DE102023126717B3

DE102023126717B3 - slip ring transmission system

Info

Publication number: DE102023126717B3
Application number: DE102023126717.5A
Authority: DE
Inventors: Dennis Hoppmann; Frank Dropmann; Niklas Pohl
Original assignee: Stemmann Technik GmbH
Current assignee: Stemmann Technik GmbH
Priority date: 2023-09-29
Filing date: 2023-09-29
Publication date: 2025-01-30
Anticipated expiration: 2043-09-30
Also published as: WO2025067585A1

Abstract

Schleifringübertragersystem S mit einem Gehäuse 25 und mit einem Schleifringübertrager 1 mit mindestens einem in dem Gehäuse 25 drehbaren Schleifring 2, und mit mindestens einem Kontaktträger 3, der mindestens ein Kontaktmittel 10 trägt, welches gegen den sich dynamisch bewegenden Schleifring 2 drückt, wobei zumindest ein Schleifkontaktbereich 6 zwischen dem Kontaktmittel 10 und dem sich dynamisch bewegenden Schleifring 2 in eine Isolierflüssigkeit eingebettet ist, wobei das Kontaktmittel 10 mehrere unter einer Anpresskraft stehende Kontaktlamellen 12 aufweist und wobei die Isolierflüssigkeit im Schleifkontaktbereich 6 der Kontaktlamellen 12 mit dem Schleifring 2 sowohl bei stehendem als auch bei sich dynamisch bewegendem Schleifring 2 unterbrochen ist. Die Isolierflüssigkeit ist ein mineralisches Transformatorenöl oder eine synthetische Esterflüssigkeit.

Slip ring transmitter system S with a housing 25 and with a slip ring transmitter 1 with at least one slip ring 2 rotatable in the housing 25, and with at least one contact carrier 3 which carries at least one contact means 10 which presses against the dynamically moving slip ring 2, wherein at least one sliding contact area 6 between the contact means 10 and the dynamically moving slip ring 2 is embedded in an insulating liquid, wherein the contact means 10 has a plurality of contact lamellae 12 which are subject to a contact force and wherein the insulating liquid in the sliding contact area 6 of the contact lamellae 12 with the slip ring 2 is interrupted both when the slip ring 2 is stationary and when it is dynamically moving. The insulating liquid is a mineral transformer oil or a synthetic ester liquid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifringübertragersystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The invention relates to a slip ring transmission system with the features of patent claim 1.

Schleifringübertragersysteme dienen zur Übertragung von Strom oder Daten. Bei höheren Spannungen von größer 35 kV und einer Luftisolierung steigt der bauliche Aufwand für Schleifringübertragersysteme erheblich, weil die für die Teilentladungsfreiheit erforderliche Isolationsstrecke zwischen spannungsführenden Teilen zwangsläufig immer größer wird. Dadurch nehmen die Schleifringübertragersysteme hinsichtlich Größe und Gewicht sehr stark zu. Insbesondere in explosionsgeschützten Bereichen spielt allerdings die Baugröße eine wichtige Rolle. Sie sollte möglichst gering sein.Slip ring transmission systems are used to transmit power or data. At higher voltages of more than 35 kV and with air insulation, the construction effort for slip ring transmission systems increases considerably because the insulation distance between live parts required to avoid partial discharges inevitably becomes larger. This means that the slip ring transmission systems increase significantly in terms of size and weight. However, size plays an important role, particularly in explosion-proof areas. It should be as small as possible.

Die DE 101 61 740 A1 offenbart einen Schleifringübertrager, der bei kleinerem Durchmesser in der Kohle/Kohle-Technik wirtschaftlicher herstellbar ist und betrieben werden kann. Es wird vorgeschlagen, einen umfangseitig erschlossenen Innenring aus einem Nichteisenmetall, insbesondere aus Messing, in eine Isoliermasse als Bestandteil eines Rotors einzubetten. Die Isoliermasse kann z.B. Epoxidharz sein. Der Innenring wird mit einem dem Rotor zugeordneten elektrischen Anschluss elektrisch kontaktiert und von hier aus mit einer stirnseitigen Kabelverschraubung verbunden. Der Kontaktträger trägt ein Kontaktmittel mit mehreren unter einer Anpresskraft stehenden Kontaktlamellen.The DE 101 61 740 A1 discloses a slip ring transmitter that can be manufactured and operated more economically with a smaller diameter using carbon/carbon technology. It is proposed to embed an inner ring made of a non-ferrous metal, particularly brass, that is opened on the circumference in an insulating compound as part of a rotor. The insulating compound can be epoxy resin, for example. The inner ring is electrically contacted with an electrical connection assigned to the rotor and is connected from here to a cable screw connection on the front. The contact carrier carries a contact means with several contact lamellas that are subject to a contact force.

Die DE 101 06 119 A1 offenbart eine Stromübertragungsanordnung für elektrische Maschinen, umfassend eine Welle mit von dieser ausgehenden und diese koaxial umgebenden elektrisch leitenden Schleifelementen und auf diese sich abstützenden Kohlebürsten, wobei verschiedene elektrische Phasen mit elektrisch gegeneinander isolierten Schleifelementen über zu Wicklungen der elektrischen Maschine führende Strombahnen verbunden sind. Um sicher zu stellen, dass Temperaturschwankungen die Stromübertragung nicht negativ beeinflussen, wird vorgeschlagen, dass die Schleifelemente aus Kohlenstoffmaterial bestehen oder diese enthaltende Scheibenelemente sind.The DE 101 06 119 A1 discloses a power transmission arrangement for electrical machines, comprising a shaft with electrically conductive sliding elements extending from and coaxially surrounding the shaft and carbon brushes supported on the shaft, wherein different electrical phases are connected to sliding elements that are electrically insulated from one another via current paths leading to windings of the electrical machine. In order to ensure that temperature fluctuations do not negatively affect the power transmission, it is proposed that the sliding elements consist of carbon material or are disc elements containing this.

Die DE 30 34 717 A1 offenbart eine Einrichtung zur Computertomographie. Eine Röntgenstrahlungsquelle wird um das den Patienten aufnehmenden Loch kreisförmig geführt. Die Energiezuführung erfolgt über Schleifringsysteme, die mit der Röntgen-Strahlungswelle gekoppelt ist. Die Schleifringsysteme sind in einem das Loch umgebenden Hohlraum angeordnet, in welchem sich ein isolierendes Fluid befindet.The DE 30 34 717 A1 discloses a device for computer tomography. An X-ray source is guided in a circle around the hole that accommodates the patient. The energy is supplied via slip ring systems that are coupled to the X-ray radiation wave. The slip ring systems are arranged in a cavity surrounding the hole, in which an insulating fluid is located.

Die DE 32 21 791 A1 offenbart eine Einrichtung zur Hochspannungsübertragung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Isolatorkörpern, in die je eine die Drehachse horizontal umschließende Elektrodenanordnung eingebettet ist. Die beiden Elektrodenanordnungen bilden zusammen eine Art Faraday-Käfig, wodurch das Feld zwischen den beiden Elektrodenanordnungen und ihrer Umgebung korrigiert und herabgesetzt wird. Es wird erläutert, dass der Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator mit einer elektrischen isolierenden Flüssigkeit, z.B. Öl, gefüllt wird, das eine wesentlich höhere Durchschlagfestigkeit aufweist als Luft. Allerdings macht dies Dichtungen zwischen den beiden relativ zueinander rotierenden Teilen erforderlich. The DE 32 21 791 A1 discloses a device for high voltage transmission between two insulator bodies that can rotate relative to one another, in each of which an electrode arrangement that horizontally encloses the axis of rotation is embedded. The two electrode arrangements together form a type of Faraday cage, whereby the field between the two electrode arrangements and their surroundings is corrected and reduced. It is explained that the space between the rotor and the stator is filled with an electrically insulating liquid, e.g. oil, which has a much higher dielectric strength than air. However, this requires seals between the two parts that rotate relative to one another.

Die Aufgabe ist es, ein Schleifringübertragersystem aufzuzeigen, das höhere Spannungen größer 35kV übertragen kann, ohne dass die Größe des Schleifringübertragersystems zu stark zunimmt und dennoch nahezu teilentladungsfrei bei statischer und dynamischer Belastung ist.The task is to demonstrate a slip ring transmission system that can transmit higher voltages greater than 35 kV without the size of the slip ring transmission system increasing too much and yet is almost free of partial discharges under static and dynamic loads.

Diese Aufgabe ist bei einem Schleifringübertragersystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved in a slip ring transmission system with the features of patent claim 1.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

Die Erfindung betrifft ein Schleifringübertragersystem, das ein Gehäuse besitzt und mindestens einen in dem Gehäuse drehbaren Schleifring sowie mindestens einen Kontaktträger, der mindestens ein Kontaktmittel trägt, welches gegen den sich dynamisch bewegenden Schleifring drückt. Der Ausdruck „dynamisch“ bedeutet, dass es sich nicht um ein statisches also starres System handelt, sondern dass in jedem Fall eine Bewegung zwischen dem Schleifring und dem Kontaktmittel erfolgt.The invention relates to a slip ring transmission system which has a housing and at least one slip ring which can rotate in the housing and at least one contact carrier which carries at least one contact means which presses against the dynamically moving slip ring. The term "dynamic" means that it is not a static, i.e. rigid, system, but that in any case there is a movement between the slip ring and the contact means.

Es ist zumindest ein Schleifkontaktbereich zwischen dem Kontaktmittel und dem sich dynamisch bewegenden Schleifring in eine Isolierflüssigkeit eingebettet. Das Kontaktmittel weist mehrere unter einer Anpresskraft stehende Kontaktlamellen auf. Die Isolierflüssigkeit, welche die stromführenden Teile umgibt, darf nicht isolierend zwischen dem Schleifkontakt und den Kontaktlamellen wirken. Daher ist die Isolierflüssigkeit im Schleifkontaktbereich der Kontaktlamellen mit dem Schleifring bei einem sich dynamisch bewegendem Schleifring unterbrochen.At least one sliding contact area between the contact means and the dynamically moving slip ring is embedded in an insulating fluid. The contact means has several contact lamellae that are subject to a contact pressure. The insulating fluid that surrounds the current-carrying parts must not have an insulating effect between the sliding contact and the contact lamellae. Therefore, the insulating fluid in the sliding contact area of the contact lamellae with the slip ring is interrupted in the case of a dynamically moving slip ring.

Insbesondere ist der Schleifkontaktbereich, also die Schleifbahn auf dem Schleifring, vergoldet oder versilbert. Diese Werkstoffe besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit, korrodieren nicht und sorgen immer für den besten Kontakt und damit für den geringsten Übergangswiderstand. Für eine hinreichende Kontaktfläche zwischen dem Schleifring und dem Kontaktmittel besteht, sind mehrere Kontaktlamellen vorgesehen, die unter einer definierten Anpresskraft stehen. Die Anpresskraft ist so groß, dass die Kontaktlamellen stets am Schleifring anliegen. Die umgebende Isolierflüssigkeit befindet sich nicht im Kontaktbereich, sie umgibt ihn nur.In particular, the sliding contact area, i.e. the sliding track on the slip ring, is gold or silver plated. These materials have a high electrical conductivity, do not corrode and always ensure the best contact and thus the lowest contact resistance. For a To ensure that there is a sufficient contact surface between the slip ring and the contact medium, several contact lamellas are provided, which are subject to a defined contact force. The contact force is so great that the contact lamellas always rest against the slip ring. The surrounding insulating liquid is not in the contact area, it only surrounds it.

Die Isolierflüssigkeit, bei der es sich um ein mineralisches Transformatorenöl oder eine synthetische Esterflüssigkeit handelt, führt aufgrund höherer dielektrischer Festigkeit im Vergleich zu Luft dazu, dass die Abstände zwischen Strom führenden und nicht Strom führenden Teilen, insbesondere zum Gehäuse signifikant verkleinert werden können. Daher kann das Gehäuse kleiner ausfallen. Das Kontaktsystem ist praktisch teilentladungsfrei. Sowohl bei der statischen als auch bei der dynamischen Prüfung bei einer Stromstärke von 400 A AC unter Transformatorenöl wurden Teilentladungen < 10 pC gemessen, wobei der Grundstörpegel bereits 1 pC beträgt. Der Schleifringübertrager wird vorzugsweise komplett in die Isolierflüssigkeit getaucht, so dass die Luftstrecken zwischen Strom führenden und nicht Strom führenden Teilen von Isolierflüssigkeit ausgefüllt sind. In diesem Sinne ist das Gehäuse des Schleifringübertragersystems vollständig mit der Isolierflüssigkeit gefüllt.The insulating liquid, which is a mineral transformer oil or a synthetic ester liquid, means that the distances between current-carrying and non-current-carrying parts, especially to the housing, can be significantly reduced due to its higher dielectric strength compared to air. The housing can therefore be smaller. The contact system is practically free of partial discharges. In both the static and dynamic tests at a current of 400 A AC under transformer oil, partial discharges of < 10 pC were measured, although the basic interference level is already 1 pC. The slip ring transmitter is preferably completely immersed in the insulating liquid so that the air gaps between current-carrying and non-current-carrying parts are filled with insulating liquid. In this sense, the housing of the slip ring transmitter system is completely filled with the insulating liquid.

Die Begriffe „Transformatorenöl“ oder „Isolieröl“ bezeichnen hoch raffinierte Mineralöle oder dünnflüssige Silikonöle, die bei hohen Temperaturen stabil sind. Als Alternative zum klassischen Mineralöl können synthetische, organische Ester eingesetzt werden. Hierbei kann es sich um gesättigte Pentaerythrittetrafettsäurester handeln. Die EsterFlüssigkeit ist ungiftig, leicht biologisch abbaubar und als nicht Wasser gefährdend eingestuft.The terms "transformer oil" or "insulating oil" refer to highly refined mineral oils or thin silicone oils that are stable at high temperatures. Synthetic, organic esters can be used as an alternative to classic mineral oil. These can be saturated pentaerythritol tetrafatty acid esters. The ester liquid is non-toxic, easily biodegradable and classified as non-hazardous to water.

Zur Maximierung der Kontaktfläche ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Kontaktmittel auf eine Oberseite und eine Unterseite des Schleifringes mit dem Schleifring in Kontakt stehen. Der Schleifring besitzt hierzu ober- und unterseitige Schleifbahnen. Dabei werden die Kontaktmittel vorzugsweise an einem gemeinsamen Kontaktträger angeordnet, welcher einen Rand des Schleifringes umgreift. Der Kontaktträger kann hierzu gabelförmig konfiguriert sein. Es kann sich um zwei spiegelsymmetrische Bauteile handeln, die jeweils einen oberseitigen und einen unterseitigen Gabelabschnitt bilden und über einen gemeinsamen Schaft randseitig des Schleifringes miteinander verbunden sind.To maximize the contact area, it is preferably provided that the contact means are in contact with the slip ring on an upper side and a lower side of the slip ring. For this purpose, the slip ring has sliding tracks on the upper and lower sides. The contact means are preferably arranged on a common contact carrier which surrounds an edge of the slip ring. The contact carrier can be configured in a fork shape for this purpose. It can be two mirror-symmetrical components, each of which forms an upper and a lower fork section and is connected to one another via a common shaft on the edge of the slip ring.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die Kontaktmittel auf der Oberseite und der Unterseite in Radialrichtung des Schleifringes versetzt an dem Kontaktträger angeordnet. Sollte ein Bereich dieser Schleifbahn verschlissen sein, kann der gabelförmige Kontaktträger um 180° gedreht werden, so dass jeweils die noch unbenutzten radial benachbarte Bereiche der Schleifbahnen auf der Ober- und Unterseite mit dem Kontaktmittel in Kontakt kommen. Dadurch ohne großen Aufwand die Lebensdauer des Schleifringübertragers verdoppelt werden.In an advantageous further development, the contact means on the top and bottom are arranged offset on the contact carrier in the radial direction of the slip ring. If an area of this sliding track is worn, the fork-shaped contact carrier can be rotated by 180° so that the still unused radially adjacent areas of the sliding tracks on the top and bottom come into contact with the contact means. This doubles the service life of the slip ring transmitter without great effort.

Der Kontaktträger ist insbesondere aus Aluminium gefertigt. Die Anzahl der Kontaktlamellen am Kontaktträger ist vorzugsweise relativ hoch, damit eine hinreichend große Kontaktfläche zur Verfügung steht, so die Anpresskräfte je Lamelle reduziert werden können, um den Verschleiß zu reduzieren und die Wartungsintervalle und Lebensdauer zu vergrößern. Insbesondere können mehrere der Kontaktträger über den Umfang des Schleifrings verteilt angeordnet sein.The contact carrier is made of aluminum in particular. The number of contact lamellas on the contact carrier is preferably relatively high so that a sufficiently large contact surface is available, so that the contact forces per lamella can be reduced in order to reduce wear and increase the maintenance intervals and service life. In particular, several of the contact carriers can be arranged distributed over the circumference of the slip ring.

In vorteilhafter Weiterbildung sind mehrere Kontaktlamellen zusammengefasst und federnd auf einem gemeinsamen Lamellenträger angeordnet. Der Lamellenträger kann als solcher insgesamt mit dem Kontaktträger verbunden sein. Auf diese Weise können viele Lamellen zum einen gleichzeitig montiert und auch zu Wartungs- oder Instandhaltungszwecken einfach als Set ausgetauscht werden. Der Lamellenträger mit den Kontaktlamellen kann als Bandmaterial bereitgestellt werden. Das Bandmaterial kann auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden.In an advantageous further development, several contact lamellas are combined and arranged spring-loaded on a common lamella carrier. The lamella carrier can be connected as such to the contact carrier. In this way, many lamellas can be mounted at the same time and also easily replaced as a set for maintenance or repair purposes. The lamella carrier with the contact lamellas can be provided as strip material. The strip material can be cut to the desired length.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Homogenisierung des elektrischen Feldes Toroide im Gehäuse positioniert werden. Die Toroide werden benachbart zu dem Schleifring und koaxial zum Schleifring im Bereich des wenigstens einen Kontaktträgers angeordnet. Die Toroide bestehen aus einem elektrisch leitfähigem Material. Die Toroide erfordern zwar einen gewissen Bauraum, allerdings kann durch das homogenisierte Feld der Abstand stromführender Bauteile zum Gehäuse reduziert werden. Die Toroide dienen zur Reduzierung der in Axialrichtung und Radialrichtung betrachteten Abmessungen des Gehäuses des Schleifringübertragers. Bevorzugt sind in axialem Abstand beidseitig eines Schleifringes mehrere der Toroide angeordnet. Wenigstens ein Toroid sollte an einer Oberseite und eines an der Unterseite angeordnet sein. Die Toroide können mechanisch mit dem Schleifring verbunden sein. Die Toroide reduzieren und homogenisieren die elektrische Feldstärke. Sie verhindern durch ihre Formgebung Teilentladungen an den spannungsführenden Bauteilen.In a further development of the invention, toroids are positioned in the housing to homogenize the electric field. The toroids are arranged adjacent to the slip ring and coaxially to the slip ring in the area of at least one contact carrier. The toroids are made of an electrically conductive material. Although the toroids require a certain amount of installation space, the distance between current-carrying components and the housing can be reduced by the homogenized field. The toroids serve to reduce the dimensions of the housing of the slip ring transmitter in the axial and radial directions. Preferably, several of the toroids are arranged at an axial distance on both sides of a slip ring. At least one toroid should be arranged on an upper side and one on the lower side. The toroids can be mechanically connected to the slip ring. The toroids reduce and homogenize the electric field strength. Their shape prevents partial discharges on the voltage-carrying components.

Es können im Gehäuse weitere Toroide mit Erdungspotential im Abstand zu den Toroiden an dem Schleifring vorgesehen sein, wodurch sich die Bauhöhe nochmals reduzieren lässt. Die Bauhöhe kann insbesondere reduziert werden, wenn je zwei Toroide oberseitig und unterseitig eines Schleifringes angeordnet sind, wobei die Toroide paarweise konzentrisch angeordnet sind. Die radial inneren Toroide sind vorzugweise gleich groß, ebenso die radial äußeren Toroide. Die radial inneren und äußeren Toroide haben bevorzugt dieselbe Querschnittsfläche. Vier Toroide können beispielsweise im Carré angeordnet sein, wobei etwa in der Mitte des Carrés der gabelförmige Kontaktträger angeordnet ist. Der Schleifring sollte von den Toroiden umschlossen sein. Der Volumenbereich, in dem die höchsten Feldstärkekonzentrationen auftreten, d.h. im Bereich der Kontaktträgers und im Bereich des äußeren Randes des Schleifringes, der dem Gehäuse am nächsten liegt, wird vollkommen von insbesondere vier im Carré angeordneten, toroidförmigen Toroiden homogenisiert.Additional toroids with ground potential can be provided in the housing at a distance from the toroids on the slip ring, which allows the overall height to be reduced even further. The overall height can be reduced in particular if two toroids are arranged on the top and bottom of a slip ring, with the toroids being arranged in pairs. are arranged centrally. The radially inner toroids are preferably the same size, as are the radially outer toroids. The radially inner and outer toroids preferably have the same cross-sectional area. Four toroids can be arranged in a square, for example, with the fork-shaped contact carrier arranged approximately in the middle of the square. The slip ring should be enclosed by the toroids. The volume area in which the highest field strength concentrations occur, ie in the area of the contact carrier and in the area of the outer edge of the slip ring, which is closest to the housing, is completely homogenized by four toroid-shaped toroids arranged in a square.

Das Ziel, ein möglichst kompakt bauendes Schleifringübertragersystem für die Übertragung hoher Spannungen zu schaffen, wird insbesondere dann erreicht, wenn auch das wenigstens eine Toroid und insbesondere alle Toroide in der Isolierflüssigkeit angeordnet sind.The aim of creating a slip ring transmission system that is as compact as possible for the transmission of high voltages is achieved in particular if at least one toroid and in particular all toroids are arranged in the insulating liquid.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spannung führenden Bauteile, also der Schleifring und/oder der Kontaktträger von Isolatoren gehalten sind, welche zur Befestigung an angrenzende Bauteile nicht mit metallischen Gewindebolzen oder Aufnahmen versehen sind, sondern zur Befestigung an angrenzende Bauteile mindestens eine in den Isolator eingegossene Gewindestange aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) aufweisen. Vorzugsweise besteht der Isolator aus einem Epoxidharz, das frei von Lufteinschlüssen ist. Das Epoxidharz ist um die wenigstens eine Gewindestange gegossen. Auf diese Weise kann ein Isolator geschaffen werden, aus dessen gegenüberliegenden Enden jeweils eine Gewindestange aus einem isolierenden Werkstoff ragen, wobei diese Gewindestange dazu genutzt wird, den Schleifring und oder den Kontaktträger an dem Isolator oder an den Isolatoren zu befestigen, bzw. den Isolator am Gehäuse des Schleifringübertragersystems.It is advantageous if the voltage-carrying components, i.e. the slip ring and/or the contact carrier, are held by insulators which are not provided with metal threaded bolts or receptacles for fastening to adjacent components, but have at least one threaded rod made of a glass fiber reinforced plastic (GRP) cast into the insulator for fastening to adjacent components. The insulator preferably consists of an epoxy resin that is free of air inclusions. The epoxy resin is cast around the at least one threaded rod. In this way, an insulator can be created from whose opposite ends a threaded rod made of an insulating material protrudes, whereby this threaded rod is used to fasten the slip ring and/or the contact carrier to the insulator or insulators, or the insulator to the housing of the slip ring transmitter system.

Mit der Erfindung wird das Ziel erreicht, ein Schleifringübertragersystem aufzuzeigen, das geeignet ist, im Mittel- und Hochspannungsbereich eingesetzt zu, wobei die Baugröße des Gehäuses reduziert ist. Der Schleifringübertrager weist mehrere Lamellen auf, die auch bei dynamischer Bewegung des Schleifringübertragers nicht aufschwimmen und stets genügend Anpressdruck ausgesetzt sind, so dass zwischen den Lamellen und dem Schleifring keine Lichtbögen erzeugt werden. Die Isolierflüssigkeit bewirkt, dass auch bei höheren Spannungen kompakte und kleinere Schleifringkörper verwendet werden können. Dadurch können kleinere Gehäuse verwendet werden, was insbesondere in explosionsgeschützten Bereichen vorteilhaft ist. Die Isolationsstrecken innerhalb des Gehäuses bzw. benachbart des Schleifringübertragers sind wesentlich kürzer als bei Schleifringübertragern in Luft. Zusätzliche Toroide zur Homogenisierung des elektrischen Feldes tragen nochmals zur Reduzierung der Baugröße bei.The invention achieves the aim of demonstrating a slip ring transmitter system that is suitable for use in the medium and high voltage range, whereby the size of the housing is reduced. The slip ring transmitter has several lamellae that do not float even when the slip ring transmitter moves dynamically and are always subjected to sufficient contact pressure so that no arcs are generated between the lamellae and the slip ring. The insulating liquid means that compact and smaller slip ring bodies can be used even at higher voltages. This means that smaller housings can be used, which is particularly advantageous in explosion-proof areas. The insulation distances within the housing or adjacent to the slip ring transmitter are significantly shorter than with slip ring transmitters in air. Additional toroids for homogenizing the electric field contribute again to reducing the size.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Kontaktträgers an einem Schleifring;
2 den Kontaktträger der 1 in einer Seitenansicht;
3 den Kontaktträger der 1 in einer Perspektive von schräg unten;
4 den Kontaktträger der 1 in einer Perspektive von schräg oben;
5 einen Lamellenträger in einer perspektivischen Ansicht;
6 einen Schleifring in einer perspektivischen Ansicht;
7 eine Darstellung des elektrischen Feldes in einer Schnittebene durch den Schleifring der 6;
8 einen Isolator in einer Seitenansicht und
9 den Isolator der 8 im Längsschnitt.

The invention is explained in more detail below using embodiments shown in schematic drawings. They show:

1 a perspective view of a contact carrier on a slip ring;
2 the contact carrier of the 1 in a side view;
3 the contact carrier of the 1 in a perspective from below;
4 the contact carrier of the 1 in a perspective from above;
5 a slat carrier in a perspective view;
6 a slip ring in a perspective view;
7 a representation of the electric field in a section plane through the slip ring of the 6 ;
8 an insulator in a side view and
9 the insulator of the 8 in longitudinal section.

Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schleifringübertragersystems S mit einem rein schematisch angedeuteten Gehäuse 25, in dem sich ein Schleifringübertrager 1 befindet. Weder die Form, die Position noch der Abstand des dargestellten Wandabschnitts des Gehäuses 25 zum Schleifringübertrager 1 sind in den Figuren maßstäblich, sondern rein schematisch.The 1 shows a section of a slip ring transmitter system S with a purely schematically indicated housing 25 in which a slip ring transmitter 1 is located. Neither the shape, the position nor the distance of the illustrated wall section of the housing 25 to the slip ring transmitter 1 are to scale in the figures, but purely schematic.

Die wesentlichen Komponenten des Schleifringübertragers 1 sind ein Schleifring 2 und ein Kontaktträger 3, der gabelförmig ausgestaltet ist und eine Oberseite 4 des Schleifrings 2 übergreift ebenso wie eine Unterseite 5 des Schleifrings 2 untergreift. Der jeweils oberseitig und unterseitig übergriffene Bereich wird als Schleifkontaktbereich 6 bezeichnet.The essential components of the slip ring transmitter 1 are a slip ring 2 and a contact carrier 3, which is fork-shaped and engages over an upper side 4 of the slip ring 2 as well as under an underside 5 of the slip ring 2. The area overlapped on the upper and lower sides is referred to as the sliding contact area 6.

Der Kontaktträger 3 besteht aus einer oberen und einer unteren Hälfte 7, 8, wobei beide Hälften im Wesentlichen identisch konfiguriert sind. Die beiden Hälften überragen einen Rand 9 des Schleifringes 2 und sind radial randseitig zu einem gemeinsamen Stromführenden Schaft miteinander verbunden. Sie sind verschraubt. Die 2 zeigt die Schnittdarstellung und den näheren Aufbau. Der Kontaktträger 3 trägt in seiner oberen Hälfte 7 und seiner unteren Hälfte 8 jeweils ein Kontaktmittel 10 umfassend mehrere Kontaktlamellen 12, wie sie in den 3 bis 5 zu erkennen sind. 5 zeigt einen Lamellenträger 11 mit mehreren identisch konfigurierten Lamellen 12 mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Der Lamellenträger 11 mit den Kontaktlamellen wird insgesamt als Kontaktmittel bezeichnet und ist jeweils einmal an dem oberen Teil 7 des Kontaktträgers 3 und an dem unteren Teil 8 befestigt, wie anhand der 3 und 4 zu erkennen ist. Die jeweiligen Kontaktmittel 10, 11 liegen sich somit in Axialrichtung gegenüber, sind jedoch in Radialrichtung des Schleifringes 4 zueinander versetzt angeordnet, so dass sie jeweils mit unterschiedlichen radialen Bereichen des Schleifkontaktbereiches 6 in Kontakt kommen. Wenn der Kontaktträger 3 oder der Schleifring 4 gewendet werden, können die jeweils benachbarten Bereiche des Schleifkontaktbereiches 6 mit den Lamellen 12 in Kontakt kommen. Dadurch kann der lokale Verschleiß des Schleifrings 4 gemindert werden bzw. die Standzeit vergrößert werden, bevor die Oberflächen an ihre Verschleißgrenze kommen. Der Schleifring ist insbesondere mit einer Silber- oder Goldbeschichtung versehen. Der Kontaktträger ist insbesondere aus Messing gefertigt.The contact carrier 3 consists of an upper and a lower half 7, 8, whereby both halves are essentially identically configured. The two halves protrude over an edge 9 of the slip ring 2 and are connected radially at the edge to form a common current-carrying shaft. They are screwed together. The 2 shows the sectional view and the detailed structure. The contact carrier 3 carries in its upper half 7 and its lower half 8 a contact means 10 comprising several contact lamellae 12, as shown in the 3 to 5 can be recognized. 5 shows a lamella carrier 11 with several identically configured lamellae 12 with a substantially rectangular cross-section. The lamella carrier 11 with the contact lamellae is referred to as a contact means and is attached once to the upper part 7 of the contact carrier 3 and once to the lower part 8, as can be seen from the 3 and 4 can be seen. The respective contact means 10, 11 are thus opposite one another in the axial direction, but are arranged offset from one another in the radial direction of the slip ring 4, so that they each come into contact with different radial areas of the sliding contact area 6. When the contact carrier 3 or the slip ring 4 is turned, the adjacent areas of the sliding contact area 6 can come into contact with the lamellae 12. This can reduce the local wear of the slip ring 4 or increase the service life before the surfaces reach their wear limit. The slip ring is provided in particular with a silver or gold coating. The contact carrier is made in particular from brass.

Das Gehäuse 25 ist soweit mit einer Isolierflüssigkeit gefüllt, dass die Luftstrecken zwischen Strom führenden Bauteilen und nicht Strom führenden Bauteilen von der Isolierflüssigkeit ausgefüllt sind. Die Isolierflüssigkeit ist ein mineralisches Transformatorenöl oder eine synthetische Esterflüssigkeit. Die in den 1 bis 5 dargestellten Bauteile befinden sich vollständig innerhalb der Isolierflüssigkeit. Dadurch können die baulichen Abstände zwischen stromführenden Bauteilen insbesondere zum geerdeten Gehäuse reduziert werden.The housing 25 is filled with an insulating liquid to such an extent that the air gaps between current-carrying components and non-current-carrying components are filled with the insulating liquid. The insulating liquid is a mineral transformer oil or a synthetic ester liquid. The 1 to 5 The components shown are located completely within the insulating liquid. This allows the structural distances between current-carrying components, in particular to the earthed housing, to be reduced.

Eine erfindungsgemäße weitere Maßnahme zur Reduzierung der Baugröße wird anhand der 6 und 7 erläutert. Die 6 zeigt einen Schleifring 2 mit einer Dimensionierung abweichend von den 1 bis 5. Es werden jedoch für funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen beibehalten. Die 6 zeigt ferner einen Kontaktträger 3. Weitere dieser Kontaktträger 3 können über den Umfang verteilt angeordnet sein. Zur Homogenisierung des elektrischen Feldes sind benachbart zum und koaxial des Schleifringes 2 im Bereich des Kontaktträgers 3 Toroide 13-16 aus einem elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Es handelt sich insbesondere um vier Toroide 13-16, die gemäß der Darstellung der 7 im Carré angeordnet sind, wobei in der Mitte des Carrés der Kontaktträger 3 und der Rand 9 des Schleifrings 4 angeordnet ist. Die Toroide 13-16 sind jeweils paarweise angeordnet. Zwei konzentrische Toroide 13, 14 befinden sich oberseitig und axial versetzt dazu zwei weitere Toroide 15, 16 gleicher Baugrößen benachbart zur Unterseite des Schleifrings 4. Die radial äußeren Toroide 13, 15 haben einen Durchmesser der größer ist als der Durchmesser des Schleifrings 2. Bei den beiden anderen, radial inneren Toroide 14, 16 ist der Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Schleifrings 2.A further measure according to the invention for reducing the size is shown by the 6 and 7 explained. The 6 shows a slip ring 2 with a dimensioning different from the 1 to 5 However, the same reference symbols are retained for functionally identical components. 6 further shows a contact carrier 3. Further contact carriers 3 can be arranged distributed over the circumference. In order to homogenize the electric field, toroids 13-16 made of an electrically conductive material are arranged adjacent to and coaxially with the slip ring 2 in the area of the contact carrier 3. In particular, there are four toroids 13-16 which, according to the illustration of the 7 are arranged in a square, with the contact carrier 3 and the edge 9 of the slip ring 4 arranged in the middle of the square. The toroids 13-16 are arranged in pairs. Two concentric toroids 13, 14 are located on the top and axially offset from two further toroids 15, 16 of the same size adjacent to the underside of the slip ring 4. The radially outer toroids 13, 15 have a diameter that is larger than the diameter of the slip ring 2. The diameter of the other two, radially inner toroids 14, 16 is smaller than the diameter of the slip ring 2.

Die 7 beschreibt einen 1-phasigen Aufbau eines Schleifringübertragers, bei einem 3-phasigen Aufbau werden die drei identisch aufgebauten Phasen vertikal gestapelt angeordnet. Die 7 verdeutlicht, dass die Toroide 13 -16 das elektrische Feld, das sich um die stromführenden Bauteile aufbaut, homogenisiert wird. Zusätzlich sind gemäß der Darstellung der 7 zwei weitere geerdete Toroide 17, 18 unterseitig der spannungsführenden Toroide 13-16 angeordnet und in gleicher Weise zwei weitere geerdete Toroide 19, 20 an der Oberseite des Schleifringes 2. Diese Toroide 17-20 liegen auf Erdungspotential. Auch sie bewirken eine Homogenisierung des elektrischen Feldes. Alle Toroide befinden sich innerhalb der Isolierflüssigkeit, so dass die Bauhöhe des Schleifringübertragers in Axialrichtung und Radialrichtung deutlich reduziert werden kann.The 7 describes a 1-phase structure of a slip ring transformer, in a 3-phase structure the three identically constructed phases are arranged vertically stacked. The 7 It is clear that the toroids 13 -16 homogenize the electric field that builds up around the current-carrying components. In addition, according to the illustration of the 7 two further grounded toroids 17, 18 are arranged underneath the voltage-carrying toroids 13-16 and in the same way two further grounded toroids 19, 20 are arranged on the top of the slip ring 2. These toroids 17-20 are at ground potential. They also cause a homogenization of the electric field. All toroids are located within the insulating liquid, so that the height of the slip ring transformer can be significantly reduced in the axial and radial directions.

Die 7 zeigt ferner einen Isolator 21, der in den 8 in der Seitansicht und in der 9 im Längsschnitt dargestellt ist. Das Besondere bei diesem Isolator ist, dass er keine metallischen Bauteile enthält. Der Isolator 21 besitzt einen Grundkörper 22 aus gegossenem Epoxidharz, der frei von Lufteinschlüssen ist. In den Isolator 21 wurden Gewindestangen 23, 24 eingegossen, die aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) bestehen. Durch Vermeidung von Metallbauteilen besitzt dieser Isolator 21 besonderes günstige Eigenschaften zur Verwendung bei den erfindungsgemäßen Schleifringübertragern, die eine besonders geringe Baugröße haben sollen und insbesondere im explosionsgeschützten Bereich oder Offshore-Windenergieanlagen eingesetzt werden sollen.The 7 also shows an insulator 21 which is in the 8 in the side view and in the 9 is shown in longitudinal section. The special feature of this insulator is that it does not contain any metal components. The insulator 21 has a base body 22 made of cast epoxy resin, which is free of air inclusions. Threaded rods 23, 24 made of glass fiber reinforced plastic (GRP) were cast into the insulator 21. By avoiding metal components, this insulator 21 has particularly favorable properties for use in the slip ring transmitters according to the invention, which are to have a particularly small size and are to be used in particular in explosion-proof areas or offshore wind turbines.

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11: Schleifringübertragerslip ring transformer
22: Schleifringslip ring
33: Kontaktträgercontact carrier
44: Oberseite von 2top of 2
55: Unterseite von 2bottom of 2
66: Schleifkontaktbereichsliding contact area
77: oberes Teil von 3upper part of 3
88: unteres Teil von 3lower part of 3
99: Rand von 2edge of 2
1010: Kontaktmittelcontact agent
1111: Lamellenträgerslat carrier
1212: Kontaktlamellecontact lamella
1313: spannungsführendes Toroidvoltage-carrying toroid
1414: spannungsführendes Toroidvoltage-carrying toroid
1515: spannungsführendes Toroidvoltage-carrying toroid
1616: spannungsführendes Toroidvoltage-carrying toroid
1717: geerdetes Toroidgrounded toroid
1818: geerdetes Toroidgrounded toroid
1919: geerdetes Toroidgrounded toroid
2020: geerdetes Toroidgrounded toroid
2121: Isolatorinsulator
2222: Grundkörperbase body
2323: Gewindestangethreaded rod
2424: Gewindestangethreaded rod
2525: GehäuseHousing
SS: Schleifringübertragersystemslip ring transmission system

Claims

Slip ring transmitter system (S) with a slip ring transmitter (1) arranged in a housing (25) with at least one rotatable slip ring (2), and with at least one contact carrier (3) which carries at least one contact means (10) which presses against the dynamically moving slip ring (2), wherein the contact means (10) has a plurality of contact lamellas which are subject to a contact force, characterized in that at least one sliding contact region (6) between the contact means (10) and the dynamically moving slip ring (2) is embedded in an insulating liquid, and wherein the insulating liquid in the sliding contact region (6) of the contact lamellas (12) with the slip ring (2) is interrupted both when the slip ring (2) is stationary and when it is dynamically moving, wherein the insulating liquid is a mineral transformer oil or a synthetic ester liquid.

Slip ring transmission system (S) according to claim 1 , characterized in that the contact means (10) on an upper side (4) and a lower side (5) of the slip ring (2) are in contact with the slip ring (2), wherein the contact means (10) are arranged on a common contact carrier (3) which engages around an edge (9) of the slip ring (2).

Slip ring transmission system (S) according to claim 1 , characterized in that the contact means (10) on the upper side (4) and the lower side (5) are arranged offset from one another on the contact carrier (3) in the radial direction of the slip ring (2).

Slip ring transmission system (S) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that several contact blades (12) are resiliently arranged on a common blade carrier (11).

Slip ring transmission system (S) according to claim 1 until 4 , characterized in that , in order to homogenize the electric field, at least one voltage-carrying toroid (13-16) made of an electrically conductive material is arranged adjacent to and coaxial with the slip ring (2) in the region of the at least one contact carrier (3).

Slip ring transmission system (S) according to claim 5 , characterized in that several of the toroids (13-16) are arranged at an axial distance on both sides of a slip ring (2).

Slip ring transmission system (S) according to claim 5 or 6 , characterized in that two toroids (13-16) are arranged on either side of a slip ring (2), wherein the control rings (13-16) are arranged concentrically.

Slip ring transmission system (S) according to one of the Claims 5 until 7 , characterized in that the at least one toroid (13-16) is arranged in the insulating liquid.

Slip ring transmission system (S) according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the slip ring (2) and/or the contact carrier (3) is held by insulators (21) which have a threaded rod (23, 24) made of GRP cast into the insulator (21) for fastening to adjacent components.

Slip ring transmission system (S) according to claim 9 , characterized in that the insulator (21) consists of an epoxy resin which is free of air inclusions.