DE4432802A1

DE4432802A1 - Schleifringanordnung

Info

Publication number: DE4432802A1
Application number: DE19944432802
Authority: DE
Inventors: Hanspeter Meier
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1994-09-15
Filing date: 1994-09-15
Publication date: 1996-03-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifringanordnung für Synchronmaschinen, insbesondere für Wasserkraftmaschinen, mit mindestens einem Schleifring, der auf einem Träger isoliert befestigt ist.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Bei Schleifringanordnungen für Synchronmaschinen werden meist Stahlringe verwendet, die entweder isoliert auf eine Schleif ingbüchse oder isoliert direkt auf die Welle der Synchronma schine aufgeschrumpft werden (vgl. Wiedemann/Kellenberger "Konstruktion elektrischer Maschinen", Springer-Verlag Ber lin/Heidelberg/New York, 1967, S. 392-393, insbesondere Abb. 386 bzw. 387). Als Isolation wird praktisch ausnahmslos Pressmica (Glimmer) verwendet. Der Schleifring wird beim Aufziehen etwa auf 500°C erwärmt und preßt beim Erkalten zunächst die Glimmerschuppen zusammen, wobei er sich reckt und automatisch auf eine Restschrumpfmaß entsprechend 200°C, also etwa 0,2% erhält. Bei großen Schleifringen wird zu nächst das Pressmica durch einen Vorschrumpfring mit etwa 3,5% % Schrumpf über die Glimmerisolation auf die Welle ge schrumpft, dann wird dieser Schrumpfring abgedreht, und der Schleifring mit etwa 0,2% Schrumpfmaß auf den Vorschrumpf ring aufgeschrumpft (a.a.O, S. 392, Abb. 338).

Diese nunmehr seit Jahrzehnten eingeführte Technologie hat sich sowohl bei Turbogeneratoren, also schnellaufenden Maschi nen als auch bei Langsamläufern, wie Wasserkraftmaschinen, be stens bewährt. Sie ist jedoch zeitaufwendig und erfordert spe ziell geschultes Personal. Insbesondere ist die Demontage sol cher Schleifringe problematisch.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifringan ordnung zu schaffen, die einfach und wirtschaftlich herzustel len ist und problemlos zu montieren und auch wieder zu entfer nen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schleifringe auf einem Träger aus Isoliermaterial lösbar be festigt sind, welcher Träger seinerseits an einem Wellenende der Synchronmaschine angebracht ist.

Die Erfindung greift dabei grundsätzlich auf eine seit vielen Jahren bekannte, heute aber praktisch in Vergessenheit gera tene Technologie zurück, die in der älteren Literatur als "Stromabnehmer in Armbauart" bezeichnet wird (vgl. Moeller- Werr "Leitfaden der Elektrotechnik", Bd. III Konstruktion elek trischer Maschinen, B.G.Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1950, S. 115-117, insbesondere Bild 116.4 auf Seite 116). Bei dieser Bauart ist die Nabe der Schleifringanordnung mit radia len Armen ausgeführt, an welche die Schleifringe isoliert an geschraubt werden. Die Erfindung verzichtet jedoch auf eine besonders ausgestaltete (metallische) Nabe, die dann wiederum in Schrumpftechnik auf der Maschinenwelle befestigt werden müßte. Sie vereinigt vielmehr die Funktionen Befestigung und Isolierung in einem einzigen einfach gestalteten und wirt schaftlich herzustellenden Bauteil. Darüber hinaus ergibt sich eine gegenüber den bekannten Schleifringanordnungen erhöhte Freiheit in der Art der Verbindung mit der Welle. Die erfin dungsgemäße Schleifringanordnung kann sowohl stirnseitig an der Welle befestigt werden, sie kann aber auch an einen Wel lenbund am Wellenende angebracht werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, den Träger aus Isoliermaterial zwei- oder mehrteilig auszubilden, wobei die ser dann längs eines Durchmessers zu teilen ist. Dies ermög licht die Montage der Schleifringanordnung auch "hinter" einer Wellenkupplung, sofern der Außendurchmesser des Kupplungs flansches kleiner ist als der Innendurchmesser des Schleif rings.

Bei Synchronmaschinen umfaßt die Schleifringanordnung regel mäßig zwei Schleifringe, die gegeneinander distanziert und elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die beiden Schleifrin ge sind dann beidseits des Trägers, der vorzugsweise als Scheibe ausgebildet ist, angeordnet. Sie sind entweder durch gemeinsame Befestigungsmittel oder durch separate Befesti gungsmittel am Träger befestigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, vorteilhafte Weiterbildun gen und Alternativen des erfindungsgemäßen Konzepts sowie weitere damit erzielbare Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine am Wellenende einer Synchronmasche lösbar befestigte Schleifringanord nung gemäß der Erfindung ,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die noch nicht montierte Schleifringanordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schnitt durch die Befestigungsstelle der Schleif ringe an einer Scheibe aus Isoliermaterial;

Fig. 4 einen vereinfachten Schnitt durch eine Schleifringa nordnung, die auf der Welle vor der Kupplung angeord net ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Schleifringsanordnung gemäß Fig. 4 mit einem Träger, der aus mehreren voneinander distanzierten Segmenten besteht

Fig. 6, 7 eine alternative Befestigungsmöglichkeit der beiden Schleifringe an der Scheibe aus Isoliermaterial, wo bei jeder Schleifring unabhängig vom anderen am Trä ger befestigt ist;

Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer Schleifringanord nung, bei welcher ein einzelner Schleifring an der Stirnseite eines separaten Trägers angeordnet ist, wobei die Befestigung mittels Schrauben erfolgt;

Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer Schleifringanord nung, bei welcher ein einzelner Schleifring auf ei nem separaten Träger angeordnet ist und diesen um gibt, wobei die Befestigung mit einem Befestigungs ring erfolgt;

Fig. 10 eine Schleifringanordnung gemäß Fig. 9 jedoch mit alternativer Befestigung des Schleifrings mittels radial verlaufenden Laschen;

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform einer Schleifringanord nung mit einem separatem Träger für jeden Schleif ring;

Fig. 12 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 11 mit einem geteilten Schleifring;

Fig. 13 eine Abwandlung der Schleifringanordnung nach Fig. 12 mit ungeteiltem Schleifring und besonders gestalte tem Träger in Segmentform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 ist die generell mit der Bezugsziffer 1 gekenn zeichnete Schleifringanordnung auf das Wellenende 2 einer Syn chronmaschine mittels Schrauben 3 befestigt. Die Schleifringa nordnung 1 umfaßt zwei Schleifringe 4, 5 die auf den beiden Stirnflächen einer Scheibe 6 aus Isoliermaterial, vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, mittels Schraubbolzen 7 und Muttern 8 befestigt sind. Da beide Schleifringe 4, 5 (im Bei spielsfall einer Synchronmaschine) unterschiedliches Potential aufweisen, ist der Bolzenschaft des Schraubbolzens 7 durch ein Isolierrohr 9 und beidseits Isolierscheiben 10 gegenüber den Schleifringen 4, 5 isoliert, wie es im teilweisen Schnitt gemäß Fig. 3 dargestellt ist.

Wie aus der Draufsicht der Fig. 2 hervorgeht, sind im Bei spielsfall acht Schraubenbolzen 7 gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen. In Fig. 1 ist auch die Ausgestaltung der Schleifringarmaturen 11, 12 und der zur einer zentralen Wel lenbohrung 13 führenden Verbindungsleiter 14, 15 zu erkennen. Im linken (endseitigen) Schleifring 4 ist eine Gewindebohrung 16 vorgesehen, in welche der eine Stromanschluß 17 ein schraubbar ist. Im rechten Schleifring 5 ist um 180° gegenüber dem anderen Schleifring 4 versetzt eine Gewindebohrung 18 angeordnet. Ihr zugehöriger Stromanschluß 19 durchdringt den rechten Schleifring 4. Eine Isolierhülse 20 dient zur Isolie rung des Stromanschlusses 19 gegenüber dem linken Schleifring 4. Auf diese Weise liegen die Anschlüsse der Schleifringanord nung auf derselben Schleifringseite, im Beispielsfall auf der der (nicht eingezeichneten) Erregerwicklung abgewandten Seite der Schleifringe 4, 5.

Die Verbindung der Schleifringe 4, 5 bzw. deren Schleifringar maturen 11, 12 zur Erregerwicklung erfolgt über die Verbin dungsleiter 14, 15 zu den in bekannter Weise in der zentralen Wellenbohrung 13 angeordneten und von dieser isolierten Erre gerleitungsbolzen 21, 22.

Zur Zentrierung der Schleifringe 4, 5 gegenüber der Scheibe 6 aus Isoliermaterial weist diese am Umfang zwei symmetrisch an geordnete Eindrehungen 23, 24 auf, in welche die Schleifringe 4, 5 formschlüssig eingelassen sind. Die Zentrierung der ge samten Schleifringanordnung 1 gegenüber der Welle 2 ist da durch bewerkstelligt, daß die Scheibe 6 aus Isoliermaterial eine zentrale Bohrung 25 aufweist, die exakt auf den Außen durchmesser eines Wellenstummels 26 am Wellenende angepaßt ist (Fig. 2).

Soll die Schleifringanordnung nicht am Wellenende 2 sondern näher an der Erregerwicklung z. B. an einem Wellenbund, ange bracht werden, so besteht die Möglichkeit, die Scheibe 6 aus Isoliermaterial zweiteilig auszubilden, was in Fig. 2 durch die strichlierte Trennlinie T angedeutet ist.

Eine derart aufgebaute Schleifringanordnung läßt sich, wie aus der sehr vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 4 ohne wei teres hervorgeht, dann auch hinter die Wellenkupplung 27 einer elektrischen Maschine an einem Wellenbund 28 anbringen. Dabei muß lediglich der Außendurchmesser des Kupplungsflansches 27 kleiner sein als der Innendurchmesser der Schleifringe 4, 5.

Gleiches gilt für eine Variante, wie sie in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Dort besteht der Träger der beiden Schleif ringe 4, 5 aus einer Mehrzahl von Segmenten 6a, die in Um fangsrichtung gesehen voneinander distanziert sind. Wie bei Fig. 4 sind die Segmente 6a am Wellenbund mittels Schrauben 3 befestigt. Am Außenumfang liegen diese jeweils zwischen den beiden Schleifringen 4, 5 und sind in der Art, wie es Fig. 3 zeigt, mit den Segmenten 6a verschraubt.

Wie aus den Fig. 6 und 7 zu erkennen ist, können die beiden Schleifringe 4, 5 auch unabhängig voneinander an der Scheibe 6 oder auch an den Segmenten 6a aus Isoliermaterial befestigt werden können. Die Scheibe 6 bzw. die Segmente 6a weisen grundsätzlich den gleich Aufbau auf, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 bzw. Fig. 5 beschrieben wurde. Sie ist bzw. sie sind nahe dem Außenumfang mit einer Vielzahl gleichmäßig über den Umfang verteilten durchgehenden Boh rungen versehen. Auf jeder Stirnfläche der Scheibe 6 ist je weils jede zweite Bohrung erweitert und dient zur Aufnahme ei ner Gewindebüchse 29, welche als Mutter für den Schraubenbol zen 7 dient. Diese ist gegenüber der Anlagefläche des Schleif rings 4 bzw. 5 etwa zurückversetzt. Eine Isolierscheibe 30 si chert die Potentialtrennung zwischen dem Schraubenbolzen 7 bzw. der Gewindebüchse 29 und dem jeweils anderem Schleifring.

Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept läßt sich in vielerlei Weise abändern, ohne den durch die Erfindung ge steckten Rahmen zu verlassen.

So besteht die Möglichkeit, jedem Schleifring 4 bzw. 5 einen eigene Träger 6 zuzuordnen, wie es in Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt ist. Gemäß Fig. 8 weist die Scheibe 6 aus Isolier material nur auf ihrer äußeren Stirnfläche eine Eindrehung 23 auf, in welche der Schleifring 4 einliegt und dort mittels Schrauben 7 befestigt ist. Gemäß Fig. 9 ist der Schleifring 4 über die Scheibe 6 aus Isoliermaterial gestülpt, wobei im Bei spielsfall die axiale Breite von Schleifring 4 und Scheibe 6 gleich groß sind. Die Befestigung des Schleifrings 4 an der Scheibe erfolgt durch einen Ring 31, der mittels Schrauben 7a und 7b sowohl mit dem Schleifring 4 als auch mit der Scheibe 6 verschraubt ist (Fig. 9, 10). Alternativ können an die Stelle des Rings 31 radial verlaufende Befestigungslaschen 32 treten, wie sie strichliert in Fig. 10 eingezeichnet sind.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 11 weist der Schleifring 4 L-förmigen Querschnitt auf und ist mit dem radial nach innen weisenden Schenkel 4′ an einer Scheibe 6 aus Isoliermaterial befestigt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 sind zwei Schleifringe 4a, 4b mit L-förmigen Querschnitt vorgesehen, wobei die Scheibe 6 aus Isoliermaterial zwischen die beiden nach innen weisenden Schenkel 4a′, 4b′ zu liegen kommt und dort auch verschraubt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 und 14 schließlich weist der Schleifring 4 U-förmigen Querschnitt auf, wobei die Schen kel des U radial nach innen weisen. Die Tiefe der so gebilde ten Nut ist in Fig. 13 mit h bezeichnet. Der Träger des Schleifrings 4 besteht aus einer Mehrzahl von Segmenten 6a mit einer Dicke, welche dem lichten Abstand der beiden Schenkel, also der Breite der besagten Nut, entspricht. Um die Schleif ringanordnung montieren zu können, ist die radiale Länge die ser Segmente 6a um das Maß h′ kleiner als der radiale Abstand zwischen dem Nutgrund des U-förmigen Schleifrings und der Wel le 2. Zudem muß das Maß h′ größer sein als die Tiefe h der Nut im Schleifring 4. Eine derart aufgebaute Schleifringanord nung läßt sich bedarfsweise am Wellenende montieren. Sie eig net sich jedoch insbesondere für die Montage an einem Wellen bund 28 hinter der Kupplung.

Bezugszeichenliste

1 Schleifringanordnung
2 Wellenende
3 Schrauben
4, 5 Schleifringe
4a, 4b L-förmige Schleifringhälften
6 Träger - Scheibe aus Isoliermaterial
6a Träger - Segmente aus Isoliermaterial
7 Schraubenbolzen
8 Muttern
9 Isolierrohr
10 Isolierscheiben
11, 12 Schleifringarmaturen
14, 15 Zuleitungen
144, 145 Stromanschlüsse von 4 bzw. 5
16, 18 Gewindebohrungen
17, 19 Stromanschlüsse
20 Isolierhülse
21, 22 Erregerleitungsbolzen
23, 24 Eindrehungen an 6
25 zentrale Bohrung in 6
26 Wellenstummel an 2
27 Kupplungsflansch an 2
28 Wellenbund an 2
29 Gewindebüchse
30 Isolierscheibe
31 Befestigungsring
32 Befestigungslaschen

Claims

1. Schleifringanordnung für Synchronmaschinen, insbesondere für Wasserkraftmaschinen, mit mindestens einem Schleif ring (4, 5), der isoliert auf einem Träger (6) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Schleif ring(e) (4, 5) auf einem Träger (6; 6a) aus Isoliermaterial lösbar befestigt ist bzw. sind, welcher Träger (6; 6a) seinerseits an oder auf einem Wellenende (2) der Syn chronmaschine angebracht ist.

2. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß der Träger als ein- oder mehrteilige Scheibe (6) ausgebildet ist oder aus von in Umfangsrichtung von einander distanzierten Segmenten (6a) besteht, daß bei paarweiser Anordnung von zwei Schleifringen (4, 5) die beiden Schleifringe beidseits des Trägers (6) angeordnet sind, und daß zur Befestigung des Schleifrings (4, 5) am Träger (6; 6a) den einen Schleifring und den Träger (6; 6a) durchsetzende axial verlaufende Verschraubungen (7, 8) vorgesehen sind.

3. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei paarweiser Anordnung von zwei Schleif ringen (4, 5) die beiden Schleifringe beidseits des Trä gers (6) angeordnet sind, wobei jeder Schleifring (4, 5) unabhängig von anderen Schleifring befestigt ist.

4. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung der Schleif ringe (4, 5) gegenüber dem Träger (6; 6a) dieser am Außen umfang beidseits mit Eindrehungen (16, 17) versehen ist, in welchen die Schleifringe (4, 5) formschlüssig liegen.

5. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stromanschluß der Schleifringe (4, 5) Anschlußarmaturen (11, 12) vorgesehen, die in axial verlaufende Bohrungen (16, 18) in den Schleifringen (4, 5) angeordnet sind.

6. Schleifringanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anschlußarmatur des einen Schlei frings (5) isoliert durch eine Bohrung im anderen Schleifring (4) geführt ist.

7. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) aus Isolier material zweiteilig ausgeführt ist, wobei die Trennlinie (T) längs eines Durchmessers verläuft.

8. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus in Umfangs richtung voneinander distanzierten Segmenten (6a) be steht.

9. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß je einem Schleifring (4, 5) ein separater Träger (6; 6a) aus Isoliermaterial zugeordnet ist, wobei der Schleifring Rechteckquerschnitt, L-Förmigen oder U- förmigen Querschnitt aufweist.