DE2856762A1

DE2856762A1 - Stromzufuehrungseinrichtung fuer die rotorwicklung einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE2856762A1
Application number: DE19782856762
Authority: DE
Inventors: Vladimir Stepanovi Vittschenko
Original assignee: VITTSCHENKO
Current assignee: VITTSCHENKO
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1980-07-24
Also published as: FR2445056A1; FR2445056B1; US4267475A

Description

SCHIPF V. FDNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUs' FINCK " "

B-eschreibung

Die vorliegende Erfindung "betrifft elektrische Maschinen, insbesondere Stromzuführungseinrichtungen für die Rotorwicklung einer elektrischen Maschine ₀

Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung in sehneHäufenden leistungsfähigen Turbogeneratoren verwendet werden, bei denen ein unterbrechungsloser Dauerbetrieb der Bürstenkontakteinrichtung des Generators bei sichere¹". Ecregerstromübertragung in die Rotorwicklung des Generators gewährleistet sein soll. <

Während des Betriebs eines leistungsfähigen schnelllaufenden Generators wird der · Rotorwicklung ein ziemlich hoher Erregerstrom zugeführt, dessen Zuleitung von den Bürsten der Burst enkont akt einrichtung zu der Wicklung über einen auf die Rotorwelle aufgesetzten Schleifring erfolgt. Dabei ist der Schleifring wesentlichen,

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ORIGINAL INSPECTED

durch die hohe Drehzahl der Welle bedingten- mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt · Er wird daher aus Metall mit hoher Festigkeit hergestellt. , Weil der hohe Erregerstrom gemäß einer Reihe konstruktionsbedingter Gründe vom Schleifring nur an einem bestimmten Abschnitt desselben abgeleitet wird, entstehen im Hing Wärmegefälle, die zu einem schnellen Verschleiß sowohl der Bürsten als auch des Hings führen und die Übertragung des Erregerstroms in die Wicklung verschlechtern· Dabei wird dieser Vorgang durch die schlechten elektrischen Kenndaten des Eingwerkstoffs noch mehr verstärkt. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Lösung der Aufgabe einer wesentlichen Herabsetzung dieser Gefälle und entsprechend einer Verbesserung der Erregerstromübertragung.

Es 5ßt eine Stromzuführungseinrichtung für die Rotors wicklung einer elektrischen Maschine bekannt (siehe z« B. den Urheberschein der UdSSE Nr, 256.043), die einen aus Stahl ausgeführten, auf die Rotorwelle der elektrischen Maschine über eine Elektroisolierschicht aufgesetzten Schleifring enthält. Diese Einrichtung enthält auch einen Stromverteilungsring, der an der Stirnseite des Schleifrings angeordnet ist und an dem die mit der Eotorwiclclung der elektrischen Maschine elektrisch verbundene Stromleitungsschiene befestigt wird. Der Strom-

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Verteilungsring ist aus einem den elektrischen Strom gut leitenden Werkstoff ausgeführt und steht in elektrischem Kontakt mit dem Schleifring über eine zusätzliche stromleitende Schicht, die in Form von mehreren segmentartigen Zwischenlagen ausgeführt ist, welche am Umfang Stoß an Stoß eine zur anderen zwischen den zueinandergerichteten Stirnflächen des Schleifrings und des Stromverteilungsrings angeordnet sind, wobei die elektrische Leitfähigkeit jeder von ihnen mit dem Abstand über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromschiene am Stromverteilungsring ansteigt, was den Zweck der Gewährleistung einer gleichmäßigen Stromverteilung zwischen dem Schleifring und dem Stromverteilungsring hat. Dabei wird jede segmentartige Zwischenlage aus einem Werkstoff ausgeführt, dessen spezifischer elektrischer Widerstand geringer als beim V/erkstoff des Schleifrings, jedoch höher als beim Werkstoff des Stromverteilungsrings ist. Mit der äußeren Oberfläche des Schleifrings kontaktieren die Bürsten der zur Bürstenkontakteinrichtung der elektrischen Maschine gehörenden Stromsammeischienen,

Der bekannte Aufbau der Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung einer elektrischen Maschine weist jedoch eine Reihe von bestimmten·Nachteilen auf.

Erstens wird der elektrische Strom, der während des Betriebs der elektrischen Maschine zwischen der Strom-

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sammelschiene der Bürstenkontakteinrichtung und der am Stromverteilungsring befestigten Stromleitungsschien'e fließt, weil sich die Leitfähigkeit, der aus einzelnen Zwischenlagen bestehenden zusätzlichen stromleitenden Schicht über den Kreisbogen sprungartig von einer Zwischenlage zur anderen verändert, ungenügend stetig über den Umfang des Schleifrings verteilt. Außerdem übt auf die stetige Stromverteilung über den Umfang des Schleifrings einen negativen Einfluß das Vorhandensein von Übergangskontakten zwischen den Zwischenlagen an den Stellen ihrer gegenseitigen Stoßverbindungen aus· Die ungenügende Stetigkeit der Stromverteilung führt dazu, daß der vorgegebene Verlauf der Stromverteilung über den Umfang zwischen nebeneinanderliegenden Punkten desselben nicht ,, _fi genau eingehalten wird. Das ruft wiederum eine ungleichmäßige Erwärmung des Schleifrings und der mit ihm in Berührung stehenden Bürsten sowie einen damit verbundenen mechanischen und elektrischen Verschleiß dieser Bürsten und in einem bestimmten Maß des Schleifrings hervor, wodurch die Betriebssicherheit der Bürstenkontakteinrichtung der elektrischen Maschine herabgesetzt wird·

Zmeitens muß zu den Nachteilen des bekannten Aufbaus auch der Umstand hinzugerechnet werden] daß die segmentartigen Zwischenlagen aus einem Werkstoff hergestellt werden, der einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand im Vergleich mit dem Werkstoff des Schleifrings aufweist·

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Dieser Umstand sowie derjenige, daß an den Stoßstellen zwischen den einzelnen Zwischenlagen elektrische Übergangskontaktwiderstände vorhanden sind, setzt das Stromübertragungsvermögen der zusätzlichen stromleitenden Schicht herab, und führt bei großen Erregerströmen der elektrischen Maschine zu einer gewissen Erhöhung der Wärmeverluste aus der der Erregerwicklung zugeführten Leistung.

Drittens weist der bekannte Aufbau der Stromzufuhr* rungseinrichtung eine gewisse Kompliziertheit der Fertigungstechnologie einzelner zu ihrem Bestand gehörenden Elemente und deren nachfolgenden Montage auf, da zur Gewährleistung eines befriedigenden Betriebs dieser Konstruktion eine bestimmte Anzahl von Zwischenlagen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit verwendet werden muß, wobei die Lage jeder Zwischenlage mit Hilfe spezieller Befestigungselemente genau fixiert werden soll. Dabei ist zum Erhalten eines Widerstandswerts der Übergangskoncakte dieser Zwischenlagen, der den vorgegebenen Wert nicht überschreitet, sowie zu dessen Herabsetzung, was für die Verminderung der Zwischenlagenerwärmung beim Betrieb der elektrischen Maschine nötig ist, eine Erhöhung der technologischen Anforderungen inbezug auf die Feinheit und Genauigkeit der mechanischen Bearbeitung der kontaktierenden Zwischenlagenoberflächen bei deren Herstellung und eine sorgfältige gegenseitige Anpassung der Zwischenlagen bei der Montage der Einrich-

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tung erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde., eine einfache und betriebssichere Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung einer elektrischen Maschine zu schaffen, , in der die zusätzliche, den Schleifring mit dem Stromverteilungsring elektrisch verbindende stromleitende Schicht ein erhöhtes Stromübertragungsvermögen aufweist und eine ausreichend gleichmäßige und stetige Verteilung des über den Schleifring zwischen den Bürsten der Bürstenkontakteinrichtung und der mit der Rotorwicklung der elektrischen Maschine verbundenen Stromführungsschiene fließenden Stroms gewährleistet.

Zur Lösung der gestellten technischen Aufgabe ist eiixe Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung der elek-.trischen M_sschine vorgeschlagen, die einen Schleifring, der auf die Rotorwelle über eine Elektroisolierschicht aufgesetzt ist und die Bürsten der Stromsammeischienen der Bürstenkontakt einrichtung der

elektrischen Maschine berührt, sowie einen Stromverteilungsring enthält, der an der Stirnseite des Schleifrings angeordnet ist, eine an diesem befestigte, mit der Rotorwicklung elektrisch verbundene Stromführungsschiene besitzt und mit dem Schleifring über eine zusätzliche, aus einem Werkstoff mit einem geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als der Werkstoff des Schleifrings

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ausgeführte stromleitende Schicht in elektrischem Kontakt steht · Erfindungsgemäß ist die zusätzliche stromleitende Schicht aus einem homogenen Werkstoff ausgeführt und weist eine sich über den Umfang ändereüde Querschnittsfläche auf, die sich mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungs-»- schiene am Stromverteilungsring vergrößert.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung einer elektrischen Maschine besteht im Vergleich mit dem bekannten Aufbau einer solchen Einrichtung darin, daß in ihr infolge der Änderung der Querschnittsfläche der zμsätzlichen stromleitenden Schicht nach dem angegebenen Gesetz und der Homogenität des Werkstoffs dieser Schicht eine stetige und gleichmäßige Verteilung des elektrischen Stroms über den Umfang des Schleifrings, der beim Betrieb der elektrischen Maschine durch diesen Ring zwischen der Stromsammeischiene der Bürstenkontakteinrichtung und der Stromschiene der Rotorwicklung fließt, gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß kann die zusätzliche stromleitende' Schicht aus dem gleichen Werkstoff wie der Stromverteilungsring ausgeführt werden.

Die Ausführung der zusätzlichen stromleitenden Schicht und des Stromverteilungsrings aus dem gleichen Werkstoff vereinfacht die· Herstellung der Stromzuführungseinrichtung und gewährleistet, wenn man berücksichtigt, daß der

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Stromverteilungsring.aus einem Werkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit gefertigt wird, die Möglichkeit einer Erhöhung des StromübertragungsverraÖgens der zusätzlichen stromleitenden Schicht.

Vorzugsweise ist die zusätzliche stromleitende Schicht in Form eines flachen ringförmigen Vor.. Sprungs am Stromverteilungsring ausgeführt, der an der den Schleifring zugewandten Stirnfläche dieses Rings angeordnet wird.

Wenn der Stromverteilungsring und die zusätzliche stromleitende Schicht als Ganzes ausgeführt sind, wird die Herstellung der Stromzuführungseinrichtung dadurch vereinfacht, daß dabei die genaue Kopplung des Schleifrings, der zusätzlichen stromleitenden Schicht uftd des Stromverteilungsrings erleichtert wird. Außerdem-fehlt dabei eine Uhergangskontaktschicht zwischen dem Stromverteilungsring und der zusätzlichen stromleitenden Schicht, wodurch sich die Möglichkeit zur Erhöhung des Stromübertragungsvermögens der letzteren und zu einer gewissen Herabsetzung der Verluste aus der der Rotorwicklung der elektrischen Maschine zugeführten Leistung ergibt.

In eine*" anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung ist die zusätzliche stromleitende Schicht in Form einer flachen Scheibe ausgeführt, die zwischen dem Schleifring und dem Stromverteilungsring eingesetzt wird.

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Die Ausführung der zusätzlichen stromleitenden Schicht in Form einer separaten flachen Scheibe ergibt die Möglichkeit jaur Herstellung dieser Schicht aus Werkstoffen mit guten und dauernd beständigen elektrischen Kontakteigenschaften. Das gewährleistet ein erhöhtes Stromübertragungsvermögen der zusätzlichen stromleitenden Schicht und, was noch wichtiger ist, eire dauernde und sichere Wirkung der Stromzuführungseinrichtung sogar beim Betrieb der elektrischen Maschine i^m Freien und in aggressiv wirkenden Medien. -

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche stromleitende Schicht an den Innenflächen des Schleifrings und des Stromverteilungsrings angebracht, und die Innenbohrungen dieser Hinge sind mit einer Exzentrizität ausgeführt, die dem Änderungsverlauf der Querschnittsfläche der zusätzlichen stromleitenden Schicht entspricht.

Diese Anordnung der zusätzlichen stromleitenden Schicht gewährleistet eine gleichmäßige und stetige Verteilung des während des Betriebs der elektrischen Maschine durch den Schleifring zwischen den Stromsammelschienen der Bürstenkontakteinrichtung und der Stromschiene der fiotorwicklung fließenden Stroms über die Breite des Schleifrings infolge des Durchflusses dieses Stroms von der Außenfläche des Schleifrings, mit der die Bürsten kontaktieren, durch den Körper dieses Kings zur Außenfläche der Buchse

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der zusätzlichen stromleitenden Schicht über die ganze Breite des Schleifrings. Dabei gewährleistet die vergrößerte Berührungsfläche des Schleifrings mit der zusätzlichen stromleitenden Schicht die Möglichkeit zur Er~ höhung des Stromübertragungsvermögens dieser Schicht und gute Wärmeleitungsbedingungen vom Schleifring in diese Schicht und weiter in den Stromverteilungsring·

Im letzteren oben angeführten Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung kann zwischen den zu kop»* "_v pelenden Stirnflächen des Schleifrings urid des Stromverteilungsrings eine Elektr©isolierschicht untergebracht werden.

Das gewährleistet eine zusätzliche Verbesserung der gleichmäßigen Verteilung des während des Betriebs der elektrischen Maschine durch den Schleifring fließenden Stroms über die Breite dieses Rings infolge der Ausschaltung einer Möglichkeit zum Durchfließen des Stroms zwischen dem Schleifring und dem Stromverteilungsring über deren gekoppelte Stirnflächen·

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche stromleitende Schicht an den Innenflächen von Lüftungskanälen angebracht, von denen jeder durch ein Paar von vielen durchlaufenden Öffnungen gebildet wird, die im Schleifring und im Stromverteilungsring so ausgeführt sind, daß sie gleichmäßig

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verteilt an entsprechenden Kreislinien dieser Hinge liegen, ihre Längsachsen parallel zu den Achsen dieser Ringe verlaufen lind jede durchlaufende Öffnung des Schleifrings gegenüber einer öffnung des Stroinverteilungsrings an einer Achse mit dieser liegt, wobei die zusätzliche stromleitende Schicht Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken bildet, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden öffnungen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene am Stromverteilungsring vergrößern.

Diese Ausführung der zusätzlichen stromleitenden Schicht gewährleistet eine gleichmäßige und stetige Verteilung des beim Betrieb der elektrischen Maschine durch den Schleifring zwischen den Stromsammeischienen der Bürstenkontakteinrichtung und den Stromschienen der Rotorwicklung fließenden Stroms über die ganze Breite des Schleifrings· Dies ist bedingt durch das Durchfließen dieses Stroms von der Außenfläche 'des Schleifrings, mit der die Bürsten kontaktieren, durch den Körper dieses Sings zu den Außenflächen jedes Rohrs der zusätzlichen stromleitenden Schicht über die ganze Breite des Schleifrings und längs Wegen, die eine relativ geringe und fast identische Länge haben. Das ist dadurch bedingt, daß die· Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht infolge deren Anordnung in den Lüftungskanälen über die ganze Breite des Schleifrings verteilt und im Körper dieses Rings an vielen Stellen und

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verhältnismäßig nahe an dessen Außenfläche untergebracht sind· Infolge der Anordnung der Rohre der zu- · sätzlichen stromleitenden Schicht in mehreren Lüftungskanälen ist die Berührungsfläche dieser Schicht ausreichend groß, wodurch sich die Möglichkeit zur Erhöhung des Stromübertragungsvermögens dieser Schicht ohne Vergrößerung und sogar mit einer gewissen Verminderung dor geometrischen Abmessungen dieser Einrichtung ergibt. Außerdem wird eine gute Kühlung an den Bereichen der Übergangskontakte zwischen der zusätzlichen stromleitenden Schicht und dem . Schleifring sowie zwischen dieser Schicht und dem Stromverteilungsring gewährleistet. .,

Die Lüftungskanäle können gleiche Durchmesser haben, und die Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht weisen in diesem Fall Innendurchmesser auf, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden öffnungen über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschienö am Stromverteilungsring vermindern.

Bei einem gleichen Außendurchmesser sämtlicher Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht kann das Bohren der durchlaufenden Öffnungen mit gleichem Durchmesser in dem aus einer festen Metallegierung ausgeführten Schleifring bequem durchgeführt werden« Rohre mit gleichem Durchmesser und mit den erforderlichen Wandstärken können leicht aus dem existierenden Sortiment ^;der von der Industrie zur

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Verfügung gestellten Rohre gewählt werden.

Die Lüftungskanäle können auch Durchmesser aufweisen, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden Öffnungen über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene am Stromverteilungsring vergrößern« Die Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht haben in diesem Pail gleiche Innendurchmesser.

In diesem Fall wird den besonderen Anforderungen in Bezug auf eine im wesentlichen gleichmäßige Kühlung des Schleifrings und des Stromverteilungsrings der in einer elektrischen Grenzleistungsmaschine verwendeten Stromzuführungseinrichtung Genüge geleistet.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche stromleitende Schicht an den Innenflächen von Lüftungskanälen angebracht, von denen jeder durch ein Paar von vielen durchlaufenden öffnungen gebildet wird, die einen gleichen Durchmesser haben und im Schleifring sowie im Stromverteilungsring so ausgeführt sind, daß sie an entsprechenden Kreislinien dieser Ringe liegen, ihre Längsachsen parallel den Achsen dieser Ringe verlaufen und jede durchlaufende Öffnung des Schleifrings gegenüber einer durchlaufenden Öffnung des Stromverteilungsrings an einer Achse mit dieser liegt, wobei die nebenliegenden durchlaufenden Öffnungen am Umfang der angegebenen Ringe in Abständen angeordnet sind, die sich mit der

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Entfernung der durchlaufenden öffnungen über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene am Stromverteilungsring vermindern, und die zusätzliche stromleitende Schicht Rohre mit gleichen Durchmessern und einer gleichen Y/andstärke bildet.

Bei gleichem Außendurchmesser und gleicher > Wandstärke sämtlicher Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht kann das Bohren der durchlaufenden öffnungen im Schleifring und im Stromverteilungsring bequem durchgeführt und die Rohre mit dem erforderlichen Querschnitt können leicht aus dem existierenden Sortiment der von der Industrie zur Verfügung gestellten Rohre gewählt werden· Außerdem können an den Stellen der Ringe, _;

wo die größten Abstände zwischen den nebeneinanderliegenden Lüftungskanälen bestehen, in den Ringen zusätzliche Kanäle für die Unterbringung einiger Hilfeelemente der elektri- „ sehen Maschine., ,.insbesondere von Rohren für die Wasser- zuleitung zur Flüssigkeitskühlung der Rotorwicklung, ausgeführt werden. - - · ■- .„_, , ·

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Teil des Rotors einer elektrischen Ma* schine mit der Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung im Längsschnitt,

Figur 2 den auf die Rotorwelle einer elektrischen

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Maschine aufgesetzten Schleifring der Stromzuführungseinrichtung, im Querschnitt II-II der Fig. 1;

Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung, bei dem die zusätzliche stromleitende Schicht in Form einer flachen Scheibe ausgeführt ist, im Längsschnitt,

Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung, bei dem die zusätzliche stromleitende Schicht mit den Innenflächen des Schleifrings und des Stromverteilüngsrings konöaktiert, im Längsschnitt,

Figur 5 den auf die Rotorwelle einer elektrischen Maschine aufgesetzten Schleifring der Stromzuführungseinrichtung im Querschnitt V-V der Fig. 4;

Figur 6 .ein viertes Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung, bei dem die zusätzliche stromleitende Schicht in den Lüftungskanälen des Schleifrings und des Stromverteilungsrings angeordnet ist, im Längsschnitt,

Figur 7 den Schleifring der Stromzuführungseinrichtung im Querschnitt VII-VII der Fig. 6; ·

Figur 8 den Schleifring einer Modifikation des in der Fig. 6 dargestellten. Ausführungsbeispiels der Stromzuführungseinrichtung, im Querschnitt, Figur 9 den Schleifring einer anderen Modifikation des

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in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels der Stromzuführungseinrichtung, im Querschnitt.

Bs soll hervorgehoben werden, daß die beigelegten Zeichnungen schematisch dargestellt sind und lediglich für Illustrationszwecke der vorliegenden Erfindung ohne irgendeiner Begrenzung der Abmessungen der zum Bestand der Stromzuführungseinrichtung gehörenden Elemente, der Beziehungen zwischen den Abmessungen dieser Elemente usw. dienen, '

Gemäß Figur 1 enthält

der Rotor einer elektrischen Maschine, und zwar der Rotor eines leistungsfähigen Turbogenerators, eine Welle 1 Uftd eine Rotorerregerwicklung 2. Die Bürstenkontakteinrichtung dieses Generators enthält eine Stromzuführungsein-·

richtung 3 mit positiver Polarität und eine Stromzufuhffimgs»· einrichtung 4- mit negativer Polarität, die für die Zuleitung des elektrischen Erregerstroms zur Rotorwicklung 2 dienen.

Die Stromzuführungseinrichtung 3 mit positiver Polarität enthält einen auf die Welle 1 des Rotors über eine Elektr©isolierschicht 6 aufgesetzten, aus hochfestem Stahl ausgeführten Schleifring 5. Rings um die äußere Umfangsflache des Schleifrings 5 sind die Bürsten 7 angeordnet, die mit dieser Oberfläche kontaktieren und in die Bürstenhalter 8 der Stromsammeischienen 9 der Bürstenkontakt einrichtung des Generators eingesetzt sind. In der Stirnfläche

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des Schleifrings 5 ist eine zylindrische Vertiefung 10 ausgeführt, die koaxial zur Innenbohrung dieses Rings ausgedreht ist., in der stirnseitigen zylindrischen Vertiefung

10 des Schleifrings 5 ist ein Stromverteilungsring 11 angeordnet, der über eine zusätzliche stromleitende..Schicht 12 in elektrischem Kontakt mit dem Schleifring 5 steht. Die Schicht 12 stellt einen dem Schleifring 5 .zugewandten flachen kreisartigen,Vorsprung an der Stirnseite des Stromverteilungsrings 11 dar. Der Vorsprung der zusätzlichen stromleitenden

Schicht 12 ist ein Heil des Stromverteilungsrings 11, d.h., mit anderen V/orten, der Stromverteilungsring 11 und der Vorsprung an ihm stellen ein aus ein- und demselben homogenen Werkstoff ausgeführtes einheitliches Ganzes dar₀ Der Vorsprung der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 (Fig· 2) hat eine solche !asymmetrische Form, daß ihre Querschnittsfläche über den Umfang veränderlich ist und sich mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der im ' Körper des Stromverteilungsrings 11 montierten und nahe an dessen Innenfläche liegenden Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring

11 stetig vergrößert. Der Stromverteilungsring 11 (Fig. 1) ist gemeinsam mit der zusätzlichen stromleitenden Schicht

12 fest an den Schleifring 5 angedrückt und mit Hilfe von Schrauben 14· an diesem befestigt.

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In der Stromführungsschiene 13 sind zwei öffnungen 15 und 16 vorhanden, die über die Länge dieser Schiene angeordnet sind, die je über einer von in der Welle 1 des Rotors ausgeführten Radialöffnungen 1? und 18 angebracht ist· In die Öffnungen 15, 17 und 16, 18, die paarweise gleichachsig angeordnet sind, sind Stromführungsschrauben 19 beziehungsweise 20 mit Kegelgewinde eingesetzt, die an der Stromführungsschiene 13 mittels Befestigungsschrauben 21 befestigt sind. Auf die Stromführungsschrauben 19 und 20 sind elektrisch isolierende Zwischenlagen 20 aufgesetzt, auf welche die Befestigungsbügel 23 aufgelegt werden, die an der Welle 1 mit Hilfe der (in der Zeichnung nicht dargestellten) Schrauben befestigt sind und die Stromführungsschrauben 19 und 20 gegen durch die Zentrifugalkräfte beim Betrieb des Generators hervorgerufene Verschiebungen sichern. Die Stromführungsschrauben 19 und 20 sind in die positive Terbindungsschiene 24 eingeschraubt. Die letztere verbindet die Stromführungsschrauben 19 und 20 mit der Stromableitungsschiene 25 der Rotorwicklung 2, wobei die Stromableitungsschiene 25 mit der Yerbindungsschiene 24 mit Hilfe der Stromführungsschrauben 26 verbunden ist.

Die Stromzuführungseinrichtung 4 mit negativer Polarität ist fast identisch mit der Stromzuführungseinrichtung 3 mit positiver Polarität und besteht aus gleichen Elementen, die mit denselben Ziffern bezeichnet sind. Der Unter-

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schied besteht darin, daß die Stromführungsschrauben 19 und 20 der Strormzuführungseinrichtung 4 in die negative Verbindungsschiene 27 eingeschraubt sind, die von der positiven Verbindungsschiene 24 mit Hilfe der Elektroisolierschicht 28 abgetrennt ist. Dabei ist die negative Verbindungsschiene 27 niit der Rotorwicklung 2 in gleicher Weise und mit Hilfe gleicher Elemente wie die positive Verbindungsschiene 24 verbunden·

In dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung gemäß der vorliegenden.· Erfindung ist die zusätzliche stromleitende Schicht 12 in Form einer separaten flachen Scheibe ausgeführt, die über eine isolierende Schicht 6 auf die Welle 1 des Rotors zwischen dem Schleifring 5 und dem Stromverteilungsring 11 aufgesetzt ist. Die Querschnittsflächen der flachen Scheibe der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 ist über den Umfang veränderlich und 'Vergrößert sich stetig mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11. Der Schleifring 5» die Scheibe der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 und der Stromverteilungsring 11 sind mit Hilfe der Schrauben 14 miteinander verbunden.

In dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung ist die zusätzliche stromleitende Schicht 12 an den Innenflächen

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des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrings 11 angebracht und stützt sich auf die isolierende Schicht ' ■* 6 ab. Infolgedessen steht die zusätzliche stromleitende Schicht 12 in elektrischem Kontakt gleichzeitig mit dem Schleifring 5 und dem Stromverteilungsring 11, und gewährleistet dadurch die elektrische Verbindung des Strömver-•teilungsrings 11 mit dem Schleifring 5. Die Querschnittsfläche der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 (Fig· 5) ist in diesem Fall desgleichen veränderlich über den Umfang und vergrößert sich stetig mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11. Dabei sind die Innenbohrungen des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrings 11 mit einer Exzentrizität iribezug auf die Mittelachse dieser Binge ausgeführt, die dem Änderungsverlauf der Querschnitfcsflache der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 so entspricht, daß sich die Querschnittsfläche des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrings 11 mit der Vergrößerung:,der Querschnittsfläche dieser Schicht vermindert. Zwischen den zu koppelnden Stirnflächen des Schleifrings 5 (Fig. 4) und des Stromverteilungsrings 11 ist die Elektroisolierschicht 29 untergebracht, die, genauer gesagt, auf die äußere Ümfarigsflache und_: die der Stirnseite des Schleifrings 5 zugewandte Stirnfläche des Stromverteilungsrings 11 aufgetragen ist. Das ist zur zusätzlichen Verbesserung der Verteilung des

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zwischen dem Schleifring 5 und dem Stromverteilungsring 11 fließenden Stroms vorgesehen. Im allgemeinen ist jedoch die Verwendung der isolierenden Schicht 29 nicht obligatorisch. Der Schi QLfring 5» der Stromverteilungsring 11 und die zusätzliche stromleitende Schicht sind mi* Hilfe einer Explosionsschweißung unzertrennbar miteinander verbunden, was nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird.

In dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind im Schleifring 5> der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung an einer Kreislinie mehrere durchlaufende zylindrische Öffnungen und im Stromverteilungsring 11 an einer entsprechenden Kreislinie eine gleiche Anzahl von durchlaufenden zylindrischen Öffnungen 31 ,ausgeführt.. Sämtliche durchlaufende Öffnungen haben einen gleichen Durchmesser, und ihre Längsachsen verlaufen parallel zu den Längsachsen der angegebenen Ringe. Dabei entspricht Jeder der durchlaufenden Öffnungen 30 des Schleifrings 5 ei^Q der durchlaufenden öffnungen 31 des Stromverteilungsrings 11, die gegenüber der ersten angegebenen Öffnung an einer Achse mit dieser so angeordnet ist, daß jedes Paar der durchlaufenden Öffnungen 30, 31 einen der Lüftungskanäle 32 bildet. Die durchlaufenden öffnungen 30 und 31 sind im Körper des Schleifrings 5 ^bzw· im Körper des Stromvertej^-

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lungsrings 11 an solchen Stellen ausgeführt, die in der Nähe der äußeren Umfangsflachen dieser Ringe liegen,, und sind an der entsprechenden Kreislinie, dieser Ringe in gleichen Abständen voneinander angebracht (Pig. 7)· Die zusätzliche stromleitende Schicht 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung an den Innenflächen der in der oben beschriebenen V/eise gebildeten Lüftungskanäle 32 angeordnet. Dabei steht die zusätzliche stromleitende Schicht 12 in elektrischem Kontakt sowohl mit dem Schleifring 5 als auch mit dem Stromverteilungsring 11, und gewährleistet dadurch die elektrische Verbindung des Stromverteilungsrings 11 mit dem Schleifring 5. Die in den Lüftungskanälen 32 untergebrachte zusätzliche stromleitende Schicht 12 bildet dünnwandige Rohre » die gleiche Außendurchmesser aufweisen, die je gleich dem Durchmesser der Lüftungskanäle sind, aber unterschiedliche Innendurchmesser besitzen, die sich von Rohr zu Rohr mit der Entfernung der durchlaufenden Öffnungen 31 über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11 vermindern; Infolgedessen vergrößert sich nacheinanderfolgend die Wandstärke jedes Rohrs und also auch der ^uerschnitt der durch diese Rohre gebildeten zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11.

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Zwischen den S tr omzuf ührungs einrichtung en 3 und 4 ist ein Lüfter angeordnet (in der Zeichnung nicht dargestellt), der für die Luftzufuhr in die Lüftungskanäle 32 zur Kühlung der sich während des Generatorbetriebs erwärmenden Schleifrings 5» des Stromverteilungsrings 11 und der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 bestimmt ist.

In der in Fig. 8 dargestellten Modifikation des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der Stromzuführungseinrichtung weisen die durch die durchlaufenden Öffnungen 30 und 31 entsprechend des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrings 11 gebildeten Lüftungskanäle 32 sich von einem Kanal zum anderen mit der Entfernung der durchlaufenden Öffnungen 31 von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11 vergrößerende Durchmesser auf. Dabei haben die Rohre der auf der Innenfläche der Lüftungskanäle 32 angebrachten zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 desgleichen sich entsprechend vergrößerende Außendurchmesser· Infolgedessen vergrößern sich, obwohl sämtliche Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 gleiche Innendurchmesser haben, die Wandstärken dieser Rohre und also auch der Querschnitt der durch sie gebildeten zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 über den Kreisbogen mit der Entfernung von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11.

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In einer anderen in Fig. 9 dargestellten Modifikation dieses Ausführungsbeispiels der Stromzuführungseinrichtung weisen die durchlaufenden öffnungen 30 und 31 des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrin&s 11 und entsprechend die durch diese öffnungen gebildeten Lüftungskanäle 32 gleiche Durchmesser auf« Dabei haben sämtliche Rohre der an den Innenflächen dieser Kanäle angebrachten zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 gleiche Außen- und Innendurchmesser und also auch gleiche Wandstärken. Weil Jedoch in diesem Fall die nebeneinanderliegenden durchlaufenden Öffnungen 30, die durchlaufenden Öffnungen 31 und demzufolge auch.die durch diese gebildeten nebeneinanderliegen- · den Lüftungskanäle 32 am Umfang der Singe in Abständen angeordnet sind, die sich mit der Entfernung dieser Öffnungen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschienö 13 am Stromverteilungsring 11 vermindern, vergrößert sich die Querschnittsfläche der durch die in diesen Kanälen untergebrachten gleichen Rohre gebildeten zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 mit der Entfernung Über den Kreisbogen von der angegebenen Stelle.

Auf diese Weise steht in sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und deren Modifikationen in der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung der elektrischen* Maschine der Stromverteilungsring 11 in elektrischem Kontakt mit dem Schleifring 5 und zwischen über die zusätzliche stromleitende

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Schicht 12, deren Querschnittsfläche sich mit der Entfernung über den Exeisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11 vergrößert.

Die erfindungsgemäße Stromzuführungseinrichtung wirkt folgendermaßen:

Die Beschreibung der Wirkung der Einrichtung wird am Beispiel der Stromzuführungseinrichtung 3 mit positiver Polarität vorgenommen (Fig. 1). Bei der Stromversorgung zur Erregung .des Generators gelangt der elektrische Strom an die Stromsammeischienen 9 der Bürstenkontakteinrichtung des Generators und wird dann über die Bürsten verteilt, die in mehreren Seinen angeordnet (in der Zeichnung sind der Einfachheit halber nur die Bürsten von zwei solchen Reihen dargestellt) und in Jeder Reihe gleichmäßig über die Umfangslänge des Schleifrings 5 verteilt sind. Dabei fließt der elektrische Strom von jeder Bürste 7 in den Abschnitt der Außenumfangsflache des Schleifrings 5, der von dieser Bürste überdeckt wird, und weiter in den Körper des Ring.es. Die Stromlinien von jeder. Bürste 7 in jeder Reihe zu der zusätzlichen Schicht 12, die aus einem Werkstoff mit besserer Leitfähigkeit als der Werkstoff des Schleifrings 5 ausgeführt ist, verlaufen über Teile des Körpers des Schleifrings 5» die einen minimalen elektrischen Widerstand aufweisen, d.h. über die kürzesten, von der Oberfläche dieses Rings zur Oberfläche der zusäfcz-

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lichen Schicht 12 gerichteten Strompfade. Danach fließt der Strom von der zusätzlichen Schicht 12 in den Stromverteilungsring 11 und weiter in die in den Körper dieses Rings einmontierte Stromführungsschiene 13 . Im Körper der zusätzlichen Schicht 12 und im Körper des Stromverteilungsrings 11 vergrößert sich die Länge der Strom- . linien des von der Oberfläche dieser Schicht zu der Stromführungsschiene 1J fließenden Stroms über den Kreisbogen mit der Entfernung von der Befestigungsstelle dieser Schiene. Deshalb müßte sich auch der Widerstand dem elektrischen Strom proportional vergrößern. Weil jedoch die zusätzliche Schicht 12 einen veränderlichen Querschnitt hat, der sich mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 stetig vergrößert, wird sich der elektrische Widerstand dieser Schicht in der gleichen Sichtung stetig vermindern. Infolgedessen besitzt der elektrische Widerstand dem Strom, der von jeder Bürste 7 in einer Reihe derselben fließt, an allen Stromlinien, beginnend von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene 13 am Stromverteilungsring 11 und bis zum diametral gegenüberliegenden Punkt, näherungsweise eine und dieselbe Größe, desgleichen wie der Strom, der über diese Linien fließt. Auf diese V/eise wird die stetige Verteilung des elektrischen Stroms über den Umfang des Schleifrings 5 gewährleistet.

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Yon der Stromführungsschiene 13 wird der elektrische Strom der Erregerwicklung 2 am Rotor des Generators zugeleitet . Dabei durchfließt der Strom den Kreis, der die Stromführungsschrauben 19 und 20, die Verbindungsschiene 24, die Stromführungsschrauben 26 und die Stromableitungsschiene 25 enthält.

In ähnlicher Weise wirkt auch die Stromzuführungseinrichtung 4· mit negativer Polarität, in der jedoch der , Strom in umgekehrter Richtung fließt.

Desgleichen weicht von der oben beschriebenen auch die Wirkung des in der Pig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels der Stromzuführungseinrichtung nicht ab, bei dem die zusätzliche stromleitende Schicht 12 in Form einer separat angeordneten flachen Scheibe mit veränderlichem Querschnitt, der sich nach dem oben angegebenen Gesetz ändert, ausgeführt ist. Dor Kontaktwiderstand der sich berührenden Flächen dieser Scheibe und des Stromverteilungsrings 12 trägt, wie das die Praxis gezeigt hat, bei einem ausreichend festen Andrücken dieser Elemente aneinander keine irgendwie wesentlichen Änderungen in das Bild der Verteilung des elektrischen Stroms über den Umfang des Schleifrings 5 ein. Und im Fall der Verwendung von Metallen oder Legierungen mit. guten elektrischen Kohtakteigenschaften als Werkstoff für die Scheibe wird der Kontakt- ' · widerstand zwischen der Scheibe und dem Stromverteilunjsring 11 sowie zwischen der Scheibe und dem Schleifring

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5 gering . Sein Wert wird während einer langen Zeit über die gesamte Kontaktfläche derselben beibehalten, was besonders wichtig ist, wenn die elektrische Maschine mit sehr großen Erregerströmen oder in Medien betrieben wird, die aggressiv wirkende Stoffe enthalten, <.z, B. beim Betrieb in stark verstaubten Räumen, im Freien oder in einer schädlichen Gase enthaltenden Atmosphäre.

In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung, wo die zusätzliche stromleitende Schicht 12 an den Innenflächen des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrings 11 angebracht ist, fließt der während des Betriebs des Generators den Schleifring 5 durchfließende Strom auf die mit ihm in Berührung stehende Fläche der zusätzlichen Schicht 12 über Wege, die im wesentlichen radial zur Oberfläche dieser Schicht verlaufen, um· Und weil die Stärke der zusätzlichem Schicht 12 hier desgleichen veränderlich ist (Fig. 5), so wird, wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Stromzuführungseinrichtung, im vorliegenden Beispiel die Verteilung des Stroms, der durch den Schleifring 5 von den Bürsten 7 einer Reihe derselben fließt, über den Umfang des Schleifrings 5 desgleichen gleichmäßig sein. Außerdem erweist sich, daß in diesem Fall die Länge der Stromlinien von den nebenliegenden Bürsten 7 in verschiedenen Reihen derselben absolut gleich sein wird, wobei diese

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Länge minimal und im wesentlichen der Stärke des Schleifrings 5 an der Berührungsstelle dieser Bürsten mit ihm gleich ist. Im Ergebnis wird der durch, den Schleifring 5 fließende elektrische Strom sowohl über den Umfang als auch über die Breite dieses Rings gleichmäßig verteilt .

Im Fall der Unterbringung zwischen den zu koppe!enden Stirnflächen des Schleifrings 5 u&d des Stromverteilungsrings 11 einer elektroisolierenden Schicht 29 wird das Durchfließen des elektrischen Stroms durch diese Flächen vermieden, wodurch sich die allgemeine Gleichmäßigkeit der Verteilung des durch den Schleifring 5 fließenden Stroms infolge einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit dessen Durchflusses über die Breite dieses Rings verbessert, da die Stromlinien in diesem Fall exakt radial inbezug auf die Oberfläche, der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 verlaufen.

Der in der oben angegebenen V/eise auf die zusätzliche Schicht 12 überfließende Strom gelangt danach in den Stromverteilungsring 11, der in diesem Fall die zusätzliche Schicht 12 umfaßt, und dann in die Stromführungsschiene 13, von wo er über die Stromführungsschrauben 19 und 20, die Verbindungsschiene 24, die Stromführungsschrauben 26 und die Stromableitungsschiene 25 der Rotorwicklung 2 zugeleitet wird.

In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der

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erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung, bei dem die zusätzliche stromleitende Schicht 12 an den Innenflächen der Lüftungskanäle J52 angeordnet ist, die in dem Schleifring 5 und dem Stromverteilungsring ausgeführt sind, geschieht die gleichmäßige Verteilung des durch den Schleifring 5 fließenden elektrischen Stroms über die Breite dieses Rings in folgender Weise:

Da bei den leistungsfähigen Turbogeneratoren mit Leistungen von 200 bis 800 Megawatt die Erregerströme Werte in der Größenordnung von 2.000 bis 6.000 Ampere erreichen, wird zur wirksameren Kühlung der Schleifringe 5j die von Strömen dieser Größe durchflossen werden, eine große Anzahl von gleichmäßig über die Umfangsläntie des Rings verteilter Lüftungskanäle 32 ausgeführt. Die Anzahl der Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 ist also auch genügend groß, und sie sind desgleichen gleichmäßig über den Umfang des Schleifrings 5 verteilt« Bei den angegebenen Werten der Erregerströme des Generators beträgt die Anzahl der mit der äußeren Umfangsflache des Schleifrings 5 kontaktierenden Bürsten 7 mehrere Zehner und ihre Anordnungsdichte ist genügend hoch. Deshalb wird für jede Bürste 7 einer Reihe die Länge der Strompfade für den Stromdurchfluß von der äußeren Umfangsflache des Schleifrings 5 bis zu den Außenflächen der Rohre der zusätzlichen Schicht 12 praktisch gleich sein, ebenso wie auch für die in verschiedenen Reihen liegenden Bürsten 7·

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Infolgedessen und außerdem infolge der sich von Rohr zu Rohr änderenden Stärke ihrer Wände, ist für die von den Biisten 7 jeder Reihe zufließenden Ströme der elektrische Widerstand der Abschnitte zwischen den Außenflächen des Schleifrings 5 und der Rohre der zusätzlichen Schicht 12 praktisch gleich , wodurch auch die Stromverteilung über den Umfang des Schleifrings 5 praktisch gleichmäßig ist. Und weil die Stromverteilung über den Umfang des Schleifrings 5 für dede Reihe der Bürsten ? gleichmäßig ist, so ist auch die Stromverteilung über die Breite dieses Rings ausreichend gleichmäßig· Dabei übt die Übergangsoder Verbindungsschicht zwischen dem Schic ifring 5 und den Rohren der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 keinen wesentlichen Einfluß auf die Wirkung der Stromzuführungseinrichtung aus, da der elektrische Widerstand dieser Schicht einen Wert aufweist, der der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffs der zusätzlichen Schicht 12 annähernd entspricht, was durch die Verwendung der weiter unten beschriebenen technologischen Verfahren zur Verbindung der Rohre mit den Ringen bedingt ist, die gute elektrische Kenndaten, der Verbina ungsschicht gewährleistet.

Aus den Rohren der zusätzlichen Schicht 12 fließt der Strom weiter in den Bereich mit einem geringeren elektrischen Widerstand, und zwar in den stirnseitigen Stromverteilungsring 11, dessen geringerer Widerstand durch seine viel größere Querschnittsflache an der Kontaktstelle mit

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dem Rohr im Vergleich mit der Querschnittsfläche eines Rohrs der zusätzlichen Schicht 12 bedingt ist. Die von sämtlichen Rohren der zusätzlichen Schicht zufließenden Ströme werden im Stromverteilungsring 11 summiert und dieser Gesamtstrom fließt in die Stromführungsschiene 15 und weiter über die Stromführungsschrauben 19 und 20, die Verbindungsschiene 24-, die Stromführungsschrauben 26 und die Stromableitungsschiene 25 in die Erregerwicklung 2 auf dem Rotor,

In der in Pig· 9 dargestellten Modifikation der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung, wo die Rohre der zusätzlichen Schicht 12 gleiche Außen- und Innendurchmesser haben und der Abstand zwischen den Luftungskanälen 52 veränderlich von einem Kanal zum anderen vorgegeben wird, erfolgt die gleichmäßige Verteilung des durch den ' Schleifring 5 fließenden Stroms analog dem eben beschriebenen. Der Unterschied besteht darin, daß die gleichmäßige Verteilung über den Umfang des Schleifrings 5 eier durch diesen Ring von den Bürsten 7 einer von der Reihen fließenden Ströme gerade durch die Änderung des Äbstands zwischen den Lüftungskanälen 52 nach einem Gesetz erreicht wird, das dem für sämtliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung geraeinsamen Änderungsgesetz der Querschnittsflächen der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 entspricht.

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Die Fertigung und Montage verschiedener Varianten der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung eines leistungsfähigen Turbogenerators wird folgenderweise durchgeführt:

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispie1 der vorliegenden Erfindung wird die zusätzliche stromleitende Schicht 12 als ein Ganzes mit dem Stromverteilungsring 11 hergestellt. Um die erforderliche Form des Vorsprungs am Stromverteilungsring 11 zu erhalten, der die zusätzliche Schicht 12 bildet und inbezug auf die Längsachse des Stromverteilungsrings 11 exzentrisch angeordnet ist, wird der Rohling für diesen Ring so auf der Metallbearbeitungsmaschine befestigt, daß die Längsachse des Rohlings um einen erforderlichen Abstand zur Hauptachse der Maschine verschoben .ist. Dann wird das eine ' " Ende des Rohlings auf die erforderliche Tiefe sowohl in radialer als auch in axialer Richtung ausgedreht. Danach v/erden in diesem Rohling die axialen öffnungen für die Befestigungsschrauben 14 und im Rohling für den Schleifring 5 die ihnen entsprechenden Gewindeöffnungen für diese Schrauben sowie die stirnseitige zylindrische Vertiefung 10 ausgeführt· Nach dem Einlöten der Stromführungsschiene 13 in die entsprechende Öffnung des Stromverteilungsrings 11 wird der auf diese V/eise bearbeitete Stromverteilungsring 11 in die stirnseitige zylindrische

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Vertiefung 10 des Schleifrings 5 eingesetzt und mit diesem Hing zu einer einheitlichen Baugruppe mit Hilfe der Schrauben 14 zusammengefügt. Danach wird der Innendurchmesser der Sitzfläche der auf diese Weise zusammengebauten Baugruppe bis auf das vorgegebene Maß ausgebohrt. Dann wird die Baugruppe bis auf eine gewisse vorgegebene Temperatur erwärmt und auf die isolierende Schicht 6 an der entsprechenden Stelle der Rotorwelle 1 des Generators aufgesetzt, wodurch nach dem Abkühlen derselben eine feste mechanische Verbindung .des Schleifrings 5 mit der Rotorwelle 1 gewährleistet wird. Wenn die Temperatur der auf die Welle 1 aufgesetzten Einrichtung die Temperatur des umgebenden Mediums erreicht, wird die Verbindung der Stromführungsschiene 13 mit der Verbindungsschiene 24 mit Hilfe der Stromführungsschrauben 19 und 20 und die nachfolgende Befestigung dieser Schrauben auf der Rotorwelle mit Hilfe der isolierenden Zwischenlagen 22 und 23 durchgeführt.

In dem in 3?ig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die flache Scheibe der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 separat gefertigt und zum Erhalten der erforderlichen Form dieser Scheibe wird deren Rohling auf der Bearbeitungsmaschine mit eineif-gewissen Verschiebung zur Hauptsache der Maschine be- : ■■ ·■ festigt. Danach wird die fertige Scheibe, der Schleifring 5 und der Stromverteilungsring 11 desgleichen zu einer

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einheitlichen Baugruppe zusammengebaut und es wird die oben "beschriebene mechanische Bearbeitung der zusammengebauten Baugruppe, deren Schrumpfaufsatz auf die Rotorwelle 1 und die Verbindung der Stromführungsschiene 13 mit der Verbindungsschiene 24· ausgeführt.

In dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungs·*: beispiel der Erfindung wird die auf den Innenflächen des Schleifrings 5 und des Stromverteilungsrings'.11 anzubringende zusätzliche stromleitende Schicht, die eigentlich eine dünnwandige Buchse darstellt, desgleichen separat hergestellt« Die erforderliche exzentrische Form dieser Buchse und die Oberflächenform der Innenbohrungen dieser Hinge, die der Form der äußeren Umfangsflache der Buchse entspricht, wird in gleicher Weise nach dem oben beschriebenen Verfahren ausgeführt. Die Verbindung der fertigen Elemente der Stromzuführungseinrichtung zu einer einheitlichen Baugruppe wird jedoch in diesem Fall anders durchgeführt·

Hier erfolgt die Verbindung der fertigen Elemente mit Hilfe der sogenannten übcplosionsschwelßung, die folgenderweise durchgeführt wird. Zunächst wird die Buchse der zusätzlichen Schicht 12 mit einem minimalen Luftspalt in die Innenbohrungen der gegeneinander gedrückten Schleifrings 5 und Stromverteilungsrings.11 eingeführt (Dabei kann·zwischen den Stirnflächen dieser Ringe die aus elektroisolierendem Lack bestehende Schicht 29 angebracht werden). Dann

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wird die Buchse auf einen Sonderdorn aufgesetzt, dessen Außendurchmesser etwas geringer als der Innendurchmesser der Buchse ist. Dadurch bildet sich zwischen der Innenfläche der Buchse der zusätzlichen Schicht 12 und der Umfangsflache des Sonderdorns ein freier Raum aus, in dem der Explosivstoff untergebracht wird. Danach wird mit bekannten Mitteln- der Sprengstoff gezündet. Infolge der Expolosion geschieht eine sichere Verbindung der Elemente zu einer einheitlichen Baugruppe.

Zur Verbindung der angegebenen Elemente der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung zu einer einheitlichen Baugruppe eignet sich auch das Verfahren der Zusammenfügung mit Hilfe des KaltSchweißens unter Verwendung hydraulischer Mittel. Zu diesem Zweck wird der Haum zwischen der Buchse der zusätzlichen Schicht 12 und dem Sonderdorn mit irgendeiner geeigneten Arbeitsflüssigkeit ausgefüllt, abgedichtet und mit einer Druckquelle verbunden.·· ■'

Außerdem kann zur Verbindung der Elemente zu einer einheitlichen Baugruppe der elektrohydraulisch^ Effekt ausgenutzt werden. Dazu werden in der sich im abgedichteten Raum zwischen der Buchse der zusätzlichen Schicht 12 und. dem Sonderdorn befindlichen Arbeitsflüssigkeit Elektroden untergebracht, die mit der Quelle⁵,einer Impulshochspannung verbunden sind. Nach Durchführung einer Reihe von Hoch-Spannungsentladungen in der Arbeitsflüssigkeit geschieht

eine sichere Verbindung der Elemente zu einem einheitlichen

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Ganzen*

Die Verwendung dieser Verbindungs verfahr en gewährleistet eine hohe Adhäsionsgüte verschiedenartiger Werkstoffe unter Beibehaltung der Eigenschaften der Verbindungswerkstoffe und Ausbildung einer Übergangsschicht, in der diese Stoffe infolge der Diffusion gleichmäßig verteilt sind und die gute mechanische und elektrische Kennwerte aufweist. Wach Abschluß des angegebenen technologischen Verbindungsvorgangs wird in der oben beschriebenen Weise die mechanische Bearbeitung der zusammengebauten Baugruppe, der Schrumpfaufsatz derselben auf die Rotorwelle 1 und die Verbindung der Sfrromführungsschiene 13 mit der Verbindungsschiene 24 durchgeführt.

In dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführu£gsbeispiel der Erfindung und in de in den Fig. 8 und 9 dargestellten Modifikationen desselben wird zunächst im Rohling für den Schleifring 5 die stirnseitige zylindrische Vertiefung 10 ausgedreht und es werden nach einer Rohrschablone die durchlaufenden zylindrischen Öffnungen 30 ausgeführt. Dann wird in den Rohling für den Stromverteilungsring 11 die Stromführungsschiene 13 eingelötet und es werden desgleichen nach der Bohrschablone die durchlaufenden zylindrischen Öffnungen 31 dieses Rings ausgeführt. Danach wird der Zusammenbau der Ringe durchgeführt, wozu in die stirnseitige Vertiefung 10 des Schleifrings 5 der Stromverteilungsring 11 eingesetzt wird. Die durchlaufen-

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den öffnungen J5O und J51 werden entsprechend sammengebracht · In die zusammengebrachten Öffnungen werden die Rohre der zusätzlichen Schicht 12 eingesetzt, wonach der technologische Vorgang zur Verbindung der angegebenen Elemente zu einem einheitlichen Ganzen erledigt wird. Dabei werden die besten Ergebnisse bei Verbindung der Elemente mit Hilfe der oben beschriebenen Explosionsschweißung oder der Zuleitung eines Hochdrucks-, erzielt, der unter Verwendung von hydraulischen oder elektrohydraulischen Einrichtungen erzeugt wird. Dann wird ebenso wie in den anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung die mechanische Bearbeitung der zusammengebauten Baugruppe, der Schrumpfaufsatz derselben auf die Rotorwelle 1 und die Verbindung der Stromführungsschiene 13 mit der Verbindungsschiene 24- durchgeführt.

Der Sohle if ring" .5 wird in sämtlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und deren Modifikationen aus Stahl hergestellt, dessen Verwendung die gehörige Festigkeit dieses Rings, die für dessen Gegenwirkung den bedeutenden, beim Betrieb des Generators entstehenden Zentrifugalkräften erforderlich ist und durch die Bedingungen dessen Aufsetzung auf die Welle 1 bei der Montage bedingt wird, gewährleisten soll. Außerdem muß dar für die Herstellung dieses Rings verwendete Stahl eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Der Stromverteilungs-

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ring 11 wird gleichfalls in sämtlichen Beispielen üblicherweise aus gewöhnlichem elektrotechnischen Kupfer gefertigt. In Turbogeneratoren, die eine Leistung in der Größenordnung von J>00 Megawatt, einen Erregerstrom von etwa 2.900 Ampere und einen Sitzdurchmesser des Schleifrings 5 von 3>00 Millimeter aufweisen, beträgt dabei die Stärke des Torsprungs am Stromverteilungsring 11, der die zusätzliche stromleitende Schicht 12 bildet, bei ei-

ner Stromdichte in dieser Schicht von etwa 2 A/mm ca.

0,5*· Millimeter, und die minimale und maximale Breite des Vorsprungs ist entsprechend gleich 20 bzw. 35 Millimeter. In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die zusätzliche Schicht 12 in Form einer flachen Scheibe hergestellt ist, kann diese Scheibe aus kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis, aus Legierungen mit Silbergehalt sowie aus anderen Metallen und Legierungen, die gute elektrische Kontakteigenschaften besitzen, gefertigt werden. Dabei werden die geometrischen Abmessungen der Scheibe näherungsweise gleich den oben angegebenen Abmessungen des Vorsprungs der zusätzlichen Schicht 12 gewählt. . In den Ausführungsbeispielen der Erfindung, in denen die zusätzliche Schicht 12 in Form einer dünnwandigen '. Buchse und in Form von vielen Rohren hergestellt wird, können diese Buchse sowie die Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht 12 entweder aus elektrotechnischem Kujjfer oder aus einigen Legierungen auf Kupferbasis gefertigt

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werden, deren Verwendung eine höchstmögliche effektive Adhäsion der Oberflächen dieser Rohre der zusätzlichen Schicht 12 mit den Werkstoffen des Schleifrings 5 und des Sjjomverteilungsrings 11 und gleichzeitig das erforderliche Stromübertragungsvermögen dieser Schicht gewährleistet. Dabei beträgt die minimale und maximale Wandstärke der dünnwandigen Buchse in der Stromzuführungseinrichtung in einem Turbogenerator mit den oben angegebenen elektrischen Parametern 2 bzw. 8 Millimeter } die Wandstärke der Rohre beträgt im Mittel 2 · Millimeter. Die Durchmesser der Rohre der zusätzlichen Schicht 12 können eine unterschiedliche Größe aufweisen, die durch verschieue. aufbaumäßige Einflußgrößen, die Leistung des Turbogenerators, die vorgegebene Kühlbedingungen der Stromzuführungseinrichtung usw. bestimmt wird.

Als Werkstoff für die elektrisch isolierende Schicht 29 können Lacke auf der Basis von Silikonkunstharzen verwendet werden, die ausreichend hohe elektrische und thermische Kennwerte besitzen.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung in leistungsfähigen schnellaufenden Turbogeneratoren, in denen die Schleifringe 5 hohen mechanischen und elektrischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, gewährleistet infolge des gleichmäßigen , diesen Ring 5 durch- ■

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Π inp.nnt\nj\ llhvnmn ßowrio ;i rifoi/y; der gleichmäßigen Tempera turverteilung über den Umfang und die Breite dienes Kings gleiche Betriebsbedingungen für sämtliche Bürsten Das vermeidet einen ungleichmäßigen Verschleiß dieser Bürsten und des Schleifrings 5 selbst und gewährleistet dadurch eine .· Erhöhung der Betriebssicherheit der Bürstenkontakteinrichtung des Generators und eine Verlängerung seiner Dauerbetriebszeit..

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Stromzuführungseinrichtung ist einfach, weil in einer Ausführungsvariante der Erfindung die zusätzliche stromleitende Schicht 12 als ein Ganzes mit dem Stromverteilungsring 11 ausgeführt ist, und in der anderen Variante der Schleifring 5j die zusätzliche Schicht 12 und der Strömverteilungsring 11 in der einfachsten Weise mit Hilfe von üblichen Befestigungsschrauben 14 zusammengefügt werden, während in den sonstigen Varianten die zusätzliche Schicht 12 gleichzeitig die !funktion der Befestigungselemente ausübt, wodurch die Notwendigkeit spezieller Elemente , _zur Befestigung dieser Schicht und des Stromverteilungsrings 11 am Schleifring 5 entfällt. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Stromzuführungseinrichtung einfach und bequem für die Herstellung und Montage und gestattet eine sichere Verbindung der zusätzlichen stromloitenden Schicht 12 mit dem Schleifring 5 und dem Stromver-

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teilunn-sring 11 mittels solcher hochwirkuiiöSvoller Verfahren wie Explosxonsschweißung oder Kaltschweißen unter Hochdruck mit Verwendung hydraulischer und elektrohydraulischer Einrichtungen auszuführen. Alles das ermöglicht bei der Fertigung der Stromzuführungseinrichtung die Vorgänge der genauen Anpassung deren Bestandelemenbe auszuschalten und die für deren Montage erforderliche Zeit zu verringern.

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Claims

PATENTANWÄLTE . ' ' " I " J . " " . - '. SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HÖPF EBBINQHAUS' 'FiNCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 01 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95 PROFESSIONAL REPHESENT*TJVes ALSO BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICS Vladimir Stepanovitsch Vittschenko *arl ludwiq schiff Gennadij Konstantinovitsch Smirnov ^STi^ES Vladimir Gigorjevitsch Schalaev DIPL. INQ. DIETER EBBINQHAUS DR. INQ. DIETER FINCK TELEFON (OSO) 48 SO 04 TELEX Β·33ΒβΒ AURO O · TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN DEA-18 942 29. Dezember 1978 Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung einer elektrischen Maschine PATENTANSPRÜCHE

1. \ Stromzuführungseinrichtung für die Rotorwicklung einer elektrischen Maschine, die einen Schleifring, 4#r Aufsetzen auf die Rotorwelle über eine Elektroisolierschicht und zum Kontaktieren mit den Bürsten der Stromsammelschienen der Bürstenkontakteinrichtung der elektrischen Maschine "bestimmt ist, sowie einen Stromverteilungsring enthält, der an der Stirnseite des Schleifrings angeordnet ist, eine an diesem befestigte, mit der Rotor¹-wicklung elektrisch verbundene Stromführungsschiene besitzt und mit dem Schleifring über eine zusätzliche, aus einem Werkstoff mit einem geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als der Werkstoff des Schleifrings ausgeführte stromleitende Schicht in elektrischem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet , daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) ais einem homogenen

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Werkstoff ausgeführt ist und eine sich über den Umfang ändernde Querschnittsfläche aufweist, die sich mit der Entfernung über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene (13) am Stromverteilungsring (11) vergrößert.

2. Stromzuführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) aus demselben Ferkstoff wie der Stromverteilungsring (11) ausgeführt ist.

J5. Stromzuführungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) in Form eines flachen kreisförmigen ■Vorsprungs am Stromverteilungsring (11) ausgeführt ist, der an der dem Schleifring (5) zugewandten Stirnfläche dieses Rings angeordnet ist.

4. Stromzuführungseinrichtung nachJLnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) in Form einer flachen Scheibe ausgeführt ist, die zwischen den Schleifring (5) und den Stromverteilungsring (11) eingesetzt ist.

5. Stromzuführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) an den Innenflächen des Schleifrings (5) und des Stromverteilungsrings (11) angebracht ist, und die Innenbohrungen dieser Ringe mit einer Exzentrizität

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ausgeführt sind, die dem Änderungsverlauf der Querschnitts-^ fläche der zusätzlichen stromleitenden Schicht (12) eht* spricht.

6 Stromzuführungseinrichtung nach Anspruch 5, dadürdh gekennzeichnet , daß zwischen den zu koppelnden Stirnflächen des Schleifrings (5) und des Stromverteilungsrings (11) eine Elektroisolierschicht (29) untergebraöht ist.

7. Stromzuführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet , daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) an den Innenflächen von Lüftung^«* kanälen (32) angebracht ist, von denen jeder durch ein Paar von vielen durchlaufenden Öffnungen (30, 31) gebildet wird, die im Schleifring (5) und im Stromverteilungsring (11) so ausgeführt sind, daß sie gleichmäßig verteilt an entsprechenden Kreislienien dieser Ringe liegen, ihre Längsachsen parallel den Längsachsen dieser Ringe verlaufen und jede durchlaufende Öffnung (30) des Schleifrings (5) gegenüber einer durchlaufenden Öffnung (31) des Stromverteilungsrings (11) an einer Achse mit dieser liegt, wobei die zusätzliche stromleitende Schicht (12) Rohre mit unterschiedlichen V/andstärken bildet, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden Öffnungen (31) über den Kreisbogen von'der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene (13) am Stromverteilungsring (11) vergrößern.

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8. Strorazuführungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungskanäle (32) gleiche Durchmesser haben, und die Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht (12) Innendurchmesser aufweisen, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden Öffnungen (31) über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene (13) am Stromverteilungsring (11) vermindern.

9. Stromzuführungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lüftungskanäle (32) Durchmesser aufweisen, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden öffnungen (31) über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene (13) am Stromverteilungsring (11) vergrößern, und die Rohre der zusätzlichen stromleitenden Schicht (12) gleiche Innendurchmesser haben.

10. Strorazuführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche stromleitende Schicht (12) an den Innenflächen der Lüftungskanäle (32) angebracht ist, von denen jeder durch ein Paar von vielen durchlaufenden Öffnungen (30, 31) gebildet wird, die gleiche Durchmesser haben und im Schleifring (5) sowie im Stromverteilungsring (11) so ausgeführt sind, daß sie an entsprechenden Kreislinien dieser Ringe liegen, ihre Längsachsen parallel den Längsachsen dieser Ringe verlaufen und jede durchlaufende öffnung (30) des Schleifrings (5) gegenüber einer durchlaufenden Öffnung (31) des Stromverteilungsrings

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(11) an einer Achse mit dieser liegt, wobei die nebenliegenden durchlaufenden öffnungen (30, 31) am Umfang der angegebenen Ringe in Abständen angeordnet sind, die sich mit der Entfernung der durchlaufenden Öffnungen (31) über den Kreisbogen von der Befestigungsstelle der Stromführungsschiene (13) am Stromverteilungsring (11) vermindern, und die äusStz*· liehe stromleitende Schicht (12) Rohre bildet, die gleiche Durchmesser und gleiche Wandstärken aufweisen.

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