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Elektrische Kontakteinrichtung für hohe Ströme, insbesondere
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bei einer elektrischen Unipolarmaschine Die Erfindung betrifft eine
elektrische Kontakteinrichtung für hohe Ströme, bestehend aus einem Flüssigkeitskontakt
zwischen einem rotierenden, ringförmigen Teil und einem gegenüberstehenden, ebenfalls
ringförmigen stehenden Teil, die einen Ringspalt begrenzen, der von einer metallischen
Flüssigkeit ausgefüllt ist.
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Eine derartige Kontakteinrichtung, wie sie z. B. aus der DT-OS 23
35 134 bekannt ist, wird vor allem zur Übertragung extrem großer Ströme, wie sie
bei Unipolarmaschinen großer Leistung auftreten, zwischen einem rotierenden und
einem feststehenden Teil verwendet, weil die Spanriungsfälle unct Verluste verhältnismäßig
gering bleiben.
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Die Flüssigkeitskontkate bei Unipolarmaschinen befinden sich im Bereich
eines magnetischen Feldes, dessen Komponentetl in axialer, tangentialer und radialer
Richtung verlaufen. Von diesen Magnetfeldkomponenten ist besonders die radiale Komponente
kritisch, weil durch die Rotation in der metallischen Flüssigkeit und auf der Begrenzungsfläche
des Ringspaltes am rotierenden Teil eine Spannung ek induziert wird, deren Größe
der Größe der radialen Magnetfeldkomponente By, der Umfangsgeschwindigkeit v und
der Kontaktbreite b proportional ist. Diese Spannung ek ruft Kreisströme ik hervor,
die sic im wesertlichen über de fest-
sichenden. ringförmigen Teil
des Kontaktes durch die metallische Flüssigkeit hindurch schließen. Diese Kreisströme
rufen Verluste hervor, die so hoch werden können, daß sie den Betricb der Unipolarmaschinc
stark beeinträchtigen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die
radiale Magnetfeldkomponente induzierte Spannung ek und die durch sie bedingten
Krelsströme ik und Verluste auf geringfügige Werte z<l senken. Zur Lösung dieser
Aufgabe sind bei einer elektrischen Kontakteinrichtung für hohe Ströme der eingangs
beschriebenen Art gemäß der Erfindung seitlich neben dem Ringspalt Platten aus magnetisch
gut leitendem Material angeordnet, die in einer radialen Ebene liegen und sich von
einem äußeren Durchmesser, der größer als der des Ringspaltes ist, zu einem inneren
Durchmesser erstrecken, der kleiner als der Bereich ist, in dem sich die metallische
Flüssigkeit befindet. Diese auf beiden Kontaktseiten angeordneten Platten aus magnetisch
gut leitendem Material wirken für die radiale Magnetfeldkomponente wie Umlenkbrücken,
die dieses Feld von dem Bereich der metallischen Flüssigkeit durch Umlenkung fernhalten.
Voraussetzung ist dabei, daß die Gesamtflußdichte, herrührend von den drei Magnetfeldkomponenten,
hinreichend weit vom Sättigungszustand des Werkstoffes der Platten entfernt ist,
dies ist jedoch bei den meisten Maschinen der Hall, wenn diese einen Lisenrückschluß
für den Nutzfluß aufweisen.
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I)ie Platten können mit Vorteil aus geschichteten Eisenblechen bestehen,
bei denen die Bleche jeweils in einer radialen Ebene liegerj. Es empfiehlt sich,
die Platten in Umfangsrichtung durch Spalte zu unterbrechen, die mit unmagnetischem
Material gefüllt sind. Die Gesamtlänge der Spalte ist: so groß gewählt, daß die
lastst.rombedingte tangentiale Komponente des Magnetflusses so stark gesenlst wird,
daß diese mit Sicherheit noch keine magnetische Sättigung der Platten bewirkt.
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Es ist ferner vorteilhaft, die Platten in eine Umhüllung aus Isolierstoff
einzubetten, wodurch ein Schutz gegen einen chemischen
Angriff durch
die metallische Flüssigkeit erzielt wird. Man kann der Umhüllung aus Isolierstoff
auch eine solche Form geben, daß sie den Austritt der metallischen Flüssigkeit aus
den Ringspalt des Kontaktes bei Betrieb der Maschine verhindert. Dazu kann die Umhüllung
eine sich seitlich an den Ringspalt anschließenden, radial nach innen gerichteten
Spalt begrenzen, in welchem bei Betrieb der Maschine die metallische Flüssigkeit
durch die Zentrifugalkraft am Ausfließen verhindert wird.
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Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der Figuren 1 und 2 der
Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt als Längsschnitt schematisch den Aufbau
einer Kontakteinrichtung bekannter Art, während in Fig. 2, ebenfalls schemtisch,
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung teilweise im Längsschnitt und teilweise in
perspektivischer Ansicht dargestellt ist.
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Ein Flüssigkeitskontakt bekannter Art besteht (siehe Fig. 1) aus einem
stehenden,ringförmigen Teil 1, der einen um die Achse 2 rotierenden ringförmigen
Teil 3 umgibt. Zwischen beiden ringförmigen Teilen 1 und 3, die aus unmagnetischem
Material, wie z.B. Kupfer, besiehen, liegt der Ringspalt 4, der mit metallischer
Flüssigkeit 5 gefüllt ist. Zur Abdichtung gegen ein seitliches Herausfließen der
metallishcen Flüssigkeit 5 sind am stehenden ringförmigen Teil 1 seitliche Ringteile
6 angeordnet, die jeweils einen radial nach innen gerichteten Spalt 7 begrenzen,
in welchem bei Rotation der ringförmigen Teiles 3 die metallische Flüssigkeit 5
durch die Zentriefugalkraft festgehalten und somit an einem Ausfließen verhindert
wird.
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Der Flüssigkeit Kontakt wird innerhalb eines Magnetfeldes betrieben,
daß auch eine Rad. Die Magnetfeldkomponente By enthält.
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Diese radilae Magnetfeldkomponente By induziert bei Rotation <1<.'
i : f(:iLIjI)<1,. 1 i 1<: iiII)1ii1(('Ii wobei die Umfangsgeschwindigkeit
des ringförmigen Teiles 3 und die Breite des Länge @@@@keitskontakte darstellen.
Die
Spannungen ek rufen jeweils Kreisströme ik hervor, die sich
über die metallische Flüssigkeit 5 und den stillstehenden, ringförmigen Teil 1 schließen.
Diese Kreisströme ik verursachen ihrerseits Verluste ik . r, die bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten
v oder größeren Breiten b des Flüssigkeitskontaktes auch bei noch relativ niedrigem
radialem Magnetfeld By sehr große Werte annehmen können.
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Um die durch die radiale Magnetfeldkomponente By hervorgerufenen Verluste
gering halten zu können, sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Flüssigkeitskontakt
gemäß der Erfindung seitlich neben dem Ringspalt 4 Platten 8 aus magnetisch gut
leitendem Material angeordnet, die aus geschichteten Eisenblechen bestehen, die
teweils in einer radialen Ebene liegen. Diese Platten 8 erstrecken sich von einem
äußeren Durchmesser, der größer als der Durchmesser des Ringspaltes 4 ist, zu einem
inneren Durchmesser, der kleiner als der Bereich ist, in dem sich die metallische
FLüssigkeit 5 befindet. Dadurch bilden die Platten 8 magnetisch gut leitende Umlenkbrücken
für den radialen Flußantcil diy, der dadurch zum größten Teil um den mit der metallischen
Flüssigkeit 5 ausgefüllten Ringspalt 4 und die seitLichen Spalte 7 herumgeleitet
wird. Die Größe der im Bereich des Ringspaltes 4 induzierten Spannungen ek wird
dadurch stark verringrt. Auf den Seltenflächen 9 des rotierenden ringförmigen Telles
6 ist eine Isolierung angeordnet, so daß die durch den austretenden Fluß dort induzierten
Spannungen keine Wirbelströme von Bedeutung zwischen dem rotiernden ringförmigen
Teil 3 und der metallschen Flüssigkeit 5 hervorrufen können Die Platten 8 aus magnetisch
gut leitendem Material sind in einer Umhüllung 10 aus Isolierstoff eingebettet.
Diese Umhüllung 10 liegt an den Seitenflächen 11 des ringförmigen stehenden Teiles
1 an und begrenzt den zur Abdichtung gegen ein seitliches Austreten der metallischen
Flüssigkeit dienenden, radial nach innen gerichtetetn Spalt 7. Zugleich schütz die
Umhüllung; 10 auch die
Platten 8 vor einen chemischen Angriff durch
die metallische Flüssigkeit.
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Die Platten 8 sind weiterhin in Umfangsrichtung durch Spalte 12 unterbrochen,
die mit unmagnetischem Material gefüllt sind, z. B.
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dem Material der Umhüllung 10. Diese Spalte 12 verringern die laststrombedingte
tangentiale Flußkomponente und ihre gesamte Länge wird so gewählt, daß bei den gegebenen
Feldverhältnissen die Platten 8 nicht in den Bereich der Sittigung geraten.
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5 Ansprüche 2 Figuren