden Axialbohrung 34 versehen und weist entsprechende radiale Einschnitte auf. Dabei ist in den so gebildeten Spreizkontakt 35 ein konusförmiger Einsatz 36 eingesetzt, der über den in den Einsatz eingeschraubten und den Bolzen axial durchsetzenden Spannbolzen 23 gegen den Spreizkontakt 35 verspannt ist. Dadurch ist einerseits eine feste Kontaktierung mit dem zugehörigen Gleichstromleiter 14 gewährleistet, andererseits wird aber auch ein Gleiten in radialer Richtung bei unterschiedlichen Wärmedehnungen ermöglicht.

Mit der beschriebenen Anordnung ist eine einfache Stromverbindung vom Trägerrad zu den in der Welle verlegten Gleichstromleitern möglich, wobei eine Besetzung des Wellenumfangs mit Drehstromleitern in gleichmäßiger Teilung nicht behindert ist. Darüber hinaus sind Aus- und Einbau der kompletten Gleichstromleitung nach Abschrumpfen der Trägerringe möglich. Auch sind keine gesonderten Dichtungen an den Stromleitungsbolzen im Falle eines Defektes der generatorseiitjgen Wasserstoffdichtung erforderlich, da alle denkbar« Austritte für Wasserstoffgas an den radialen Bohräsosgera von Flächen umschlossen sind, auf die Zwischenring- bzw. Trägerradnabe aufgeschrumpft sjnd. Das ergibt zwar keine absolute Dichtheit, jedoch sind zusamme« mit zusätzlichen Maßnahmen, wie beispielsweise einem Luftaustausch unter der Erregermaschinenabdeefaifig, ausreichende Dichtheiten gewährleistet, ohne daß besondere, sehr störungsanfällige Gasdichtungen erforderlich wären. ·

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Rotierende Gleichrichteranordnung in Drehstrombrückenschaltung für elektrische Maschinen mit zwei isoliert auf der Welle aufgesetzten Trägerrädern mit Ringflanschen, an deren Innendurchmesser die aktiven Bauteile in Form von Kühlkörpern, Gleichrichterzellen und Sicherungen angeordnet sind und wobei die beiden Trägerräder die Gleichstrompole bilden und der Gleichstrom über radiale Bolzen zu den axial in der Welle verlaufenden Gleichstromleitungen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerräder (6, 6') aus jeweils einem isoliert auf die Welle (1) aufgesetzten Zwischenring (3) aus unmagnetischem Material und der auf den Zwischenring (3) unisoliert aufgeschrumpften Trägerradnabe (5) zusammengesetzt sind und daß mindestens ein den Zwischenring (3) und die Welle (1) bis zu dem zugehörigen axialen Gleichstromleiter (14) radial durchdringender Stromverbindungsbolzen (12) Vorgesehen ist, dessen Kopf (15) mit der Trägerradnabe (5) und dem Zwischenring (3) kontaktiert.

2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (3) Axialbohrungen (25) in gleichmäßiger Teilung zur Durchführung der Drehstromleiter (4) aufweist.

3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverbindungsbolzen (12) einen Kopf (15) größeren Durchmessers aufweist und über radiale Schrauben (17,18) mit dem Zwischenring (3) verspannt ist.

4. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverbindungsbolzen (12) an seinem in eine radiale Bohrung (32) des zugehörigen Gleichstromleiters (14) ragenden Ende eine konisch zulaufende Axialbohrung (34) und radiale Einschnitte aufweist und daß in den so gebildeten Spreizkontakt (35) ein konusförmiger Einsatz (36) eingesetzt ist, der über einen in den Einsatz (36) eingeschraubten und den Stromverbindungsbolzen (12) axial durchsetzenden Spannbolzen (23) gegen den Bolzenkopf (15) und Spreizkontakt (35) verspannt ist.

5. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vorstehenden Unterseite des Bolzenkopfes (15) und der entsprechenden Anlagefläche des Zwischenringes (3) Blechbeilagen (19) eingesetzt sind.

6. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenkopf (15) seitliche Aussparungen (26) zur Durchführung der Drehstromleiter (4) aufweist.

7. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spalt zwischen Bolzenkopf (15) und der Bohrung (16) des Zwischenringes (3) eine oder mehrere Reihen von Kontakt-Lamellenbändern (40) angeordnet sind.