DE3219721C2 - Drehbare Hochstromverbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine drehbare Hochstromverbindung (1A, 1B) für die Durchführung von elektrischen Zuleitungen zu beweglichen Verbrauchern in geschlossenen Räumen. Die Hochstromverbindung enthält zwei drehbare, koaxiale Rohre (2, 3), die zur Fortleitung von Strom und Kühlmittel dienen. Die betreffenden Rohre (2, 3) sind an einem Ende mit je einem Flansch (9, 11) versehen. Koaxial zu den beiden voneinander isolierten Flanschen (9, 11) sind zwei gleichfalls voneinander isolierte ortsfeste Gegenflansche (19, 20) angeordnet. Die elektrische Verbindung erfolgt hierbei über zwei Scharen von Litzen (17, 18). Zur Lösung der Aufgabe, die Litzen (17, 18) außerhalb des Kühlmediums zu halten und dennoch vor Überhitzung zu schützen, wir erfindungsgemäß vorgeschlagen, den mit dem Außenrohr (3) verbundenen Flansch (9) mit dem Kühlmedium zu beaufschlagen, den mit dem Innenrohr (2) verbundenen Flansch (11) mit einem Kühlmittelkanal (12) auszustatten, die beiden ortsfesten Gegenflanschen (19, 20) mit inneren Kühlmittelkanälen (21, 22) zu versehen und die beiderseitigen Enden der Litzen (17, 18) in die betreffenden Flanschen (9, 11) und Gegenflanschen (19, 20) einzulöten. Durch die Summe aller Maßnahmen ergibt sich eine niedrige Betriebstemperatur aller Bauteile ohne Berührung der Litzen mit dem Kühlmedium.

Description

a) der mit dem Außenrohr (3) verdrehfest verbundene Fl.?r>sch (9) ist bis in den Hohlraum (5) zwischen Außenrohr und Innenrohr (2) geführt, derart, daß er mit dem Kühlmedium in unmittelbare Berührung bringbar ist,

b) der mit dem Innenrohr (2) verdrehfest verbundene Flansch (! 1) ist mit einem Kühlmittelkanal (12) versehen,

c) die beiden zur ortsfesten Stromzuleitung (26, 27) gehörenden Gegenflanschen (19, 20) sind gleichfalls mit in ihrem Innern angeordneten Kühlmittelkanälen (21,22) versehen, und

d) die Litzen (17, 18) sind an beiden Enden mit einer metallischen Lötverbindung in die zugehörigen Flanschen (0, 19 bt-w. 11, 20) eingebettet.

2. Drehbare Hochstromverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschen (9, 11) von Innen- (2) und Außenrohr (3) frei drehbar innerhalb der ortsfesten Stromzuleitungen (26,27) geführt sind.

Die Erfindung betrifft eine drehbare Hochstromverbindung für die Durchführung von elektrischen Zuleitungen zu beweglichen Einbauten in geschlossene Räume, bestehend aus einer koaxialen Anordnung eines elektrisch leitenden Innen- und eines Außenrohres, deren Hohlräume zur Fortleitung eines Kühlmediums dienen und die an ihren, mit einer ortsfesten Stromzuleitung in Verbindung stehenden Enden mit je einem metallischen Flansch ausgestattet sind, von dem eine Schar metallischer Litzen zu je einem entsprechenden, metallischen Gegenflansch an der ortsfesten Zuleitung führt, wobei die Gegenflanschen der ortsfesten Stromzuleitung mit Kühleinrichtungen versehen sind.

Hochstromverbindungen der vorstehend genannten Art werden beispielsweise für die Einführung großer Betriebsströme in geschlossene Räume benötigt, wenn zwischen Bauelementen innerhalb und außerhalb der Begrenzungswände dieser Räume begrenzte Dreh- und Schwenkbewegungen ausgeführt werden sollen. Diese Notwendigkeit besteht beispielsweise bei mit elektrischem Strom gespeisten Anlagen, wie Schmelz- und Gießanlagen, in denen das Schmelzgut durch Kippen eines Tiegels vergossen wird, wobei der Tiegel rnii der Heizeinrichtung eine Baueinheit bildet.

Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß die Hochstromverbindung gleichzeitig auch noch zur Zu- und Abführung eines Kühlmittels dienen soll, durch welches Ofenteile, beispielsweise eine Induktionsspule, vor Überhitzung geschützt werden.

Bei Vorrichtungen mit Druckdifferenzen auf beiden Seiten der Begrenzungswände der geschlossenen Räume, wie beispielsweise bei Vakuumöfen, werden auch noch besondere Anforderungen an die Dichthe^:«. der

ίο Hochstromverbindungen gestellt Hochstromverbindungen der eingangs genannten Art sind jedoch nicht auf die Verwendungen bei Schmelz- und Gisßöfen beschränkt.

Eine ausgesprochene Schwachstelle derartiger Hochsiromverbindungen sind die in sich flexiblen Teile, die als Litzen ausgebildet sind und aus dünnen Kupferdrähten bestehen.

Eine Hochstromverbindung der eingangs beschriebenen Art ist seit vielen Jahren durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Diese besteht aus vier metallischen Ringflanschen, die paarweise konzentrisch ineinander r eordnet und durch U-förmig gebogene Litzen derart miteinander verbunden sind, daß jeweils ein innerer und ein äußerer Ringflansch auf gleichem Potential liegen.

Die Rücken-an-Rücken liegenden Ringflansche unterschiedlicher Polarität sind durch Isolierringe elektrisch voneinander getrennt,.^ui!den aber mechanisch eine Baueinheit, wobei die inneren Ringflansche gegenüber den äuueren Ringflanschen eine begrenzte Schwenkbewegung ausführen können. Die Litzen sind hierbei mittels Klemmschrauben mit ihren Enden in den Flanschen befestigt. Die Litzenscharen des einen Potentials verlaufen zu den Litzenscharen des anderen Potentials in etwa spiegelsymmetrisch, wobei die Symmetrieebene etwa innerhalb der Isolierringe zwischen den Flanschen liegt. Durch entsprechende Schlaufenlänge der Litzen wird dafür Sorge getragen, daß der Schwenkwinkel ausreichenH groß ist. Die inneren, drehbaren Ringflanschen weisen unterschiedliche innendurchmesser auf und sitzen auf den Außenflächen der koaxialen Rohre, welche den Strom und das Kühlmittel durch die Begrenzungswand des geschlossenen Raums zu dessen beweglichen Einbauten übertragen.
Während die starren koaxialen Rohre hinreichend dimensioniert werden konnten und durch das Kühlwasser auch ausreichend gekühlt wurden, waren die Litzen regelmäßig durch Überhitzung gefährdet. Dies lag an den Übergangswiderständen an den Einspannstelien einerseits und an dem Ohm'schen Widerstand der Litzen andererseits, der im Hinblick auf die erforderliche Flexibilität der Litzen nicht ausreichend klein gewählt werden konnte. Eine Vergrößerung des mittleren Durchmessers des gesamten Litzensystems verbot sich aus räumlichen Gründen. An der Überhitzung der Litzen änderte auch die Tatsache nichts, daß auf die Außenflächen der äußeren Flanschen eine Kühlschlange aufgelötet wurde. Die bekannte Lösung eignete sich daher für eine bestimmte Dimensionierung nur für einen verhältnismäßig geringen Gesamtstrom, so daß der Einsatzmöglichkeit der 'ekannten Hochstromverbindung enge Grenzen gesetzt waren.

Man hat daher nach Wegen gesucht, die Litzen wirksamer zu kühlen. Dies geschah dadurch, daß man die Litzen einer Polarität in den Hohlraum des inneren Rohres verlegte und die Litzen der anderen Polarität in den Ringraum ?:wischen dem inneren und dem koaxialen äußeren Rohr, wobei die Rohre selbst aus Isolierstoff bestehen. Eine derartige Anordnung ist durch die

DE-PS 23 18 690 bekannt und hat sich durch eine hohe elektrische Belastbarkeit in der Praxis durchaus bewährt

Es hat sich in der Praxis allerdings herausgestellt, daß die Litzen durch das sie umspülende Kühlwasser einer hohen Korrosion in Verbindung mit Kalkablagerungen ausgesetzt waren, so daß die betreffenden Hochstromverbindungen von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden mußten. Solange das Kühlwasser bestimmten Reinheitsanforderungen entsprach, war die Standzeit der be- ίο kannten Hochstromverbindungen ausreichend groß. Da jedoch gelegentlich unkontrollierbare Wasserverunreinigungen in Kauf genommen werden mußten, bestand der Wunsch, die Litzen wieder aus dem Wasserbereich herauszunehmen. Dies hätte jedoch zu einem drasti- ;5 sehen Rückgang der spezifischen Belastbarkeit der Litzen geführt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine drehbare Hochstromverbindung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die — gleiche Abmessungen verausgesetzt — im wesentlichen die gleiche spezifische Belastbarkeit aufweist wie die vorstehend beschriebene Hochstromverbindung mit unmittelbar wassergekühlten Litzen, jedoch keine Korrosionsanfälligkeit und damit eine wesentlich vergrößerte Standzeit aufweist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Hochstromverbindung erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale:

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si) Der mit dem Außenrohr verdrehfest verbundene Flansch ist bis in den Zwischenraum zwischen Außenrohr und Innenrohr geführt, derart, daß er mit dem Kühlmedium in unmittelbare Berührung bringbar ist,

b) der mit dem Innenrohr verdrehfest verbundene Flansch ist mit einem Kühlmittelkanal versehen,

c) die beiden zur ortsfesten Stromzuleitung gehörenden Gegenflansche sind gleichfalls mit in ihrem Innern ar geordneten Kühlmittelkanälen versehen, und

el) die Litzen sind an beiden Enden mit einer metallischen Lötverbindung in die zugehörigen Flanschen eingebettet.

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Durch dk· Kombination der Einze'merkmale wird in bezug auf die Litzen und ihre Lötstellen eine an mehreren Stellen wirksame stärkere Kühlung erreicht, wobei das Zusammenwirken der verschiedenen Kühlungseinflüsse eine wirksame Genmtabsenkung des Temperaturniveaus zur Folge hai.

Der mit dem Außenrohr verbundene Flansch, der bei der bekannten Lösung nur auf dessen Außenfläche aufsaß und nicht unmittelbar mit dem Kühlwasser in Berührung kam, ist nunmehr mit einer radial einwärts gerichteten Verlängerung, gegebenenfalls unter Oberflächenvergrößerung bis in den Zwischenraum zwischen Außenro! r und Innenrohr geführt, wo er beim Betrieb der Vorrichtung unmittelbar durch das Kühlwasser gekühlt wird, so daß schon hieraus eine Temperaturabsenkung resultiert.

Ein ähnliches Konstruktionsprinzip war bei der bekannten Lösung auch im Hinblick auf denjenigen Ringllansch gewählt worden, der auf der Außenfläche des I nnenrohres aufsaß Auch hier erfolgte die Kühlung nur mittelbar. Durch die Anordnung eines Kühlmittelkanals in diesem Flansch, und 7'."ar in unmittelbarer Nähe der L.ötstellen der Litzen, wird auch hier die Einspannstelie der Litzen wirksam gekühlt.

Schließlich wird durch die Anordnung von Kühlmittelkanälen im Innern der äußeren Ringflansche, die zu: ortsfesten Zuleitung gehören, eine weitaus wirksamere Kühlung in unmittelbarer Nähe der Lötstellen erreicht, als bei einem nur äußerlich aufgelöteten Kühlring, von dem dreiviertel der Oberfläche mit der Atmosphäre, nicht aber mit dem Ringflansch im Wärmeaustausch stehen.

Weiterhin werden durch das Einlöten der Litzenenden in die betreffenden Ringflansche die an dieser Stelle ansonsten vorhandenen Obergangswiderstände drastisch red iert. so daß eine weitaus geringere Wärmeentwicklung die Folge ist.

Wie bereits gesagt, wird durch das Zusammenwirken aller Einzelmerkmale eine derart drastische Temperaturabsenkung erreicht, daß die spezifische Strombelastung der ganzen Hochstromverbindung beträchtlich gesteigert werden kann, ohne daß die werkstoffbedingten zulässigen Grenztemperaturen überschritten würden. Eine Korrosion der Litzen dur.ri Kühlwasser ist ausgeschlossen, so daß sich hieraus eine wesentlich längere Standzeit der Hochstromverbindung ergibt, selbst dann, wenn an die Reinheit des Kühlwassers erhebliche Zugeständnisse gemacht werden müssen.

Diejenige bekannte Lösung, die mit relativ zueinander beweglichen Kunststoffrohren ausgestattet ist, bedingte ein relativ hohes Antriebsdrehmornent für das Verdrehen der Hochstromverbindung, bedingt durch die hohen Reibungskoeffizienten zwisenen den Kunststoffteilen. Mit dem Erfindungsgcgensland läßt sich infolge der möglicher. Verwendbarkeit metallischer Bauteile auch dieses Problem lösen, nämlich dadurch, daß die Flanschen von Innen- und Außenrohr frei drehbar innerhalb der ortsfesten Stromzuleitung geführt sind. Da es an dieser Stelle auf eine Abdichtung nicht ankommt, kann durch ein ausreichend bemessenes Spiel für eine weitgehend reibungsfreie Bewegung Sorge getragen werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch denjenigen Teil der Hochstromverbindung, an dem die ortsfesten Ringflansche über Litzen mit den drehbaren Rinrflanschen verbunden sind, und

F i g. 2 einen Axialschnitt durch das gegenüberliegende, vollständig drehbare Ende der Hochstromverbindung mit den Anschlußelementen für den schwenkbaren Verbraucher.

In den F i g. 1 und 2 sind die beiden Enden der drehbaren Hochstromverbindung mit \A und XB bezeichne'. Zwischen diesen beiden Enden liegt diejenige Wand, die den geschlossenen Raum begrenzt, in dem sich das Ende IS befindet. Die betreffende Wand ist nicht dargestellt, desgleichen nicht die an der Durchdringungsutelle vorhandene Drehdurchführung, da diese Gegenstände Stand der Technik sind.

Die Hochstroni'";rbindung enthält ein elektrisch leitendes Innenrohr 2 sowie ein ebensolches Außenrohr 3, das allerdings eine geringere Länge aufweist und konzentrisch zum Innenrohr 2 angeordnet ist. Jm Iniienrohr 2 befindet sich ein Hohlraum 4 zur Fortleitung eines Kühlmediums; zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3 wird ein ringförmiger Hohlraum 5 gebildet, der gleichfalls zur Fortleitung des Kühlmediums dient. Der innere Hohlraum 4 ist über einen Rohrkrümmer 6 mit einer Schraubmuffe 7 mit einer nicht gezeigten flexiblen

Kühlmittelleitung verbunden. Der äußere Hohlraum 5 ist über einen seitlichen Anschlußstutzen 8 gleichfalls mit einer flexiblen Kühlwasserleitung verbunden.

Die in F i g. 1 sichtbare Stirnseite des Außenrohres 3 ist fest mit einem metallischen Flansch 9 verbunden, der mittels eines Fortsatzes 10 in den Hohlraum 5 hineinragt und auf diese Weise beim Betrieb mit dem in Hohlraum 5 befindlichen Kühlmedium unmittelbar in Berührung steht. Zur Erzielung einer guten Zentrierung ist der Flansch 9 im Querschnitt L-förmig ausgeführt und mit zwei nicht näher bezeichneten Radialnuten versehen, in denen nicht gezeigte Dichtungen zur Abdichtung gegenüber dem Außenrohr 3 einerseits und gegenüber dem Innenrohr 2 andererseits angeordnet sind. Eine Drehbewegung zwischen Innenrohr und Außenrohr findet nicht statt, da beide Rohre ein gemeinsam bewegliches, starres System bilden.

Auf dem Innenrohr 2 ist jenseits der Stirnseite des Außenrohres 3 gleichfalls ein Flansch 11 verdrehfest angeordnet, der im Querschnitt gleichfalls L-förmig ausgebildet ist. Der Flansch 11 ist im Bereich des radial nach außen gerichteten Schenkelquerschnitts mit einem Kühlmiitelkanal 12 versehen, der über eine Anschlußleitung 13 mit Kühlwasser beaufschlagt werden kann. Eine zweite Anschlußleitung zur Rückführung des Kühhvassers ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Zwischen den beiden Flanschen 9 und 11 befindet sich ein aus Isolierstoff bestehender Distanzring 14, der eine Axialnut 15 zur Aufnahme derjenigen Schrauben aufweist, mit denen der Flansch 9 mit dem Außenrohr 3 jo verbunden ist. Das Innenrohr 2 weist auf einem Teil seiner Länge einen Isolierüberzug 16 auf, der bis in den Distanzring 14 hineinragt, so daß die vorgegebene Potentialdifferenz zwischen dem Flansch 9 und dem Innenrohr 2 aufrechterhalten werden kann. Auch die Fiansehen 9 und 11 sowie der Distanzring 14 sind relativ zueinander unverdrehbar und bilden eine in sich starre Baugruppe, die nur in Verbindung mit dem Rohrsystem gemeinsam Schwenkbewegungen ausführen kann.

In den jeweils radial nach außen führenden Schenkeln 9a und 11a der Flanschen 9 und 11 befinden sich in äquidistanter Verteilung eine Vielzahl von axial ausgerichteten Bohrungen, in die U-förmige Litzen 17 bzw. 18 eingelötet sind. Die Litzen einer jeden Polarität bilden eine Schar, wobei die Mittellinien der Litzen in der Mitte des Schwenkbereichs in radialen Ebenen zur Systemachse A-A liegen.

Die jenseitigen Enden der Litzen 17 bzw. 18 sind in Gegenflanschen 19 bzw. 20 eingelötet, die zu diesem Zweck mit einer gleichen Anzahl von axial ausgerichteten Bohrungen versahen sind, wie die Flanschen 9 und 11. Jeder der beiden Gegenflanschen 19 bzw. 20 ist mit einem umlaufenden Kühlmittelkanal 21 bzw. 22 verschen, der wiederum durch je einen Verschlußring 23 bzw. 24 abgedichtet ist. Zwischen den Gegenfianschen 19 bzw. 20 befindet sich ein aus Isolierstoff bestehender Distanzring 25, mit dem die Gegenfiansche 19 und 20 zur Bildung einer starren Baugruppe verschweißt sind.

Zu den Gegenflanschen 19 und 20 führen Stromzuleitungen 26 bzw. 27, die gleichzeitig als Kühlmitteileitungen ausgebildet und mit Anschiußenden 28 bzw. 29 für Schlauchleitungen ausgestattet sind.

Die gesamte Anordnung ist im Hinblick auf die Systemachse A-A weitgehend rotationssymmetrisch ausgebildet, mit Ausnahme jedenfalls der nach unten führenden Anschlüsse für Strom und Kühlwasser. Die unter Spannung stehenden Teile unterschiedlichen Polaritäten sind zum Schutz gegen Berührung von einer Abdeckhaube 30 umgeben.

In F i g. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. I mit gleichen Be/ugszeichen versehen; dort ist auch das jenseitige Ende der Systemachse A-A dargestellt. Der äußere Hohlraum "5 ist an diesem Ende der Hochstromverbindung durch einen Isolierstoffkörper 31 verschlossen, der mit zwei Pairen nicht naher bezeichneten Radialnuten versehen ist. in denen Dichtungsringe untergebracht sind. Der Isolierstoffkörper 31 ist über Zugschrauben 32 mit dem Außenrohr 3 verspannt. Von diesem führt ein radialer Anschlußstutzen 33, der von einem Isolierrohr 34 umgeben ist, zu einem Anschlußflansch 35, der hier durch einen Blindflansch 36 verschlossen ist. Der Anschlußstutzen 33 dient nicht nur zur Übertragung des Stroms, sondern auch zur Weiterleitung des Kühlmediums und ist zu diesem Zweck mit einer Bohrung 37 versehen.

Mit dem Isolierstoffkörper 31, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist, ist ein weiterer Anschlußflansch 38 verschraubt, der über einen zylindrischen Fortsatz 39 elektrisch leitend mit dem Innenrohr 2 verbunden ist. Auch der Anschlußflansch 38 dient zur Fortleitung des Betriebsstromes sowie des Kühlmediums. Hierfür ist der Fortsat/. 39 mit einer Bohrung 40 verschen, die mit dem inneren Hohlraum 4 fluchtet. Der Anschlußflansch 38 ist durch einen Blindflansch 41 verschlossen.

Beim Anbau des beweglichen Verbrauchers, beispielsweise einer Induktionsschmelzvorrichtung, die mit Mittelfrequenz versorgt werden soll, werden die Blindflanschen 36 und 41 entfernt und durch entsprechende Gegenflanschen ersetzt, die mit dem Verbraucher verbunden sind. Auf diese Weise stellt der Verbraucher die Fortsetzung der Hechstromverbindung dar, d. h. über den Verbraucher wird nicht nur der Stromkreis, sondern auch der Kühlmittelkreislauf geschlossen. Man kann sich beispielsweise die Blindflanschen 36 und 41 durch die Anschlußflanschen einer hohlen Induktionsspule ersetzt denken, in der sich ein Schmelztiegel befindet. Dieser Schmelztiegel besitzt in der Regel eine sogenannte Gießschnauze, über die der Tiegclinhalt beim Kippen des Tiegels in eine Gießform entleert werden kann. Die hierzu erforderliche Schwenkbewegung wird durch die beschriebene Hochstromverbindung bewirkt. Das in F i g. 2 gezeigte Ende der Hochstromverbindung ist durch eine isolierende Abdeckung 42 geschützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Drehbare Hochstromverbindung für die Durchführung von elektrischen Zuleitungsn zu beweglichen Einbauten in geschlossene Räume, bestehend aus einer koaxialen Anordnung eines elektrisch leitenden Innen- und eines Außenrohres, deren Hohlräume zur Fortleitung eines Kühlmediums dienen, und die an ihren, mit einer ortsfesten Stromzuleitung in Verbindung stehenden Enden mit je einem metallischen Flansch ausgestattet sind, von dem eine Schar metallischer Litzen zu je einem entsprechenden, metallischen Gegenflansch an der ortsfesten Zuleitung führt, wobei die Gegenflanschen der ortsfesten Stromzuleitung mit Kühlcinrichtungen verschen sind, dadurch gekennzeichnet,