DE866525C

DE866525C - Zur UEbertragung hoher Stroeme, vorzugsweise von mehr als 10000 Ampere, dienende Schleifringanordnung, insbesondere fuer Widerstandsnahtschweissmaschinen

Info

Publication number: DE866525C
Application number: DES8085D
Authority: DE
Inventors: Georg Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-10-08
Filing date: 1942-10-08
Publication date: 1953-02-09

Description

Zur Übertragung hoher Ströme, vorzugsweise von mehr als 10 000 Ampere, dienende Schleifringanordnung, insbesondere für Widerstandsnahtschweißmaschinen Die 'Übertragung von sehr hohen Strömen, insbesondereWechselströmen, von einem feststehenden auf einen sich drehenden Teil mittels einer Schleifringanordnun.gstößt auf erheblicheSchwierigkeiten, sobald, wie z. B. bei Hochleistungsnahtschweißmaschinen, die Förderung gestellt wird, daß. die Schleifringanordnung möglichst wenig Raum beansprucht und daneben auch noch gleichzeitig eine möglichst kleine Selbstinduktion hat. Bisher hielt man nämlich selbst bei der Anwendung von Hochleistungsbürsten höchstens eine Strombelastung von 2o Amp./ctn`-' für zulässig, weil man glaubte, daß sich sonst die Bürsten und damit auch der Schleifrinig viel zu stark erwärmen und dadurch in kurzer Zeit zerstört würden. Infolgedessen kam man bisher stets zu sehr großen Abmessungen der Schleifringanordnung. Trotz dieser großen Abmessungen ließ es sich dabei noch nicht einmal erreichen, daß die Verteilung des Gesamtstromes auf die einzelnen Bürsten gleichmäßig ausfiel. Außerdem bedingte die Verwendung derart großer Schleifringe bei Nahtschweißmaschinen einen entsprechend großen Abstand zwischen den Elektrodenarmen, mit der Folge, daß die von den Armen, dem Transformator und den Schweißrollen gebildete Stromschleife sehr groß und damit auch ihre Selbstinduktion sehr groß wurde. Schließlich engte aber auch die sperrige Schleifringanordnung gerade bei Widerstandsnahtschweißmaschinen deüArbeitsbereich der Maschinen so ein, -daß sie nur zum Schweißen großer- Werkstücke geeignet war.
Die Erfindung beseitigt die geschilderten Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß werden der Schleifring bzw. die vom Strom durchflossene Welle, die Bürsten und der Bürstenhalter der Schleifringanordnung mit von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kanälen ausgeführt und die Kanäle der Bürsten und des Bürstenhalters über vorzugsweise elastische, gleichzeitig als elektrische Leitungsverbindungen dienende Rohre- miteinander verbunden. Dadurch wird erreicht, @daß sämtliche stromdurchflossenen Teile .der Schleifringanord'nung, namentlich die Bürstenhalter, die Bürsten und die Verbindungsleitungen, wesentlich höher belastet werden- können als bei der bisher üblichen massiven Ausführung, mit der Folge, daß der Raumbedarf für die Gesamtanordnung erheblich sinkt.
Selbstverständlich ist bei dieser Ausführung dafür zu sorgen, daß. alle Teile stets gleichmäßig gekühlt werden oder daß, mit anderen Worten,' ein ungestörter Kühlmitfieldurchfluß durch sämtliche Teile sichergestellt ist. Dies läßt sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in besonders einfacher Weise erreichen, wenn man die Kühlkanäle der Bürsten und die des Bürstenhalters in bezug auf den Flüssigkeitsstrom über, die Rohre hintereinanderschaltet. Elektrisch sind dabei die Bürsten parallel geschaltet.
Um' eine gleichmäßige Verteilung des Gesamtstromes auf die einzelnen Bürsten sicherzustellen, werden die Bürsten unter Anpreßkräften gehalten, die für jede Bürste einzeln eingestellt werden können. Man ist dann auch bei nicht ganz gleicher Güte der einzelnen Stromübertragungsflächen in der Lage, allein durch eine entsprechende Regelung des Anpreßdruckes die Übergangswiderstände der einzelnen Bürsten auf den gleichen Wert einizuregeln.
Die Höhe des Anpreßdruckes wird zweckmäßig° so gewählt, daß sie mehr als z kg/cm2 beträgt. Versuche haben ergeben, daß stets eint einwandfreier Betrieb gewährleistet ist, wenn man den Anpreßdruck so wählt, daß ereinem Wert in, Kilogramm entspricht, welcher sich nach. der Formel 3 bis 15 . J2. io-s errechnet. Dabei bedeutet I die reine Zahlenangabe .für den Effektivwert .des Stromaateils, welcher jeweils auf die Bürste entfällt.. Ist also beispielsweise pro Bürste ein Strom von 5ooo Amp. zu übertragen, dann muß die Bürste mit einem Druck angepreßt werden, welcher 3 bis 15 . 50002. IG--6 re 75 bis 375 kg beträgt. Wird der Druck kleiner als die angegebenen Werte gewählt, so besteht. die Gefahr, daß sieh an den; Kontaktflächen Schmorperlen bilden. Wird der Drück größer gewählt, dann wird die Reibung so groß, daß auch bei derAnwendung einer verhältnismäßig guten Schmierung die Kontaktflächen sich aufrauhen und zu stark abgenutzt werden.
Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Fig. r zeigt den nach der Linie A-B der Fig. 2 geschnittenen Seitenriß einer Schleifringanordnung, wie :sie beispielsweise für Widerstandsnahtschweißmaschinen zur Anwendung kommen 'kann; Fig. 2 ist der teilweise geschnittene Aufriß dieser Anordnung; in Fig. 3 ist die Abwicklung des die Kühlflüssigkeit führenden Teiles des Bürstenhalters mit den daran angeschlossenen Bürstender Schl@eifringanordnurng schematisch dargestellt.
Mit r ist eine gleichzeitig als Schleifring dienende Hohlwelle bezeichnet, durch die in bekannter Weise eine Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet wird. 2, 3 ist ein zweiteiliger; um .die Welle z gelegter und mit dem Maschinengestell fest verbundener Bürstenhalter, dessen aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff bestehender und an den einen Pol der Stromquelle angeschlossener Teil 2 mit Kühlkanälen 2o versehen ist. Der Teil 3 besteht aus einem elektrisch schlecht leitenden, unmagnetischen Werkstoff, insbesondere Isolierstoff. Er ist mit dem Teil 2 mittels der Schrauben q. fest verbunden. In dem Teil 3 sind Führungsnuten 30 für die ebenfalls mit Kühlkanälen 6o versehenen Bürsten 6 vorgesehen. DieKühlkanälef2o des Teiles 2 und dieKühlkanäle 6o der Bürsten 6 sind über elastische, aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, bestehende Röhrchen 7, wie dies die in Fig. 3 dargestellte Abwicklung erkennen läßt, so miteinander verbunden, daß ein mäander- oder zickzackförmiger Strömungspfad für eine Kühlflüssigkeit entsteht, die übenden Anschluß 2r in den Teit2 eingeleitet und über den Auslauf 22 wieder abgeleitet wird. Die Bürsten 6 werden je mittels einer in den Teil 3 ,eingeschraubten Druckschraube8 unter Zwischenschaltung reiner Druckfeder g gegen die Welle rz, gepreßt.
Die Einrichtung arbeitet auf folgende Weise: Mittels der Druckschrauben 8 werden die Anpreßdrucke für die einzelnen Bürsten 6 so eingestellt, daß für alle Bürsten der Übergangswiderstand zwischen ihnen und der Welle r gleich groß ist. Wird nun durch den aus den Kühlkanälen 2o des Teiles 2, den Kühlkanälen 6ö der Bürsten 6 und den Röhrchen 7 bestehenden Kühlflüssigkeitspfäd eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet, so können namentlich die Bürsten 6 und diegleichzeitig als elektrische-Verbindungsleitungen dienenden Rohre 7 mit einem etwa zehnfach so hohen Strom belastet werden, als dies ohne diesen Kühlmitteldurchfluß möglich wäre: Dient die Schleifringanordhung zur Übertragung eines Wechselstromes; so ist die Selbstinduktion. der Schleifringanordnung sehr klein, weil die Verbindungsrohre 7 im Sinne eines aus der Hochfrequenztechnik her bekannten Reusenleiters wirken. Bezüglich der Kontaktabnutzung und der Wärmeableitung ergeben sich besonders günstige Verhältnisse, wenn man die Bürsten 6 und die Welle i aus Kupfer oder noch besser aus einer elektrisch gut leitenden Bronze hergestellt. Da jedoch einerseits Kupfer auf Kupfer, namentlich bei hohen Anpreßdrücken, zum Schmieren neigt und andererseits Bronze eine schlechtere elektrische und Wärmeleitfähigkeit als Kupfer, aber dafür wesentlich bessere Gleiteigenschaften hat, werden zweckmäßig die Bürsten und die Welle aus Kupfer mit einer gut leitenden Bronzeauflage an den Kontaktflächen hergestellt. Wird die Welle i durch einen Schleifring ersetzt, dann ist selbstverständlich auch dieser Schleifring mit Kühlkanälen auszurüsten.
Schließlich kann man die ganze Schleifringanordnung in einen flüssigkeitsdichten Behälter einbauen, der am besten mit einer kühlenden und schmierenden Flüssigkeit, insbesondere Öl, gefüllt wird. Namentlich der Teil 2, die Röhrchen 7 und die Bürsten 6 wirken dann gleichzeitig für die den Behälter füllende Flüssigkeit als Kühlschlange. Im Bedarfsfalle können außerdem auch noch weitere Kühlschlangen für die Flüssigkeit vorgesehen werden, die man dann zweckmäßig mit der zwischen den Anschlüssen 21, 212 liegenden Kühlmittelleitung der Schleifringanord'nung in Reihe schaltet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Zur Übertragung sehr hoher Ströme, vorzugsweise von mehr als io ooo Amp., dienende Schleifringanordnung, insbesondere für Widerstandsnähtschweißmaschinen, mit mehreren über den Umfang des Schleifrings oder die stromführende Welle verteilten Bürsten, dadurch gekennzeichnet, -daß die Bürsten (6) und der Bürstenhalter (2) von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Kanäle (2o, 6o) haben, die über vorzugsweise elastische, gleichzeitig als elektrische Leitungsverbindungen dienende Rohre (7) miteinander verbunden sind.
2. Schleifringanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (6o) der Bürsten (6) und die Kühlkanäle (2o) dies Bürstenhalters (2) in bezug auf den Flüssigkeitsstrom über die Rohre (7) hintereinandergeschaltet sind.
3. Schleifringanordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (6) unter, für jede Bürste einzeln einstellbaren Anpreßkräften (Federn 9) stehen, welche die Bürsten vorzugsweise mit einem Druck von mehr als i kg/cm2 gegen denSchleif -ring oder die Welle (i) pressen. q..
Schleifringanor dnung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck für jede Bürste in Kilogramm .einem Wert entspricht, welcher sich nach der Formel 3 bis 15 . 12. i o-6 errechnet, wobei J die reine Zahlenangabe für den Effektivwert dies auf die Bürste entfallenden Stromanteils bedeutet.
5. Schleifringanordnung nach den Ansprüchen i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenhalter aus zwei ring- oder rahmenförmigen Teilen (2, 3) zusammengesetzt ist, von denen der eine (2) aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff hergestellt und mit Kühlkanälen (2:0) versehen ist, der andere (3) aus einem unmagnetischen und elektrisch schlecht leitenden Werkstoff, insbesondere Isolierstoff, besteht, in dem die Bürsten in Führungsnuten (30) od. dgl. mittels verstellbarer Bolzen unter Zwischenschaltung von Druckfedern (9) gehalten sind.
6. Schleifringanordnung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten und der Schleifring b@zw. Welle (i) aus Kupfer oder aus einer elektrisch gut leitenden Bronze, vorzugsweise aus Kupfer mit einer gut leitenden Bronzeauflage an den Kontaktflächen, bestehen.
7. Schleifringanordnung nach den; Ansprüchen i bis 6, ,dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem flüssigkeits-, insbesondere ölgefüllten Behälter untergebracht ist.