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DE102023126726B3 - slip ring transmission system - Google Patents

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DE102023126726B3
DE102023126726B3 DE102023126726.4A DE102023126726A DE102023126726B3 DE 102023126726 B3 DE102023126726 B3 DE 102023126726B3 DE 102023126726 A DE102023126726 A DE 102023126726A DE 102023126726 B3 DE102023126726 B3 DE 102023126726B3
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DE
Germany
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slip ring
toroids
contact
housing
contact carrier
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Application number
DE102023126726.4A
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German (de)
Inventor
Dennis Hoppmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stemmann Technik GmbH
Original Assignee
Stemmann Technik GmbH
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Publication date
Application filed by Stemmann Technik GmbH filed Critical Stemmann Technik GmbH
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Priority to PCT/DE2024/100742 priority patent/WO2025067586A1/en
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Abstract

Schleifringübertragersystem S mit einem ein einem Gehäuse 25 angeordneten Schleifringübertrager 1 mit mindestens einem in dem Gehäuse 25 drehbar gelagerten Schleifring 2, und mit mindestens einem Kontaktträger 3, der mindestens ein Kontaktmittel trägt, welches gegen den sich dynamisch bewegenden Schleifring 2 drückt, wobei zur Homogenisierung des elektrischen Feldes benachbart und koaxial des Schleifrings 2 im Bereich des wenigstens einen Kontaktträgers 3 wenigstens ein spannungsführendes Toroid 13-16 aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist, wobei das Toroid 13-16 auf dem Spannungspotential des Schleifrings 2 liegt. Slip ring transmitter system S with a slip ring transmitter 1 arranged in a housing 25 with at least one slip ring 2 rotatably mounted in the housing 25, and with at least one contact carrier 3 which carries at least one contact means which presses against the dynamically moving slip ring 2, wherein for homogenizing the electric field adjacent and coaxial to the slip ring 2 in the region of the at least one contact carrier 3 at least one voltage-carrying toroid 13-16 made of an electrically conductive material is arranged, wherein the toroid 13-16 is at the voltage potential of the slip ring 2.

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 die Gehäuse von Schleifringübertragern erheblich, weil die für die Teilentladungsfreiheit erforderliche Isolationsstrecke zwischen spannungsführenden Teilen des Kontaktsystems und dem geerdeten Gehäuse zwangsläufig immer größer wird. Dadurch nehmen die Gehäuse hinsichtlich ihrer äußeren Abmessungen, d.h. hinsichtlich der Größe und des Gewichts sehr stark zu. Insbesondere in explosionsgeschützten Bereichen spielt die Baugröße eine wichtige Rolle und sollte möglichst gering sein. Ein Beispiel hierfür sind explosionsgeschützte Bereiche für FPSO (Floating Production Storage and Offloading)-Schiffe oder in Offshore-Windenergieanlagen.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 the housings of slip ring transmissions increases considerably because the insulation distance between the live parts of the contact system and the grounded housing required to avoid partial discharges inevitably becomes larger. This means that the housings increase significantly in terms of their external dimensions, i.e. in terms of size and weight. The size plays an important role, especially in explosion-proof areas, and should be as small as possible. One example of this is explosion-proof areas for FPSO (Floating Production Storage and Offloading) ships or in offshore wind turbines.

Die DE 28 33 129 A1 offenbart einen Schleifringkörper für elektrische Maschinen zur Stromübertragung zwischen zueinander drehbeweglichen Maschinenteilen. Die Schleifringe besitzen innenseitig Leiteranschlüsse und werden radial außenseitig durch Schleifringbürsten kontaktiert. Die Schleifringe sind durch Isolierringe voneinander isoliert und distanziert und werden durch eine innenliegenden montierbare Halterung gegenseitig gegenüber einem Stützkörper befestigt. Schleifringe und Isolierkörper werden über einen symmetrisch zusammenpressenden, zentralen Spannbolzen gehalten.The DE 28 33 129 A1 discloses a slip ring body for electrical machines for power transmission between machine parts that rotate relative to one another. The slip rings have conductor connections on the inside and are contacted radially on the outside by slip ring brushes. The slip rings are insulated and spaced from one another by insulating rings and are fastened to one another in relation to a support body by an internally mountable holder. Slip rings and insulating bodies are held in place by a symmetrically pressed together, central clamping bolt.

Die DE 18 54 488 U betrifft Schleifringkörper, bei denen die Isolierkörper so versetzt zueinander angeordnet sind, dass bei Beibehaltung der gleichen Kriechwege der Luftstreckenabstand von Schleifring zu Schleifring gemindert werden kann.The DE 18 54 488 U relates to slip ring bodies in which the insulating bodies are arranged offset from one another in such a way that the air gap distance from slip ring to slip ring can be reduced while maintaining the same creepage distances.

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 geschlossenen 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.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 a circumferentially closed inner ring made of a non-ferrous metal, in particular brass, in an insulating compound as a component 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 from here connected to a cable screw connection on the front.

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 das mindestens einen in dem Gehäuse drehbaren Schleifring sowie mindestens einen Kontaktträger aufweist, 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.

Erfindungsgemäß sind in dem Gehäuse Toroide zur Homogenisierung des elektrischen Feldes angeordnet. Die Toroide sind benachbart zu dem Schleifring und koaxial zum Schleifring im Bereich des wenigstens einen Kontaktträgers angeordnet. Die Toroide bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material.According to the invention, toroids are arranged 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 region of the at least one contact carrier. The toroids consist of an electrically conductive material.

Die Toroide erfordern zwar einen gewissen Bauraum im Gehäuse, allerdings kann durch das homogenisierte Feld der Abstand stromführender Bauteile zum Gehäuse deutlich reduziert werden. Die Toroide dienen zur Reduzierung der in Axialrichtung und Radialrichtung betrachteten inneren Abmessungen des Gehäuses. Dadurch ist das Gehäuse auch in seinen äußeren Abmessungen kleiner. Die Größe, der Materialeinsatz und das Gewicht werden reduziert.The toroids do require a certain amount of space in the housing, but the homogenized field means that the distance between current-carrying components and the housing can be significantly reduced. The toroids are used to reduce the inner dimensions of the housing in the axial and radial directions. This also makes the housing smaller in its outer dimensions. The size, material usage and weight are reduced.

Bevorzugt sind in axialem Abstand beidseitig eines Schleifringes mehrere der Toroide angeordnet. Wenigstens ein Toroid sollte in Axialrichtung des Schleifrings 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 Spitzenentladungen an den spannungsführenden Bauteilen.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 the top side and one on the bottom side in the axial direction of the slip ring. The toroids can be mechanically connected to the slip ring. The toroids reduce and homogenize the electrical field strength. Their shape prevents peak discharges on the live components.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind 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.In a further development of the invention, further toroids with ground potential are provided in the housing at a distance from the toroids on the slip ring, whereby the overall height can 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 concentrically in pairs. 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.

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, in dem Sinne, dass die mehreren Toroide gemeinsam einen hohlzylindrischen Volumenbereich umgeben, in dessen Zylinderwand der Schleifring und der Kontaktträger angeordnet sind.For example, four toroids can be arranged in a square, with the fork-shaped contact carrier being arranged approximately in the middle of the square. The slip ring should be enclosed by the toroids in the sense that the several toroids together surround a hollow cylindrical volume area, in the cylinder wall of which the slip ring and the contact carrier are arranged.

Die höchsten Feldstärkekonzentrationen treten im Bereich der Kontaktträgers und im Bereich des äußeren Randes des Schleifringes auf, der dem Gehäuse am nächsten liegt. Dieser Volumenbereich wird vollkommen von insbesondere vier im Carré angeordneten, toroidförmigen Toroiden homogenisiert.The highest field strength concentrations occur 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. This volume area is completely homogenized by four toroidal toroids arranged in a square.

Bevorzugt sind alle Toroide in einer Isolierflüssigkeit angeordnet. Die Isolierflüssigkeit, welche die stromführenden Teile umgibt, darf nicht isolierend zwischen dem Schleifkontakt und den Kontaktlamellen wirken. Daher ist die Anpresskraft des Kontaktkörpers am Schleifring so groß, dass er stets am Schleifring anliegt, auch wenn er sich der Isolierflüssigkeit befindet. Die umgebende Isolierflüssigkeit befindet sich nicht im Kontaktbereich, sie umgibt ihn nur.Preferably, all toroids are arranged in an insulating liquid. The insulating liquid that surrounds the current-carrying parts must not have an insulating effect between the sliding contact and the contact lamellae. Therefore, the contact pressure of the contact body on the slip ring is so great that it always rests against the slip ring, even when it is in the insulating liquid. The surrounding insulating liquid is not in the contact area, it only surrounds it.

Die Isolierflüssigkeit, bei der es sich vorzugsweise 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 in seinen äußeren Abmessungen kleiner ausfallen. Das Kontaktsystem ist praktisch teilentladungsfrei. Sowohl bei der statischen als auch bei der dynamischen Prüfung unter Transformatorenöl wurden bei einer Stromstärke von 400A AC der erfindungsgemäßen Bauform 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 preferably a mineral transformer oil or a synthetic ester liquid, means that the distances between current-carrying and non-current-carrying parts, in particular to the housing, can be significantly reduced due to its higher dielectric strength compared to air. The housing can therefore be smaller in its external dimensions. The contact system is practically free of partial discharges. In both the static and dynamic tests under transformer oil, partial discharges of < 10 pC were measured at a current of 400A AC of the design according to the invention, with the basic interference level already being 1 pC. The slip ring transformer 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 transformer 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 des Schleifringübertragers 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 surface of the slip ring transmitter, 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.

Mit der Erfindung wird das Ziel erreicht, ein Schleifringübertragersystem aufzuzeigen, das geeignet ist, im Mittel- und Hochspannungsbereich eingesetzt zu werden, wobei die Baugröße des Gehäuses reduziert ist. Die Toroide homogenisieren das elektrische Feld innerhalb des Gehäuses und tragen damit trotz ihres Bauvolumens zur Reduzierung der Baugröße des Gehäuses bei. Die Isolationsstrecken innerhalb des Gehäuses bzw. benachbart des Schleifringübertragers sind wesentlich kürzer als bei Schleifringübertragern ohne Toroide. Eine Isolationsflüssigkeit kann die Isolationsstrecken zusätzlich reduzieren.The invention achieves the aim of demonstrating a slip ring transmission system that is suitable for use in the medium and high voltage range, whereby the size of the housing housing is reduced. The toroids homogenize the electric field within the housing and thus contribute to reducing the size of the housing despite their volume. The insulation distances within the housing or adjacent to the slip ring transformer are significantly shorter than in slip ring transformers without toroids. An insulating liquid can further reduce the insulation distances.

Die Spannung führenden Bauteile des Schleifringübertragersystems, d.h. der Schleifring ist bevorzugt von wenigstens einem Isolator gehalten und/oder der Kontaktträger ist bevorzugt von wenigstens einem Isolator gehalten. Der Isolator weist zur Befestigung an angrenzende Bauteile bevorzugt wenigstens eine in einen Grundkörper eingegossene Gewindestange aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) auf. Der Isolator weist dadurch keine metallischen Bauteile auf. Der Grundkörper besteht vorzugsweise aus einem Epoxidharz. Das Epoxidharz ist bevorzugt frei von Lufteinschlüssen.The voltage-carrying components of the slip ring transmission system, i.e. the slip ring, are preferably held by at least one insulator and/or the contact carrier is preferably held by at least one insulator. The insulator preferably has at least one threaded rod made of glass fiber reinforced plastic (GRP) cast into a base body for attachment to adjacent components. The insulator therefore has no metallic components. The base body is preferably made of an epoxy resin. The epoxy resin is preferably free of air inclusions.

Die Gewindestange weist bevorzugt innerhalb und außerhalb des Grundkörpers dieselbe Form auf. Die Gewindeform an der Außenseite der Gewindestange wird beim Umgießen mit dem Werkstoff des Grundkörpers sicher gehalten. Das Gewinde der Gewindestange wird außerhalb des Grundkörpers bevorzugt identisch fortgesetzt. Diese Bauform der Gewindestange ist fertigungstechnisch am einfachsten.The threaded rod preferably has the same shape inside and outside the base body. The thread shape on the outside of the threaded rod is securely held when the material of the base body is cast around it. The thread of the threaded rod is preferably continued identically outside the base body. This design of the threaded rod is the simplest in terms of production technology.

Alternativ oder ergänzend zum Gewinde können an der Gewindestange Verankerungsmittel ausgebildet sein, wie z.B. von der Gewindeform abweichende Vorsprünge oder Vertiefungen, um den formschlüssigen Verbund zwischen dem Werkstoff des Grundkörpers und der Gewindestange zu verbessern, d.h. um die Auszugssicherheit der Gewindestange in Längsrichtung und/oder die Verdrehsicherheit zu verbessern.Alternatively or in addition to the thread, anchoring means can be formed on the threaded rod, such as projections or recesses that deviate from the thread shape, in order to improve the positive connection between the material of the base body and the threaded rod, i.e. to improve the pull-out security of the threaded rod in the longitudinal direction and/or the torsion security.

Die Isolierkörper weisen bevorzugt eine profilierte Oberfläche auf, um den Kriechweg zu verlängern. Es handelt sich bevorzugt um Langstabisolatoren. Die Enden des Grundkörpers liegen dadurch in einem relativ großen Abstand zueinander. Der Kriechweg ist entsprechend lang. Die Gewindestangen befinden sich bevorzugt in der Mittellängsachse des Grundkörpers. Sie befinden sich im Abstand zueinander, so dass der Kern des Grundkörpers, d.h. der Bereich zwischen den jeweils inneren Enden der Gewindestangen, ausschließlich von dem Epoxidharz gebildet wird. Die Gewindestangen werden konkret dazu genutzt, den Schleifring und oder den Kontaktträger an dem Isolator oder an den Isolatoren zu befestigen, bzw. den Isolator am Gehäuse des Schleifringübertragersystems zu befestigen.The insulating bodies preferably have a profiled surface to extend the creepage distance. They are preferably long-rod insulators. The ends of the base body are therefore at a relatively large distance from one another. The creepage distance is correspondingly long. The threaded rods are preferably located in the central longitudinal axis of the base body. They are located at a distance from one another so that the core of the base body, i.e. the area between the inner ends of the threaded rods, is formed exclusively by the epoxy resin. The threaded rods are specifically used to attach the slip ring and/or the contact carrier to the insulator or insulators, or to attach the insulator to the housing of the slip ring transmitter system.

Derartige Isolatoren eignen sich ganz besonders gut für die angestrebte kompakte Bauweise des Schleifringübertragersystems und ergänzen die positiven Wirkungen der Toroide und der Isolierflüssigkeit.Such insulators are particularly well suited to the desired compact design of the slip ring transmission system and complement the positive effects of the toroids and the insulating fluid.

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.

Weitere Komponenten des Schleifringübertragers 1 sind ein Schleifring 2 und ein Kontaktträger 3, der hier 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.Further components of the slip ring transmitter 1 are a slip ring 2 and a contact carrier 3, which is fork-shaped here and overlaps an upper side 4 of the slip ring 2 as well as 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 Isolierstrecken 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 insulating 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 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.An inventive measure for reducing the size is demonstrated 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 21 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 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 21 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. 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.

Bezugszeichen:Reference symbol:

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
Schleifringübertragerslip ring transformer

Claims (3)

Schleifringübertragersystem (S) mit einem in einem Gehäuse (25) angeordneten Schleifringübertrager (1) mit mindestens einem drehbar gelagerten Schleifring (2), und mit mindestens einem Kontaktträger (3), der mindestens ein Kontaktmittel (10) trägt, welches gegen den sich dynamisch bewegenden Schleifring (2) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Homogenisierung des elektrischen Feldes benachbart und koaxial des Schleifrings (2) im Bereich des wenigstens einen Kontaktträgers (3) wenigstens ein spannungsführendes Toroid (13-16) aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist, wobei das Toroid (13-16) auf dem Spannungspotential des Schleifrings (2) liegt.Slip ring transmitter system (S) with a slip ring transmitter (1) arranged in a housing (25) with at least one rotatably mounted 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), characterized in that for homogenizing the electric field, adjacent and coaxial with the slip ring (2) in the region of the at least one contact carrier (3) at least one voltage-carrying toroid (13-16) made of an electrically conductive material is arranged, wherein the toroid (13-16) is at the voltage potential of the slip ring (2). Schleifringübertragersystem (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in axialem Abstand beidseitig eines Schleifringes (2) mehrere der Toroide (13-16) angeordnet sind.Slip ring transmission system (S) according to claim 1 , characterized in that several of the toroids (13-16) are arranged at an axial distance on both sides of a slip ring (2). Schleifringübertragersystem (S) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Toroide (13-16) beiderseits eines Schleifrings (2) angeordnet sind, wobei die Toroide (13-16) konzentrisch angeordnet sind.Slip ring transmission system (S) according to claim 2 , characterized in that two toroids (13-16) are arranged on either side of a slip ring (2), wherein the toroids (13-16) are arranged concentrically.
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