Schleifringübertrager

Abstract

 Der Schleifringübertrager (1) weist mindestens einen in eine Isolierbuchse (12) als Bestandteil eines Rotors eingebetteten Innenring (14) aus Messing und einen den Innenring (14) unter Ausbildung eines Spalts (18) mit radialem Abstand umgebenden Außenring (15) aus Graphit auf. Der Außenring (15) ist durch seitliche Isolierringe (19) zum Innenring (14) konzentrisch zentriert und mit dem Innenring (14) durch den Spalt (18) überbrückende metallische Kontaktlamellen (22) elektrisch gekoppelt. An den Außenring (15) ist ein aus Graphit bestehender Schleifkontakt (34) als Bestandteil eines Stators angedrückt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schleifringübertrager zur Übertragung von elektrischen Strömen und/oder Signalen zwischen einem Stator und einem Rotor.

[0002] Bei Schleifringübertragern größeren Durchmessers ist es bekannt, die sogenannte Kohle/Kohle-Technik einzusetzen. Dies ist beispielsweise bei größeren Generatoren der Fall. Um hierbei in den umfangsseitig geschlossenen Schleifringen elektrische Kontakte festlegen zu können, müssen die Schleifringe große Wanddicken haben, damit auch ausreichend große Gewinde untergebracht werden können.

[0003] Mithin ist die Verwendung der Kohle/Kohle-Technik bei Schleifringübertragern mit kleinen Durchmessern und umfangsseitig geschlossenen Schleifringen nicht möglich.

[0004] Um dennoch die Kohle/Kohle-Technik auch bei Schleifringübertragern kleineren Durchmessers anwenden zu können, hat man die Schleifringe in einzelne Segmente gegliedert und jedes Schleifringsegment auf einem entsprechenden Tragkörper, insbesondere aus Messing, durch Klebung festgelegt.

[0005] Bei solchen Bauarten waren dann Spalte zwischen den in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Schleifringsegmenten nicht zu vermeiden. Die Spalte führten zu elektrischen Störungen mit der Folge, dass die Übertragung von Signalen, insbesondere Messsignalen, mit Ungenauigkeiten verbunden war.

[0006] Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, einen Schleifringübertrager zu schaffen, der auch bei einem kleinen Durchmesser in der Kohle/Kohle-Technik wirtschaftlich herstellbar ist und betrieben werden kann.

[0007] Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

[0008] Danach wird jetzt ein umfangseitig geschlossener Innenring aus einem Nichteisenmetall, insbesondere aus Messing, in eine Isoliermasse als Bestandteil eines Rotors eingebettet. Die Isoliermasse kann zum Beispiel Epoxydharz sein. Der Innenring wird mit einem dem Rotor zugeordneten elektrischen Anschluss elektrisch kontaktiert und von hier aus mit einer stirnseitigen Kabelverschraubung verbunden.

[0009] Umfangsseitig des Innenrings erstreckt sich ein umfangseitig ebenfalls geschlossener Außenring aus Graphit. Dieser Außenring ist seitlich so durch Isoliermassen fixiert, dass er zum Innenring einwandfrei konzentrisch zentriert ist. Hierbei wird zwischen den Innenring und dem Außenring gezielt ein Spalt ausgebildet, welcher bei Wärmeeinwirkung den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von z.B. Messing und Graphit Rechnung trägt. Hierbei ist die Temperaturspanne zwischen der Umgebungstemperatur bis maximal zulässiger Betriebstemperatur zu berücksichtigen.

[0010] Um ständig eine einwandfreie elektrische Kopplung zwischen dem Innenring und dem Außenring unter Überbrückung des Spalts herzustellen, sind umfangsseitig des Innenrings metallische Kontaktlamellen vorgesehen, die über den gesamten Umfang des Innenrings oder nur über Teilbereiche angeordnet sein können. Diese Kontaktlamellen sind so gestaltet, dass sie in sich selbst federnd sind und auf diese Weise den Änderungen in der Spaltgröße zwischen Innenring und Außenring aufgrund Wärmeeinwirkungen ohne weiteres folgen können und ständig die elektrische Kopplung zwischen Innenring und Außenring herstellen.

[0011] Die Kontaktlamellen können z.B. aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung hergestellt und dann wärmetechnisch behandelt sein.

[0012] Die Erfindung ist mit dem besonderen Vorteil verbunden, dass der Außenring aus Graphit nicht nur in der Wanddicke, sondern auch im Durchmesser klein gehalten werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, kompakte Schleifringübertrager mit Außendurchmessern von 200mm und kleiner bereit zu stellen, die neben Signalen, insbesondere Messsignalen, auch elektrische Ströme bis zu etwa 50 Ampere übertragen können.

[0013] Darüber hinaus gewährleistet die Erfindung, dass jetzt Geschwindigkeiten bis zu etwa 60 m/s erreichbar sind.

[0014] Ferner wird mit der Erfindung erreicht, dass der Schleifkontakt nur mit einer vergleichsweise geringen Kraft an den Außenring gepresst werden muss, um eine einwandfreie Signal- und/oder Stromübertragung zu gewährleisten. Ein geringer Anpressdruck führt zu einem deutlich geringeren Verschleiss und letztlich zu einer längeren Standzeit eines Schleifringübertragers. Außerdem ist der Abrieb sehr gering, so dass innerhalb des Schleifringübertragers im Prinzip keine Verschmutzung eintreten kann und demzufolge auch keine durch eine abriebbedingte Verschmutzung hervorgerufenen elektrischen Kurzschlüsse entstehen können.

[0015] Um den Kontaktlamellen einen sicheren Halt am Innenring zu geben, ist gemäß Patentanspruch 2 in die äußere Oberfläche des Innenrings eine Umfangsnut eingearbeitet. In diese Umfangsnut werden nun die Kontaktlamellen über den ganzen Umfang verteilt oder nur abschnittsweise eingebettet. Da die Kontaktlamellen einen mittleren bombierten Abschnitt aufweisen, liegt dieser Abschnitt unabhängig von der Größe des Spalts zwischen Innenring und Außenring ständig an der inneren Oberfläche des Außenrings.

[0016] Die Festlegung der Kontaktlamellen in der Umfangsnute erfolgt insbesondere durch Klemmung über seitlich der Bombierung befindliche Stege.

[0017] Ein einwandfreier Korrosionsschutz der Kontaktlamellen wird entsprechend Patentanspruch 3 dadurch erzielt, dass die neben den Kontaktlamellen liegenden Bereiche der äußeren Oberfläche des Innenrings vergoldet sind.

[0018] Auch die Maßnahme des Patentanspruchs 4 trägt mit dazu bei, dass eine einwandfreie Strom- und Signalübertragung gewährleistet werden kann, ohne dass hohe Anpressdrücke des Schleifkontakts an den Außenring erforderlich wären.

[0019] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 5 erblickt. Eine solche Ausführungsform besitzt in der Regel mehrere mit Abstand einander koaxial zugeordnete Innenringe und Außenringe sowie den Außenringen zugeordnete Schleifkontakte. Die Innenringe sind hierbei in eine Isoliermasse in Form einer Isolierbuchse eingegossen. Die Außenringe sind durch Isoliermassen in Form von Isolierringen zueinander distanziert. An jeden Außenring sind zwei Schleifkontakte gedrückt, die an den Enden von Schwenkarmen befestigt sind. Die Schwenkarme weisen hierbei in entgegengesetzte Richtungen. Um eine axial kompakte Bauart zu verwirklichen, sind die jedem Außenring zugeordneten Schwenkarme zum jeweils benachbarten Außenring in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Ein gegenseitiger störender Einfluss wird auf diese Weise vermieden.

[0020] Jeder Innenring ist über in die Isolierbuchse eingebettete elektrische Verbindungsleitungen zu einem Kontaktanschluss an einem Ende der Isolierbuchse geführt. Von diesem Kontaktanschluss führen dann Leitungen zu einer stirnseitigen Kabelverschraubung am Rotor.

[0021] Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 6 ist die Isolierbuchse auf einer Hohlwelle des Rotors durch Klebung festgelegt. Dies erfolgt bevorzugt nur an den Enden der Isolierbuchse. Dazu ist ein Längenabschnitt der Hohlwelle, welche aus Stahl oder aus einem anderen Material bestehen kann, im etwa mittleren Längenbereich der Isolierbuchse umfangsseitig mit einem kleineren Durchmesser versehen. Die Außenringe und die Isolierringe sind von einem Stirnende der Isolierbuchse her nacheinander auf die Innenringe bzw. die Isolierbuchse geschoben. Dazu weist die Isolierbuchse an einem Ende einen umfangseitigen Kragen auf. Am anderen Ende wird eine Scheibe gegen den letzten Isolierring verspannt, so dass dann alle Außenringe und Isolierringe sicher lagefixiert sind. Die Hohlwelle kann über endseitige Wälzlager in Stirnwänden des Stators gelagert sein.

[0022] Die jedem Außenring zugeordneten Schwenkarme sind jeweils an eine Halterung angelenkt. Diese Halterung ist auf einer sich parallel zur Drehachse des Rotors erstreckenden, im Stator fixierten Tragstange durch Klemmung festgelegt. Die Tragstange kann beispielsweise in den Stirnwänden des Stators festgelegt sein. Die aufeinander folgenden Halterungen sind durch die Tragstange umgebende Distanzhülsen lagebestimmt.

[0023] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

in der Stirnansicht einen Schleifringübertrager;

Figur 2

einen vertikalen Längsschnitt durch die Darstellung der Figur 1 entlang der Linie II-II in Richtung der Pfeile lla gesehen und

Figur 3

in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt III der Figur 2.

[0024] Mit 1 ist in den Figuren 1 bis 3 ein Schleifringübertrager zur Übertragung von elektrischen Strömen und/oder Signalen bezeichnet.

[0025] Der Schleifringübertrager 1 weist eine Hohlwelle 2 aus Stahl als Bestandteil eines Rotors 3 auf. Endseitig der Hohlwelle 2 sind Wälzlager 4, 5 vorgesehen, die in Stirnwände 6, 7 eines Stators 8 eingesetzt sind. Umfangsseitig der Stirnwände 6, 7 ist ein zylindrischer Mantel 9 durch Schrauben 10 befestigt.

[0026] Auf die Hohlwelle 2 ist bis zum Anschlag an einen Kragen 11 eine Isoliermasse, insbesondere Epoxydharz, in Form einer Isolierbuchse 12 geschoben und durch Klebung befestigt. Die Klebung erfolgt nur an den Enden der Isolierbuchse 12. Dazu ist im etwa mittleren Längenbereich der Isolierbuchse 12 die Hohlwelle 2 mit einer umfangsseitigen Ausdrehung 13 versehen.

[0027] Am Umfang der Isolierbuchse 12 sind insgesamt neun Innenringe 14 aus Messing eingegossen. Wie hierbei insbesondere die Figur 3 erkennen lässt, weisen die Innenringe 14 denselben Außendurchmesser wie die Isolierbuchse 12 auf. Umfangsseitig jedes Innenrings 14 liegt ein Außenring 15 aus Graphit. Zwischen der äußeren Oberfläche 16 des Innenrings 14 und der inneren Oberfläche 17 des Außenrings 15 ist ein Spalt 18 vorhanden, der die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien des Innenrings 14 und des Außenrings 15 berücksichtigt. Die Lagebestimmung jedes Außenrings 15 erfolgt über seitliche Isoliermassen, insbesondere Epoxydharz, in Form von Isolierringen 19. Der Außendurchmesser der Isolierringe 19 ist kleiner als der Außendurchmesser der Außenringe 15.

[0028] Die Innenringe 14 besitzen in ihre äußere Oberfläche 16 eingebrachte Umfangsnuten 20. Die Bereiche 21 der äußeren Oberflächen 16 neben den Umfangsnuten 20 sind vergoldet. In die Umfangsnuten 20 sind, wie die Figur 3 näher erkennen lässt, Kontaktlamellen 22 eingesetzt. Diese Kontaktlamellen 22 besitzen seitliche Stege 23 und eine mittlere Bombierung 24. Über die Stege 23 sind die Kontaktlamellen 22 in den Umfangsnuten 20 durch Klemmung lagefixiert. Die Bombierungen 24 liegen permanent an den inneren Oberflächen 17 der Außenringe 15. Aufgrund dieser Gestaltung ist bei jeder Spaltgröße zwischen den Innenringen 14 und den Außenringen 15 ein Kontakt der Innenringe 14 mit den Außenringen 15 über die Kontaktlamellen 22 sichergestellt.

[0029] Die axiale Lagefixierung der Außenringe 15 und der Isolierringe 19 erfolgt durch eine stirnseitig mit Schrauben 25 an der Isolierbuchse 12 festlegbare Scheibe 26, welche die Isolierringe 19 und Außenringe 15 gegen einen Radialkragen 27 der Isolierbuchse 12 drückt.

[0030] Jeder Innenring 14 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Kontaktanschluss 28 im Radialkragen 27 der Isolierbuchse 12 verbunden. Über diesen Kontaktanschluss 28 erfolgt dann eine elektrische Verbindung zu einer stirnseitig der Hohlwelle 2 vorgesehenen Kabelverschraubung 29.

[0031] In den Stirnwänden 6, 7 des Stators 8 sind in Umfangsrichtung versetzt zwei Tragstangen 30 lösbar festgelegt. Die Tragstangen 30 erstrecken sich parallel zur Drehachse 45 des Rotors 3. Auf die Tragstangen 30 sind Halterungen 31 gefädelt und festgeklemmt. Der axiale Abstand der Halterungen 31 ist durch die Tragstangen 30 umgebende Hülsen 32 fixiert. An die Halterungen 31 sind in entgegengesetzte Richtungen weisende Schwenkarme 33 angelenkt, die endseitig Schleifkontakte 34 aus Graphit tragen. Die Schleifkontakte 34 sind durch Zugfedern 35 gegen die äußere Oberfläche 36 der Außenringe 15 gedrückt.

[0032] Von den Schwenkarmen 33 aus erstrecken sich nicht näher dargestellte elektrische Verbindungen zu einer Kabelverschraubung 37 in der Stirnwand 6 des Stators 8.

[0033] Das als Loslager gestaltete Wälzlager 4 ist durch einen Sprengring 38 in der Stirnwand 6 festgelegt. Es liegt ferner gegen einen inneren Ringkragen 39 der Stirnwand 6. Das andere Wälzlager 5 ist als Festlager einerseits über einen Sprengring 40 sowie einen Ringkragen 41 an der Hohlwelle 2 und andererseits über einen durch Schrauben 42 an der Stirnwand 7 festgelegten Deckel 43 sowie einen Ringkragen 44 an der Stirnwand 7 fixiert.

Bezugszeichenaufstellung

[0034] 

1 -

Schleifringübertrager

2 -

Hohlwelle

3 -

Rotor

4 -

Wälzlager

5 -

Wälzlager

6 -

Stirnwand v. 8

7 -

Stirnwand v. 8

8 -

Stator

9 -

Mantel v. 8

10 -

Schrauben f. 9

11 -

Kragen an 2

12 -

Isolierbuchse

13 -

Ausdrehung an 2

14-

Innenringe

15-

Außenringe

16 -

äußere Oberfläche v. 14

17 -

innere Oberfläche v. 15

18 -

Spalt zw. 16 u. 17

19 -

Isolierringe

20 -

Umfangsnuten in 16

21 -

Bereiche neben 20

22 -

Kontaktlamellen

23 -

Stege v. 22

24 -

Bombierung v. 22

25 -

Schrauben f. 26

26 -

Scheibe

27 -

Radialkragen an 12

28 -

Kontaktanschluss

29 -

Kabelverschraubung

30 -

Tragstangen

31 -

Halterungen auf 30

32 -

Hülsen auf 30

33 -

Schwenkarme

34 -

Schleifkontakte

35 -

Zugfedern an 33

36 -

äußere Oberfläche v. 15

37 -

Kabelverschraubung

38 -

Sprengring f. 4

39 -

Ringkragen an 6

40 -

Sprengring f. 5

41 -

Ringkragen an 2

42 -

Schrauben f. 43

43 -

Deckel an 7

44 -

Ringkragen an 7

45 -

Drehachse v. 3

Ansprüche

1. Schleifringübertrager, der mindestens einen in eine Isoliermasse (12) als Bestandteil eines Rotors (3) eingebetteten Innenring (14) aus einem Nichteisenmetall und einen den Innenring (14) unter Ausbildung eines Spalts (18) mit radialem Abstand umgebenden Außenring (15) aus Graphit aufweist, der durch seitliche Isoliermassen (19) zum Innenring (14) konzentrisch zentriert und mit dem Innenring (14) durch den Spalt (18) überbrückende metallische Kontaktlamellen (22) elektrisch gekoppelt ist, wobei an den Außenring (15) mindestens ein aus Graphit bestehender Schleifkontakt (34) als Bestandteil eines Stators (8) angedrückt ist.

2. Schleifringübertrager nach Patentanspruch 1, bei welchem die Kontaktlamellen (22) in einer Umfangsnute (20) in der äußeren Oberfläche (16) des Innenrings (14) lagefixiert und unter Überbrückung des Spalts (18) zwischen Innenring (14) und Außenring (15) gegen die innere Oberfläche (17) des Außenrings (15) federnd angedrückt sind.

3. Schleifringübertrager nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welchem die neben den Kontaktlamellen (22) liegenden Bereiche (21) der äußeren Oberfläche (16) des Innenrings (14) vergoldet sind.

4. Schleifringübertrager nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welchem der Schleifkontakt (34) federnd an die äußere Oberfläche (36) des Außenrings (15) gedrückt ist.

5. Schleifringübertrager nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, der mindestens zwei jeweils koaxial einander zugeordnete Innenringe (14) und Außenringe (15) sowie den Außenringen (15) zugeordnete Schleifkontakte (34) aufweist, bei welchem die Innenringe (14) mit axialem Abstand zueinander in eine Isoliermasse (12) in Form einer Isolierbuchse eingegossen, die Außenringe (15) durch Isoliermassen (19) in Form von Isolierringen zueinander distanziert und die Schleifkontakte (34) in paarweiser Zuordnung an jeden Außenring (15) gedrückt sind, wobei die Schleifkontakte (34) an den Enden von in entgegengesetzte Richtungen weisenden Schwenkarmen (33) vorgesehen und die einem Außenring (15) zugeordneten Schwenkarme (33) zu den Schwenkarmen (33) des benachbarten Außenrings (15) umfangsseitig versetzt sind.

6. Schleifringübertrager nach Patentanspruch 5, bei welchem die Isolierbuchse (12) auf einer Hohlwelle (2) durch Klebung festgelegt ist und die Außenringe (15) sowie die Isolierringe (19) axial auf die Innenringe (14) bzw. die Isolierbuchse (12) geschoben und an der Isolierbuchse (12) lagefixiert sind.

7. Schleifringübertrager nach Patentanspruch 5 oder 6, bei welchem die einem Außenring (15) zugeordneten Schwenkarme (33) an eine Halterung (31) angelenkt sind, die auf einer sich parallel zur Drehachse (45) des Rotors (3) erstreckenden, im Stator (8) fixierten Tragstange (30) durch Klemmung festgelegt ist.

Zeichnung