DE9400080U1 - Trägereinrichtung für eine Bürste - Google Patents

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Trägereinrichtung für eine Bürste
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Die Erfindung betrifft eine Trägereinrichtung für eine Bürste zur elektrischen Kontaktierung eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Schleifrings auf einer bezüglich einer Rotationsachse rotationssymetrischen Fläche, wobei der Schleifring um die Rotationsachse rotiert sowie die Bürste feststehend in einem Halter gehaltert ist und schleifend die Fläche berührt.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Trägereinrichtungen zur Verwendung in elektrischen Maschinen, vorzugsweise in elektrischen Großmaschinen, insbesondere Großgeneratoren nach Art der Turbogeneratoren. Im besonderen wird Bezug genommen auf Turbogeneratoren, die zur Erzeugung elektrischen Stroms von Gasturbinen angetrieben und zur Ingangsetzung der Gasturbinen zeitweise als Elektromotoren betrieben werden. Solche Turbogeneratoren erfordern vielfach stationäre Erregereinrichtungen, aus denen rotierenden Wicklungen der Turbogeneratoren elektrischer Strom zugeführt werden muß. Die Zuführung des Stroms erfolgt über rotierende Schleifringe und feststehende Bürsten, die die Schleifringe kontaktieren, indem sie entsprechende rotationssymetrische Flächen der Schleifringe schleifend berühren.

Die Bürsten zur Kontaktierung von Schleifringen an elektrischen Großmaschinen sind im Rahmen der bisherigen Praxis gehaltert in stationären Ringen, die die auf rotierenden Wellen der Großmaschinen aufsitzenden Schleifringe umgeben. Unter Umständen sind die Halter so ausgelegt, daß aus ihnen die Bürsten relativ leicht, womöglich mit weni-

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gen einfachen Handgriffen, entnommen werden können. Unter Umständen ist es sogar möglich, Bürsten während des Betriebs der Großmaschinen auszuwechseln, wofür oftmals mehrere Bürsten zueinander parallelgeschaltet sind. Bei längeren Stillständen einer elektrischen Maschine, bei der ein Schleifring über eine Bürste kontaktiert ist, ist es wünschenswert, die Bürste von dem Schleifring abzuheben, um Korrosionserscheinungen an der Bürste und/oder dem Schleifring zu verhindern. Bei den bekannten Trägereinrichtungen, die während des laufenden Betriebes eine Auswechslung der Bürsten gestatten, ist es zwar möglich, die Bürsten beim Stillstand vollständig zu entfernen, was jedoch aufwendig ist und eine besondere Lagerung der Bürsten, bis sie wieder in die Maschine eingesetzt werden können, erfordert. Insbesondere ist eine automatisierte Entfernung der Bürsten von den Schleifringen während einer Stillstandphase mit automatisiertem erneutem Einsetzen bei Beendigung des Stillstandes nicht möglich.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trägereinrichtung für eine Bürste anzugeben, bei der je nach Anforderung ein automatisiertes Abheben und Aufsetzen der Bürste bzw. einer Mehrzahl oder Vielzahl von Bürsten möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Trägereinrichtung für eine Bürste zur elektrischen Kontaktierung eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Schleifrings auf einer bezüglich einer Rotationsachse rotationssymetrischen Fläche angegeben, wobei der Schleifring um die Rotationsachse rotiert sowie die Bürste feststehend in einem Halter gehaltert ist und schleifend die Fläche berührt, und wobei der Halter in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse zwischen einer Arbeitsposition und einer

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Ruheposition bewegbar ist, so daß die Bürste in der Arbeitsposition die Fläche berührt und in der Ruheposition von der Fläche entfernt ist.

Diese Trägereinrichtung ermöglicht ein Entfernen der Bürste von dem Schleifring, ohne daß sie dem Halter, in dem sie gehaltert ist, entnommen werden muß. Damit ist auch eine Möglichkeit geschaffen, simultan vielzählige Bürsten, die in einem Halter gehaltert sind, in einem einzigen Arbeitsgang von dem Schleifring abzuheben und in einer Ruheposition zu fixieren, wenn dies, beispielsweise wegen eines Stillstandes der Maschine, zu der der Schleifring gehört, erforderlich ist.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mit der Trägereinrichtung die Bürste in der Arbeitsposition mit einer vorbestimmten Anpreßkraft an die Fläche anpreßbar, woraus eine beachtlich erhöhte Betriebssicherheit resultiert.

Bevorzugt ist es auch, wenn in dem Halter der Trägereinrichtung mehrere, insbesondere zwei, Bürsten halterbar sind. Damit erzielbare Vorteile liegen unter anderem darin, daß der Halter sich an mehreren voneinander beabstandeten Punkten auf dem Schleifring abstützt und somit besonders lagestabil ist, und darin, daß eine Auswechselmöglichkeit für die Bürsten während der Kontaktierung des rotierenden Schleifrings gegeben ist.

Besonders günstig ist es, dem Halter einen Stellantrieb zuzuordnen, mit dem er zwischen der Arbeitsposition und der Ruheposition bewegbar ist, wobei der Stellantrieb in der Arbeitsposition die Bürste mit einer vorbestimmten Anpreßkraft an die rotierende Fläche des Schleifrings

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anpreßt. Ein solcher Stellantrieb kann beispielsweise ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb sein; um die Anpreßkraft für die Bürste bereitzustellen, kann ein elektrischer Stellantrieb einen Motor beinhalten, der den Halter über einen selbsthemmenden Schneckenantrieb bewegt und somit auch nach Abschaltung durch Haftreibung ein von dem Elektromotor aufgebrachtes Drehmoment, welches eine entsprechende Kraft auf den Halter bewirkt, zu erhalten vermag. Gegebenenfalls kann ein solcher Stellantrieb mit einer drehmomentabhängigen Abschaltung ausgerüstet sein, welche selbsttätig eine Abschaltung bei einem vorgegebenen Drehmoment, entsprechend einer bestimmten Kraft auf den Halter, ermöglicht. Ein hydraulischer Stellantrieb kann zur Konservierung einer vorbestimmten Kraft auf den Halter in der Arbeitsposition mit geeigneten Rückschlagventilen im hydraulischen System ausgerüstet sein.

Im Rahmen einer besonders günstigen Weiterbildung, welche zu jedweder anderen Ausgestaltung der Trägereinrichtung hinzutreten kann, sind dem Halter Führungseinrichtungen zugeordnet, in denen er im wesentlichen spielfrei bewegbar ist. Solche Führungseinrichtungen, insbesondere Aufhängungen, Gelenke, Lager und Führungsleisten, erlauben eine weitgehend reproduzierbare Positionierung des Halters in der Arbeitsposition und gestatten somit, daß die Bürste stets auf ein - und dieselbe Laufbahn auf dem rotierenden Schleifring aufgepreßt wird. Damit ist gewährleistet, daß sich der Schleifring und die Bürste in der Arbeitsposition aneinander anpassen können, wobei von der Bürste und/oder dem Schleifring in geringer Menge Material abgeschliffen wird. Eine einmal eingetretene Anpassung kann erhalten bleiben, da nach einem Bewegen in die Ruheposition die Bürste bei neuerlichem Bewegen in die Arbeitsposition genau dieselbe Stellung wieder einnimmt, die sie vorher hatte.

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Eine weitere besonders günstige Ausgestaltung der Trägereinrichtung liegt darin, daß in dem Halter zwei Bürsten halterbar sind, die bezüglich der Rotationsachse tangential voneinander beabstandet sind. Mit dieser Ausgestaltung wird zunächst, wie bereits ausgeführt, eine hohe Lagestabilität des Halters erreicht, da er über die Bürsten an mehreren, voneinander beabstandeten Punkten den rotierenden Schleifring berührt. Außerdem kann er gewisse Unterschiede in den Abmessungen der Bürsten ausgleichen und trotz solcher Unterschiede sicherstellen, daß beide Bürsten mit gleichen Anpreßkräften auf den Schleifring aufgepreßt werden. Hieraus ergibt sich eine besonders hohe Betriebssicherheit und Belastbarkeit.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Halter an einem Manipulator, insbesondere an einem Hebel, angelenkt ist, der um eine von der Rotationsachse beabstandete, zu dieser parallele Schwenkachse schwenkbar ist. Ein solcher Manipulator eignet sich besonders gut für den Anschluß eines elektrischen oder hydraulischen Stellantriebes, und er ist problemlos neben einer elektrischen Maschine, zu der der Schleifring gehört, aufstellbar. Besonders günstig ist dabei, wenn der Manipulator gegabelt ist und zwei Arme hat, die entlang der Schwenkachse hintereinander angeordnet sind und deren jeder von der Schwenkachse durchdrungen ist. Derart ist der Manipulator zweifach an entlang der Schwenkachse hintereinander liegenden Aufhängungen aufhängbar, wodurch ein wie erwähnt unerwünschtes Spiel bei einer Bewegung vermeidbar ist.

Um die spielfreie Beweglichkeit weiter zu fördern, kann der Manipulator an einem Ständer angelenkt sein, dem Führungseinrichtungen zu spielfreien Führung des Manipulators zugeordnet sind. Diese Führungseinrichtungen können ent-

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sprechende Aufhängungen sein, insbesondere konische Lager; darüber hinaus ist die Verwendung von Axiallagern sowie Führungsleisten, vorzugsweise von prismatischen Führungsleisten, möglich.
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Um eine besonders stabile Positionierung des Manipulators relativ zu dem Schleifring in der Arbeitsposition zu erzielen, weist der Manipulator vorteilhaft erweise mehrere, insbesondere zwei, Halter auf, so daß er an mehreren, voneinander beabstandeten Stellen auf dem Schleifring abgestützt werden kann. Besonders günstig ist es dabei, wenn jeder Halter um eine zugehörige, zur Rotationsachse parallele Halterachse frei schwenkbar ist und sich somit dem Schleifring anpassen kann. Die letztgenannte Ausgestaltung ist besonders wichtig dann, wenn jeder Halter mehrere tangential voneinander beabstandete Bürsten aufweist.

Die Ausgestaltung des Schleifrings ist keinen besonderen Einschränkungen unterworfen und kann sich insbesondere an den bereits bekannten Lehren orientieren. Die Fläche, auf der die Bürste mit dem Schleifring kontaktiert werden soll, ist vorzugsweise eine im wesentlichen zylindrische Fläche am Außenumfang des Schleifrings. Auf dieser Fläche kann eine einzige elektrisch leitfähige Kontaktzone für die Bürste vorgesehen sein; es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, auf der Fläche mehrere gegeneinander isolierte elektrisch leitfähige Kontaktzonen, die gegebenenfalls während der Rotation des Schleifrings abwechselnd mit der Bürste in Kontakt kommen, vorzusehen.

Die Trägereinrichtung jedweder Ausgestaltung ist besonders geeignet zur Kontaktierung eines Schleifringes einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Großmaschine, speziell eines Großgenerators, vorzugsweise eines

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Turbogenerators. Insbesondere dient dabei die Anordnung mit dem Schleifring und der Bürste zum Anschluß einer feststehenden Erregereinrichtung an eine rotierende elektrische Wicklung in der elektrischen Maschine, wobei die Erregereinrichtung an die Bürste angeschlossen und die elektrische Wicklung mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktzone (oder mehreren elektrisch leitfähigen Kontaktzonen) auf dem Schleifring verbunden ist. Je nach Anwendung sind selbstverständlich mehrere nebeneinander angeordnete Schleifringe mit entsprechenden zugeordneten Trägereinrichtungen und Bürsten verwendbar.

Ein besonders wichtiges Anwendungsfeld der Trägereinrichtung ist die Verbindung stationärer Erregereinrichtungen mit rotierenden Wicklungen in Turbogeneratoren für Gasturbinen, wobei die Turbogeneratoren zur Ingangsetzung der Gasturbinen auch als Elektromotoren betreibbar sind.

Anhand der Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele für die Trägereinrichtung erläutert. Zur Herausstellung bestimmter Merkmale ist die Zeichnung teilweise schematisiert und/oder leicht verzerrt gehalten.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Trägereinrichtung, gesehen entlang der Rotationsachse des Schleifrings 2, dem die Trägereinrichtung zugeordnet ist. Der Schleifring 2 sitzt auf einer Maschinenwelle 15 auf und rotiert um die Rotationsachse. Auf einer rotationssymetrischen Fläche 4 am Außenumfang des Schleifrings 2 können die Bürsten 1 der Trägereinrichtung aufsitzen. In der Trägereinrichtung sind die Bürsten 1 gehaltert in einem Halter 5, der mit einer Aufhängung 7 an einem Manipulator 11 angelenkt ist. Der Manipulator 11 ist mittels eines Stellantriebs 6 verschiebbar, so daß die Bürsten 1 in Kontakt mit der Fläche 4 des Schleifrings 2 gebracht werden können. Die Positionierung

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der Bürsten 1 in Fig. 1 entspricht einer Ruheposition, da die Bürsten 1 von dem Schleifring 2 entfernt sind. Die Bürsten 1 sind über Kabel 16 an eine Erregereinrichtung 17 angeschlossen, aus der über die Bürsten 1 elektrischer Strom in elektrisch leitfähige Kontaktzonen auf der Fläche 4 des Schleifrings 2 einspeisbar ist, wenn die Bürsten 1 in der Arbeitsposition die Fläche 4 schleifend berühren. Dem Manipulator 11 zugeordnet sind Führungsleisten 9 (ersichtlich ist eine einzige Führungsleiste 9), um eine weitgehend spielfreie Positionierung des Manipulators 11 und der Bürsten 1 zu erreichen.

Fig. 2 zeigt eine Schrägansicht der aus Fig. 1 ersichtlichen Anordnung, gesehen in einer Blickrichtung senkrecht zur Rotationsachse 3. Die Bürsten 1 sind in Fig. 2 der Übersicht halber nur angedeutet. Der Halter 5 weist insgesamt vier Bürsten 1 auf, die paarweise tangential beziehungsweise axial voneinander beabstandet sind. Hierdurch stützt sich der Halter 5 in der Arbeitsposition an vier Stellen auf der Fläche 4 des Schleifrings 2 ab und nimmt somit eine besonders stabile Lage ein. Zur Vergleichmäßigung der auf die Bürsten 1 ausgeübten Anpreßkräfte ist der Halter 5 in der Aufhängung 7 um eine Halterachse 10 schwenkbar, welche im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 3 der Maschinenwelle 15 und des Schleifrings 2 ausgerichtet ist. Aus Fig. 2 sind auch zwei Führungsleisten 9 ersichtlich, durch die der Manipulator 11 weitestgehend spielfrei geführt wird. Auf die Darstellung weiterer, aus Fig. 1 ersichtlicher Bestandteile der Anordnung wurde in Fig. 2 der Übersicht halber abgesehen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Trägereinrichtung, gleichfalls gesehen entlang der Rotationsachse des Schleifrings 2. Es sind insgesamt vier 35

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Bürsten 1 ersichtlich, welche paarweise in Haltern 5 gehaltert sind. Jeder Halter 5 ist in einer Aufhängung 7 an einem als Hebel ausgestalteten Manipulator 11 angelenkt; der Manipulator 11 ist seinerseits in einer Aufhängung 8 an einem feststehenden Ständer 14 schwenkbar angelenkt. Mittels eines Stellantriebes 6, der an einem zugehörigen Ständer 19 angelenkt ist, ist der Manipulator 11 über eine Schubstange 18 schwenkbar. Zur Verdeutlichung weiterer Merkmale des Manipulators 11 wird nunmehr zusätzlich auf Fig. 4 verwiesen, welche eine skizzierte Ansicht der Anordnung gemäß Fig. 3, gesehen senkrecht zur Rotationsachse 3 des Schleifrings 2, ist. Jeder Halter 5 ist schwenkbar um eine zugehörige Halterachse 10 an dem Manipulator 11 angelenkt. Der Manipulator ist gegabelt und weist zwei Arme 13 auf, an denen er an dem Ständer 14 angelenkt und um eine Schwenkachse 12 schwenkbar ist. Jeder Halter 5 weist wiederum eine Vielzahl von Bürsten 1 auf, nämlich vier, die wiederum tangential und/oder axial voneinander beabstandet sind und somit eine gute Stabilität des HaI-ters 5 in der Arbeitsposition gewährleisten. Vorteilhafterweise sind die Bürsten 1 so ausgebildet, daß sie jeweils einzeln während des Betriebs ausgewechselt werden können.

Die Trägereinrichtung für eine Bürste zur elektrischen Kontaktierung eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Schleifrings ermöglicht bei Betriebsunterbrechungen die Entfernung der Bürste von dem Schleifring und trägt somit wirksam bei zur Verhinderung von Korrosionserscheinungen, die ansonsten an der Bürste und/oder an dem Schleifring auftreten könnten. Die Trägereinrichtung ist betriebssicher und gestattet eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauern der Bürste und des Schleifrings.

Claims (11)

93 G 3 O O 7 DE 10 Schutzansprüche

1. Trägereinrichtung für eine Bürste (1) zur elektrischen Kontaktierung eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Schleifrings (2) auf einer bezüglich einer Rotationsachse (3) rotationssymetrischen Fläche (4), wobei der Schleifring (2) um die Rotationsachse (3) rotiert sowie die Bürste (1) in einem Halter (5) feststehend gehaltert ist und schleifend die Fläche (4) berührt, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (5) in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse (3) zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition bewegbar ist, wobei die Bürste (1) in der Arbeitsposition die Fläche (4) berührt und in der Ruheposition von der Fläche (4) entfernt ist.

2. Trägereinrichtung nach Anspruch 1, bei der in der Arbeitsposition die Bürste (1) mit einer vorbestimmten Anpreßkraft an die Fläche (4) anpreßbar ist.

3. Trägereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der in dem Halter (5) mehrere, insbesondere zwei, Bürsten (1) halterbar sind.

4. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Halter (5) mit einem Stellantrieb (6) zwischen der Arbeitsposition und der Ruheposition bewegbar ist, wobei die Bürste (1) in der Arbeitsposition durch den Stellantrieb (6) mit einer vorbestimmten Anpreßkraft an die Fläche (4) anpreßbar ist.

5. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der dem Halter (5) Führungseinrichtungen (7, 8, 9) zugeordnet sind, in denen er im wesentlichen spielfrei bewegbar ist.

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6. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in dem Halter (5) zwei Bürsten (1) halterbar sind, die bezüglich der Rotationsachse (3) tangential voneinander beabstandet sind.

7. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Halter (5) an einem Manipulator (11) angelenkt ist, der um eine von der Rotationsachse (3) beabstandete, zu dieser parallele Schwenkachse (12) schwenkbar ist.

8. Trägereinrichtung nach Anspruch 7, bei der der Manipulator (11) gegabelt ist und zwei Arme (13) hat, die entlang der Schwenkachse (12) hintereinander angeordnet sind und deren jeder von der Schwenkachse (12) durchdrungen ist.

9. Trägereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der Manipulator (11) an einem Ständer (14) angelenkt ist, der Führungseinrichtungen (8, 9) zu einer im wesentlichen spielfreien Bewegung des Manipulators (11) aufweist.

10. Trägereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der an dem Manipulator (11) mehrere, insbesondere zwei, Halter (5) angelenkt sind.

11. Trägereinrichtung nach Anspruch 10, bei der jeder Halter (5) an dem Manipulator (11) um eine zugehörige, zur Rotationsachse (3) parallele Halterachse (10) frei schwenkbar ist.