DE2750410A1

DE2750410A1 - Schleifringanordnung

Info

Publication number: DE2750410A1
Application number: DE19772750410
Authority: DE
Inventors: Kurt Thoma; Viktor Zumsteg
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1977-11-11
Publication date: 1979-04-26
Also published as: BR7806842A; SE7810778L; FR2406902A1; GB2010021A; IT1099712B; JPS5462543A; IT7828787A0; DE7734576U1; AR215345A1

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Schleifringanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifringanordnung
für eine elektrische Maschine, bei der der Schleifringkörper einen Schleifring sowie einen Tragring und diese verbindende Stege umfasst, der Schleifring mit ring- oder wendelförmigen, bis zu achsparallelen Luftdurchtrittsöffnungen reichenden Nuten versehen ist.

Aus der CH-PS MlO 152 sind bereits Schleifringe an einer
elektrischen Maschine mit Kühleinrichtung bekannt, wobei zur Kühlung ein gasförmiges Kühlmittel durch Kanäle des Schleifringkörpers geblasen wird. In der Schleifringoberfläche sind Muten oder Rillen vorgesehen, die mit einem innerhalb des
Schleifringkörpers angeordneten Kühlmittelzuführungskanalsystem in Verbindung stehen. Das Kühlkanalsystem besteht aus achsparallelen Kanälen, die die Rillen oder Nuten an ihrem

Grund anschneiden. Diesen Kanälen wird über angenähert radiale, eine Gebläsewirkung ausübende Kanäle das gasförmige Kühlmittel zugeleitet.

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Derartigen Schleifringanordnungen liegt das Prinzip der Reibungspumpe zugrunde. Dabei ist die Kühlwirkung abhängig von der Drehzahl der Maschine. Die achsparallelen und radialen Kanäle sind relativ klein, sodass der Kühlmitteldurchsatz begrenzt ist. Die Vergrösserung der Kanäle ist jedoch mit Problemen behaftet, da nicht nur die Verringerung der Stegbreite zu Lasten der Festigkeit geht, sondern auch als-Folge der Zentrifugalkraft an verschiedenen Stellen eine unterschiedliche radiale Auslenkung auftreten kann. Letzteres führt zum Abheben der Bürsten vom Schleifring. Aufgrund der Grenzschichtreibung läuft mit dem Schleifring eine die Mantelfläche des Schleifringes bedeckende heisse Luftschicht um, die, da sie einen Strömungswiderstand für den Kühlmittelstrom bildet, die Leistung der als Reibungspumpe wirkenden Nuten oder Fällen erheblich einschränkt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schleifringanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die gegenüber dem Bekannten eine erheblich bessere Kühlung aufweist und bei der ein Abheben der Bürsten vom Schleifring vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Schleifringanordnung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass über den gesamten Umfang verteilt maximal 9 Stege vorgesehen sind, das Verhältnis der Stegbreite zur Oeffnungsbreite minde· stens 1 : 4 und höchstens 1 : 1 beträgt und Mittel zur Fremdbelüftung vorgesehen sind.

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Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass

a) durch die Fremdbelüftung des Schleifringes die mitrotierende Luftschicht durchbrochen und somit eine bessere Kühlung erzielt wird,

b) ein grosser Teil der unterschiedlichen radialen Auslenkung, die als Folge ..der Zentrifugalkraft auftritt, durch unterschiedliche Erwärmung kompensiert wird,

c) bei gleicher Grosse des Schleifringes die Bürstenbelastung um ca. ¹JO % erhöht werden kann,

d) der Kontaktwiderstand verringert wird,

e) die Konvektionsfläche für die vorb.eiströmende Luft stark verjerrössert wird.

Zweckmässigerweise ist als Mittel zur Fremdbelüftung eine Düse vorgesehen, die auf die Mantelfläche des Schleifringes gerichtet ist. Eine Düse, deren Länge gleich der Länge des Schleifringes ist und deren Breite etwa 15 % des Schleifringumfanges beträgt, hat sich als besonders geeignet erwiesen. Vorzugsweise ist eine Anzahl von 6 Stegen irorgesehen. Diese Ausführung ist im Hinblick auf die Herstellungskosten und die Verformbarkeit infolge von Fliehkrafteinwirkung als äusserst günstig anzusehen und hat sich in umfangreichen Versuchen bestens bewährt. Es ist von Vorteil, dass die axiale Länge des Tragringes geringer ist als die axiale Länge des Schleifringes. Dadurch ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Tragringen gross genug, dass Kriechströme entlang der Welle vermieden werden. Vorteilhaft ist die einstückige Ausführung des den Schleifring und Tragring sowie die Stege umfassenden Schleifringkörpers. Als Material für den

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Schleifringkörper ist eine Cu ΪΙΐ-30-Legierung wegen der guten mechanischen Eigenschaften, der grossen Festigkeit und der guten Korrosionsbeständigkeit besonders geeignet.

Der erfindungsgemässe Gegenstand wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen radialen Schnitt durch eine Schleifringanordnung mit Fremdbelüftung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1

In Fig. 1 ist ein Schleifringkörper 1 dargestellt, der einen Schleifring 2, einen Tragring 3 und sechs den Schleifring 2 mit dem Tragring 3 verbindende Stege 4 umfasst. Zwischen den Stegen 4 sowie dem Schleifring 2 und dem Tragring 3 sind achsparallele Luftdurchtrittsöffnungen 5 vorhanden. Der Tragring 3 ist auf einer Welle 6 unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie 7 aus Kapton und Nomex aufgeschrumpft. Nahe des Schleifringes 2 ist eine Düse 8 angeordnet, die senkrecht auf die Mantelfläche des Schleifringes 2 gerichtet ist.

In Fig. 2 ist ein Schleifringkörper 1, bestehend aus einem Schleifring 2, einem Tragring 3 und Stegen 4, dargestellt, der unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie 7 auf einer Welle 6 aufgeschrumpft ist. Der Schleifring 2 ist mit Rillen 9 versehen, die senkrecht zur Schleifringmantelfläche ver-

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laufen und von dieser bis zu den in Fig. 1 dargestellen Luftdurchtrittsöffnungen 5 reichen. Die Pfeile geben die Richtung der Luftströmung an.

Die Funktionsweise der im Ausführungsbeispiel dargestellten Schleifringanordnung wird wie folgt beschrieben:

Durch die Rotation des Schleifringes 2 wird aufgrund der Grenzschichtreibung an seiner Mantelfläche eine Luftschicht in Bewegung gesetzt, die mit dem Schleifring 2 umläuft. Diese Luftschicht, die bereits nach einer kurzen Betriebsdauer heiss ist, wird durch den mittels der Düse 8 auf die Schleifringmantelfläche geblasenen. Kühlluftstrom durchbrochen. Der aus der Düse 8 kommende Luftstrom ist so bemessen, dass er durch die Rillen 9 des Schleifringes 2 in die achsparallelen Luftdurchtrittsöffnungen 5 dringt und an den Schleifringseiten austritt. Das Durchbrechen der mit dem Schleifring 2 umlaufenden Luftschicht und der grössere Luftdurchsatz durch die Rillen 9 bewirken eine erheblich bessere Kühlung des Schleifringes und der Bürsten gegenüber den bisher bekannten Ausführungen.

Durch die Erfindung' wird noch ein weiterer wichtiger Effekt erzielt:

Bei Rotation des Schleifringes 2 tritt eine Zentrifugalkraft auf, die sich nicht an allen Stellen des Schleifringes gleich auswirkt. Die Zugspannungsfestigkeit des Schleifringes 2 ist im Bereich der Stege 4 grosser als in der Mitte zwischen zwei Stegen, d.h. jeweils zwischen zwei Stegen erfolgt eine radiale

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Auslenkung des Schleifringes, die zu Unebenheiten der Lauffläche führt. Gerade diese Partien werden von dem aus der Düse kommenden Kühlluftstrom intensiver gekühlt, da die Luft dort mit dem geringeren Widerstand durch die Rillen 9 strömen kann als im Bereich der Stege 4. Es erfolgt somit eine geringere Erwärmung des Schleifringes 2 im Bereich zwischen den Stegen 4 und somit auch eine geringere Wärmedehnung des I'aterials. Diese beiden gegeneinander gerichteten Wirkungen heben sich fast vollständig auf, wodurch eine Verformung der Schleifringoberfläche vermieden und ein Abheben der Bürsten verhindert wird.

Die erfindungsgemässe Anordnung, die selbstverständlich auch bei allen gasgekühlten Maschinen einsetzbar ist, ermöglicht eine um ca. ^O % höhere Bürstenbelastung als bei den bisher bekannten Ausführungen gleicher Grosse, bzw. bei gleicher Belastung eine Reduzierung der Schleifringlänge.

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Claims

-aien 9^/77 Patentansprüche

1.jSchleifringanordnung für eine elektrische Maschine, bei
der der Schleifringkörper einen Schleifring sov/ie einen
Tragring und diese verbindende Stege umfasst, der Schleifring mit ring- oder wendeiförmigen, bis zu achsparallelen
Luftdurchtrittsöffnungen reichenden Nuten versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass über den gesamten Umfang verteilt maximal neun Stege (⁴I) vorgesehen sind, das Verhältnis der Stegbreite zur Oeffnungsbreite mindestens 1 : ¹J und höchstens 1 : 1 beträgt und Mittel zur Fremdbelüftung vorgesehen sind.

2. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Mittel zur Fremdkühlung mindestens eine auf
die Mantelfläche des Schleifringes (2) gerichtete Düse (8) ist.

3. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sechs Stege (4) vorgesehen sind.

¹J. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Tragringes (3) geringer als die axiale Länge des Schleifringes (2) ist.

5. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Schleifring (2) und den Tragring (3) sowie die Stege (¹O umfassenden Schleifringkörper (1) einstückig ausgeführt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Schleifringanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlei fringkörper (1) aus einer Cu Hi 30-Legierung besteht.

7. Schleifringanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Düse (8) gleich der Länge des Schleifringes (2) und die Breite der Düse (3) etwa 15 % des Schleifringumfanges ist.

EEC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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