DE4122574A1 - Drehbare hochstromverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehbare Hochstromverbindung für die Durchführung elektrischer Zuleitungen zu beweglichen Elementen in geschlossene Räume entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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

Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß die Hochstromver­ bindung gleichzeitig auch noch zur Zu- und Ahführung eines Kühlmittels dienen soll, durch welches Ofenteile, beispiels­ weise 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 Dichtheit der Hochstromverbindungen gestellt. Hochstrom­ verbindungen der eingangs genannten Art sind jedoch nicht auf die Verwendung bei Schmelz- und Gießöfen beschränkt.

Eine Hochstromverbindung der eingangs beschriebenen Art ist seit vielen Jahren durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Diese besteht aus vier metallischen Ringflanschen, die paarweise konzentrisch ineinander angeordnet 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 Distanzringe elektrisch gegeneinander isoliert, bilden aber mechanisch eine Baueinheit, wobei die inneren Ringflansche gegenüber den äußeren Ringflanschen eine begrenzte Schwenkbewegung ausführen können. Die Litzen sind hierbei beispielsweise mittels Klemmschrauben mit ihren Enden in den Flanschen befestigt. Die Litzenscharen des einen Po­ tentials verlaufen zu den Litzenscharen des anderen Potentials in etwa spiegelsymmetrisch, wobei die Symmetrieebene etwa inner­ halb der isolierenden Distanzringe zwischen den Flanschen liegt. Durch entsprechende Schlaufenlänge der Litzen wird dafür Sorge getragen, daß der Schwenkwinkel ausreichend groß ist. Die inneren, drehbaren Ringflansche weisen unterschiedliche Durchmesser auf und sitzen auf den Außenflächen der koaxialen Rohre, welche den Strom und das Kühlmittel durch die Begrenzungs­ wand des geschlossenen Raums zu dessen beweglichen Einbauten übertragen.

Die Versorgung der äußeren, ortsfesten Gegenflansche mit elektrischen Strom erfolgt nach der DE-PS 32 19 721 mittels zwei tangential angeordneter, rohrförmiger Stromzuleitungen, die gleichzeitig als Kühlmittelleitungen ausgebildet sind.

Bei einer Ausführung der oben genannten Art hat sich jedoch mit Nachteil herausgestellt, daß eine Übertragung hoher elektrischer Ströme problematisch ist. Die Einleitung des elektrischen Stroms in die Gegenflansche findet an nur einer radial außenliegenden Stelle statt. Da der elektrische Strom das Bestreben hat, auf dem kürzest möglichen Weg zu fließen, findet auch keine Verteilung auf den ringförmigen Gegenflanschen statt. Statt dessen fließt der Strom über die in der Nähe der Zuleitung befindlichen Litzen in die Gegen­ flansche. Dies wiederum bedingt eine unterschiedliche ther­ mische Belastung der Litzen, weshalb diese mit unterschied­ lichen Durchmessern ausgeführt wurden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Aus­ führungsform der Hochstromverbindung zu schaffen, die eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten elektrischen Stroms über den Umfang der Gegenflansche ermöglicht und somit eine ungleichmäßige Erwärmung der Litzen ausschließt sowie die Übertragung höherer Ströme als bislang möglich realisiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem die Gegenflansche mit einer koaxialen Stromzuführungseinrichtung, vorzugsweise mit koaxial zueinander angeordneten Stromzuführungsrohren mit unterschiedlichen Durchmessern ausgestattet sind und diese Rohre eine Mindestlänge (L) nicht unterschreiten, wobei die Länge (L) vorzugsweise größer ist als der zweifache Durchmesser (D) des Stromzuführungsrohres mit dem kleinsten Durchmesser.

Mit Vorteil erfüllt die koaxiale Stromzuführung die Forderung nach einer, auf die Umfangsfläche verteilten gleichmäßigen Stromdichte, die jetzt auch den Einsatz bei hohen Strömen ermöglicht.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unter­ ansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nach­ folgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Es zeigt einen Axialschnitt durch das eine Ende einer drehbaren Hoch­ stromverbindung mit der erfindungsgemäßen koaxialen Stromzu­ führung.

Die Hochstromverbindung enthält ein elektrisch leitendes zylindrisches Innenrohr 2 sowie ein Außenrohr 3, das eine geringere Länge aufweist und konzentrisch zum Innenrohr 2 angeordnet ist. Das Außenrohr 3 wird mittels einer Dreh­ durchführung, die zum Stand der Technik gehört und daher nicht näher gezeigt ist, in einer Wand einer Vakuumkammer 1 gehal­ ten. Im Innenrohr 2 befindet sich ein Hohlraum 4 zur Leitung 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 eine Schraubmuffe 6 mit einer nicht gezeigten flexiblen Kühlmittelleitung verbunden. Der äußere Hohlraum 5 ist über eine seitliche Schraubenmuffe 7 gleichfalls mit einer flexiblen Kühlwasserleitung verbunden.

Die Stirnseite des Außenrohres 3 ist fest mit einem metal­ lischen Flansch 8 verbunden, der mittels eines radial innen­ liegenden Fortsatzes in den Hohlraum 5 hineinragt und auf diese Weise beim Betrieb mit dem im Hohlraum 5 befindlichen Kühlmedium unmittelbar in Berührung steht. Der Flansch 8 ist mit einer nicht näher bezeichneten Radialnut versehen, in der eine nicht gezeigte Dichtung zur Abdichtung gegenüber dem Innenrohr 2 angeordnet ist. 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 gleichfalls ein Flansch 9 verdrehfest angeordnet. Die Muffe 6 ist zentrisch in den Flansch 9 eingeschraubt.

Zwischen den beiden Flanschen 8 und 9 befindet sich ein aus Isolierstoff bestehender Distanzring 10. Das Innenrohr 2 weist auf einem Teil seiner Länge einen Isolierüberzug 11 auf, der bis an den Distanzring 10 heranragt, so daß die vorgegebene Potentialdifferenz zwischen dem Flansch 8 und dem Innenrohr 2 aufrechterhalten werden kann. Auch die Flansche 8 und 9 sowie der Distanzring 10 sind relativ zueinander unverdrehbar und bilden eine in sich starre Baugruppe.

In den jeweils radial außenliegenden Bereichen der Flansche 8 und 9 befinden sich in äquidistanter Verteilung eine Vielzahl von axial ausgerichteten Bohrungen, in die U-förmige Litzen 12, 12′, . . .; 13, 13′, . . . mit ihrem jeweils einen Ende einge­ lötet sind.

Die jeweils anderen Enden der Litzen 12, 12′, . . ., 13, 13′, . . . sind in Gegenflansche 14, 15 eingelötet, die zu diesem Zweck mit einer gleichen Anzahl von axial ausgerichteten Bohrungen versehen sind, wie die Flansche 8 und 9. Diese Gegenflansche 14, 15 sind in einer Position radial außerhalb der Flansche 8, 9 angeordnet, jedoch ohne diese zu berühren. Zwischen den Gegenflanschen 14, 15 befindet sich ein aus Isolierstoff bestehender Distanzring 16 mit dem die Gegenflansche 14, 15 zur Bildung einer starren Baugruppe verschraubt sind.

Die Gegenflansche 14, 15 sind an ihren radial außenliegenden Enden jeweils mit einem kreisscheibenförmigen Ring 17, 18 verbunden, wobei der Ring 17 den Ring 18 in seiner radialen Erstreckungsrichtung überragt.

An beide Ringe 17, 18 schließen sich in axialer Richtung je zwei kreiszylindrische dünnwandige Rohre 19, 20, 22 und 23 an, die konzentrisch zueinander und berührungsfrei mit je einem Zwischenraum angeordnet sind. Der Ring 22 ist mit einem ebenso kreiszylindrischen, elektrischen Isolator 21 versehen, so daß die unterschiedlichen Polaritäten des äußeren Rohrpaares 19, 20 und des inneren Rohrpaares 22, 23 voneinander getrennt sind.

Die gesamte bislang beschriebene Anordnung ist im Hinblick auf die Achse A-A weitgehend rotationssymmetrisch ausgeführt.

Die beiden Rohrpaare 19, 20 und 22, 23 stehen an ihren freien Enden mit jeweils einer radial angeordneten Stromschiene 24, 25 in Kontakt, wobei zwischen den beiden Stromschienen 24, 25 ein Isolator 26 vorgesehen ist, dessen radial innenliegendes Ende wiederum mit dem Isolator 21 verbunden ist. Über diese beiden Stromschienen 24, 25 wird eine elektrische Leistung eingespeist, die sich auf dem Umfang der Stromzuführungsrohre 19, 20, 22, 23 verteilt und somit eine koaxiale Übertragung der elektrischen Leistung über die Gegenflansche 14, 15 und die flexiblen Strombrücken 12, 12′, . . ., 13, 13′, . . . auf die Stromrohre 2, 3 ermöglicht.

Eine relative Drehbewegung der oben genannten Hochstromver­ bindung findet zwischen den beiden Flanschpaaren 8, 9 und 14, 15 statt, wobei der mögliche Drehwinkel (der drehbaren Teile 2, 3, 8 und 9 gegenüber den ortsfest montierten Stromzufüh­ rungsrohren 19, 20, 22, 23) begrenzt wird, durch die Strek­ kungslänge der flexiblen Strombrücken 12, 12′, . . .; 13, 13′, . . .

Auflistung der Einzelteile

 1 Vakuumkammer
 2 Innenrohr, Stromrohr
 3 Außenrohr, Stromrohr
 4 Hohlraum
 5 Hohlraum
 6 Schraubmuffe
 7 Schraubmuffe
 8 Flansch
 9 Flansch
10 Distanzring
11 Isolierüberzug
12, 12′, . . . flexible Strombrücke, Litze
13, 13′, . . . flexible Strombrücke, Litze
14 Gegenflansch
15 Gegenflansch
16 Distanzring
17 Ring
18 Ring
19 Rohr, Stromzuführungsrohr
20 Rohr, Stromzuführungsrohr
21 Isolator
22 Rohr, Stromzuführungsrohr
23 Rohr, Stromzuführungsrohr
24 Stromschiene
25 Stromschiene
26 Isolator
A-A Rotationsachse
L Länge
D Durchmesser

Claims (8)

1. Drehbare Hochstromverbindung für die Durchführung elek­ trischer Zuleitungen zu beweglichen Einbauten in ge­ schlossene Räume, beispielsweise in eine Vakuumkammer (1), bestehend aus einer koaxialen Anordnung eines elek­ trisch leitenden Innenrohres (2) und eines Außenrohres (3), die mit radialen Abstand zueinander angeordnet sind, deren Hohlräume (4, 5) zur Leitung eines Kühlmediums dienen und die an ihren, mit einer ortsfesten Stromzu­ leitung verbundenen Enden mit je einem metallischen Flansch (8, 9) verbunden sind, von denen flexible Strom­ brücken beispielsweise Litzen (12, 12′, . . .; 13, 13′, . . .) zu je einem entsprechenden, metallischen Gegenflansch (14, 15) an der ortsfesten Zuleitung führen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gegenflansche (14, 15) mit einer ko­ axialen Stromzuführungseinrichtung, vorzugsweise mit ko­ axial zueinander angeordneten Stromzuführungsrohren (19, 20, 22, 23) mit unterschiedlichen Durchmessern ausge­ stattet sind und diese Rohre (19, 20, 22, 23) eine Mindest­ länge (L) nicht unterschreiten, wobei die Länge (L) vor­ zugsweise größer ist als der zweifache Durchmesser (D) des Stromzuführungsrohres (23) mit dem kleinsten Durch­ messer (D).

2. Drehbare Hochstromverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenflansche (14, 15) konzen­ trisch zu den Flanschen (8, 9) und radial außerhalb der Flansche (8, 9) angeordnet sind.

3. Drehbare Hochstromverbindung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Litzen (12, 12′, . . ., 13, 13′, . . .) auf dem Umfang von Flansch (8, 9) und Gegen­ flansch (14, 15) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Drehbare Hochstromverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Litzen (12, 12′, . . ., 13, 13′, . . .) von gleicher Länge und gleichem Querschnitt sind.

5. Drehbare Hochstromverbindung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gegenflansch (14, 15) mit mindestens einer koaxialen Stromzuführungseinrichtung, vorzugsweise mit einem Stromzuführungsrohr (19, 20, 22, 23) ausgestattet ist.

6. Drehbare Hochstromverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsrohre (19, 20, 22, 23) einen runden Querschnitt aufweisen.

7. Drehbare Hochstromverbindung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Stromzuführungseinrichtung vorzugsweise die Stromzuführungsrohre (19, 20, 22, 23) mit Stromschienen (24, 25) verbunden sind.

8. Drehbare Hochstromverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Polarität mindestens eine Stromschiene (24, 25) eingesetzt ist.