DE19837866A1 - Elektrische Rotationsmaschine sowie Schleifringanordnung für eine elektrische Rotationsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine (20) mit einer entlang einer Hauptachse (9) gerichteten Welle (2), die eine Stirnseite (8), einen Innenschleifring (3) und einen zwischen Innenschleifring (3) und Stirnseite (8) angeordneten Außenschleifring (10) aufweist. Der Innenschleifring (3) weist eine sich in Hauptachsenrichtung (9) zur Stirnseite (8) erstreckende, elektrisch leitende Anordnung (4) auf, die zumindest bereichsweise zwischen der Welle (2) und dem Außenschleifring (10) angeordnet ist. Durch die Anordnung (4) kann ein auf den Innenschleifring (3) übertragener Erregerstrom (I) durch den Außenschleifring (10) hindurch zur Stirnseite (8) geleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere einen Turbogenerator. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schleifringanordnung für eine elektrische Ro­ tationsmaschine.

In dem Buch "Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschi­ nen" von H. Sequenz, Springer-Verlag Wien/New York, 1973 wird auf Seite 198 die Zuführung von Erregerstrom zur Läuferwick­ lung eines Generatorläufers beschrieben. Der Erregerstrom wird der Läuferwicklung entweder über Schleifringe oder über mitumlaufende Gleichrichter eines starr mit der Läuferwelle gekuppelten Erregersatzes zugeführt. Die Leiter für die Zu- und Ableitung des Erregerstromes sind in einer Wellenbohrung angeordnet. Sie sind mehrere Meter lang und führen bis in den Wickelkopfraum. Die radiale Verbindung zwischen den Erreger­ stromleitern in der Wellenbohrung und der Läuferwicklung wird durch Stromzuführungsbolzen bewerkstelligt, die entweder un­ mittelbar am Ballenende oder im Hinblick auf bessere Zugäng­ lichkeit vor dem Wickelkopf angeordnet sind. Die Erreger­ stromleiter in der Wellenbohrung werden entweder als gekühlte Kupferleiter oder als halbkreisförmige Massivleiter, die die Bohrung voll ausfüllen, ausgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es eine elektrische Rotationsma­ schine mit einer Schleifringanordnung anzugeben, die eine einfache Konstruktion aufweist und einfach an der Welle mon­ tierbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Schleifringanordnung anzugeben, die einfach an der Welle ei­ ner elektrischen Rotationsmaschine montierbar ist.

Erfindungsgemäß wird die auf eine elektrische Rotationsma­ schine gerichtete Aufgabe gelöst durch eine elektrische Rota­ tionsmaschine mit einer entlang einer Hauptachse gerichteten Welle, die eine Stirnseite, einen Innenschleifring und einen zwischen Innenschleifring und Stirnseite angeordneten Außen­ schleifring aufweist, wobei der Innenschleifring und der Au­ ßenschleifring voneinander elektrisch isoliert sind und wobei der Innenschleifring eine sich in Hauptachsenrichtung zur Stirnseite erstreckende, elektrisch leitende Anordnung auf­ weist, die zumindest bereichsweise zwischen der Welle und dem Außenschleifring angeordnet ist. Über die Anordnung kann ein über Bürsten auf den Innenschleifring übertragener Strom zur Stirnseite der Welle geleitet werden. Von der Stirnseite kann der Strom je nach Verwendungsart über entsprechendem elektri­ sche Leiter weitergeleitet werden. Die Leiter können insbe­ sondere in der Welle geführt sein. Der Innenschleifring ist einfach an der Welle montierbar und einfach zu fertigen. Der Außenschleifring ist gegebenenfalls gemeinsam mit dem Innen­ schleifring montierbar oder demontierbar.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Außenschleifring auf die elektrisch leitende Anordnung schrumpfbar. Dadurch ist der Außenschleifring sehr einfach auf der elektrisch lei­ tenden Anordnung und damit an der Welle montierbar.

Vorzugsweise ist zwischen der Anordnung und dem Außenschleif­ ring eine elektrische Isolierung vorgesehen. Dadurch sind die Anordnung und der Außenschleifring elektrisch voneinander isoliert.

Weiter bevorzugt ist die Isolierung aus einem Glasfasermate­ rial ausgebildet. Das Glasfasermaterial weist eine hohe Durchschlagsfestigkeit und eine hohe mechanische Stabilität auf, so daß es als Isolationsmaterial besonders gut geeignet ist.

Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung weist die Anordnung senkrecht zur Hauptachse eine Querschnittsfläche auf, die in bezug auf die Hauptachse mindestens zweizählig symmetrisch ist. Durch diese Ausgestaltung ist die Anordnung als solche weitgehend unwuchtfrei, wodurch der Aufwand zur Wuchtung der Welle nach einer Montage der Anordnung verringert ist, da die Anordnung nicht zu einer Unwucht beiträgt.

Bevorzugtermaßen ist die Anordnung als Rohr ausgebildet. Da­ durch ist die Anordnung rotationssymmetrisch und somit eben­ falls als solche weitgehend unwuchtfrei.

Weiter bevorzugt ist der Innenschleifring auf die Welle ge­ schrumpft. Dadurch ist der Innenschleifring ebenfalls einfach an der Welle montierbar. Bereits durch die Schrumpfung ist der Schleifring fest an der Welle gehalten. Zusätzliche Mit­ tel zur Befestigung des Innenschleifrings an der Welle sind daher nicht erforderlich.

Vorzugsweise ist die elektrische Rotationsmaschine als Gene­ rator insbesondere als Turbogenerator ausgebildet. Bevorzug­ termaßen weist die elektrische Rotationsmaschine einen Rotor mit einer Erregerwicklung auf, wobei die Anordnung der Über­ tragung eines Erregerstroms zur Erregerwicklung dient. Sowohl der Innenschleifring als auch der Außenschleifring sind leicht montier- und demontierbar, so daß gegebenenfalls ein schneller und einfacher Austausch des Innenschleifrings und/oder des Außenschleifrings möglich ist. Somit sind Stand­ zeiten der elektrischen Rotationsmaschine zur Durchführung eines Austauschs von Innenschleifring und/oder Außenschleif­ ring gering.

Die auf die elektrische Rotationsmaschine gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ gelöst durch eine elektrische Rotationsmaschine mit einer entlang einer Hauptachse gerich­ teten Welle, die eine Stirnseite, einen Innenschleifring und einen zwischen Innenschleifring und der Stirnseite angeordne­ ten Außenschleifring aufweist, wobei der Innenschleifring und der Außenschleifring elektrisch voneinander isoliert sind und wobei der Innenschleifring eine sich in Hauptachsenrichtung über den Außenschleifring zur Stirnseite erstreckende, elek­ trisch leitende Anordnung mit einer Querschnittsfläche senk­ recht zur Hauptachse aufweist, welche Querschnittsfläche in bezug auf die Hauptachse mindestens zweizählig symmetrisch ist. Mit einer solchen Anordnung ist ein elektrischer Strom zur Stirnseite der Welle führbar. Von dort kann der Strom durch dafür vorgesehene Leiter weitergeleitet werden. Die elektrische Anordnung ist so ausgebildet, daß sie als solche bereits weitgehend unwuchtfrei ist. Somit trägt eine solche Anordnung nach einer Montage an der Welle allenfalls gering zu einer Unwucht bei.

Die auf eine Schleifringanordnung gerichtete Aufgabe wird er­ findungsgemäß gelöst durch eine Schleifringanordnung, die entlang einer Hauptachse gerichtet ist, mit einem Innen­ schleifring und einem Außenschleifring, wobei der Innen­ schleifring eine sich in Hauptachsenrichtung erstreckende, elektrisch leitende Anordnung aufweist, auf die der Außen­ schleifring aufbringbar, insbesondere schrumpfbar, ist. Somit ist ein elektrischer Strom über die leitende Anordnung ein­ fach durch den Außenschleifring hindurch leitbar.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Schleifringanordnung ge­ richtete Aufgabe alternativ oder zusätzlich gelöst durch eine Schleifringanordnung, die entlang einer Hauptachse gerichtet ist, mit einem Innenschleifring und einem Außenschleifring, wobei der Innenschleifring eine sich in Hauptachsenrichtung erstreckende, elektrisch leitende Anordnung mit einer Quer­ schnittsfläche in bezug auf die Hauptachse senkrecht zur Hauptachse aufweist, welche Querschnittsfläche mindestens zweizählig symmetrisch ist. Dadurch ist die elektrisch lei­ tende Anordnung als solche weitgehend unwuchtfrei.

Die elektrische Rotationsmaschine und die Schleifringanord­ nung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Welle mit einer Schleif­ ringanordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schleifringanordnung mit einer ersten Ausgestaltung der Anordnung und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schleifringanordnung mit einer als Rohr ausgebildeten Anordnung.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszei­ chen versehen.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Schleifringanordnung 1 dargestellt, die auf einer entlang einer Hauptachse 9 ge­ richteten Welle 2 einer nur ausschnittsweise dargestellten elektrischen Rotationsmaschine 20 angeordnet ist. Die elek­ trische Rotationsmaschine 20 umfaßt einen Stator 22 mit einer Statorwicklung 23 und einen Rotor 24 mit der Welle 2 und ei­ ner Erregerwicklung 21. Die Welle 2 weist eine Wellenbohrung 6 auf, in der zwei jeweils elektrisch isolierte Massivleiter 7A und 7B angeordnet sind. Die Welle 2 weist weiterhin eine Stirnseite 8 auf, an der die Massivleiter 7A und 7B enden.

Die Schleifringanordnung 1 weist einen Innenschleifring 3 und einen zwischen dem Innenschleifring 3 und der Stirnseite 8 angeordneten Außenschleifring 10 auf. Der Innenschleifring 3 weist eine sich in Hauptachsenrichtung zur Stirnseite 8 er­ streckende, elektrisch leitende Anordnung 4 auf, die fluch­ tend mit der Stirnseite 8 endet.

Der Innenschleifring 3 ist auf die Welle 2 geschrumpft. Der Außenschleifring 10 ist auf die elektrisch leitende Anordnung 4 geschrumpft. Bereits dadurch sind der Außenschleifring 10 und der Innenschleifring 3 mechanisch stabil miteinander und die gesamte Schleifringanordnung 1 mit der Welle 2 verbunden, ohne daß zusätzliche Befestigungsmittel erforderlich sind. Somit ist die Montage oder Demontage der Schleifringe 3 und 10 durch Aufschrumpfen oder Abschrumpfen einfach durchführ­ bar, ohne daß weitere Handgriffe zur Anbringung oder Entfer­ nung von zusätzlichen Befestigungsmitteln, wie Schrauben und Haltebolzen, erforderlich sind.

Zwischen der Welle 2 und dem Innenschleifring 3 mit der An­ ordnung 4 ist eine elektrische Isolierung 5 angeordnet, wo­ durch der Innenschleifring 3 von der Welle 2 elektrisch iso­ liert ist. Zwischen der Anordnung 4 und dem Außenschleifring 10 ist eine weitere elektrische Isolierung 11 vorgesehen, die der elektrischen Isolierung des Außenschleifrings 10 von der Anordnung 4 dient. Die Isolierungen 5 und 11 können jeweils aus Glasfasermaterial ausgeführt sein.

An der Stirnseite 8 sind zwei elektrische Leiterelemente 12 und 13 angeordnet, wobei durch das Leiterelement 12 die An­ ordnung 4 und der Massivleiter 7A und durch das Leiterelement 13 der Außenschleifring 10 und der Massivleiter 7B miteinan­ der elektrisch verbunden sind.

Die Massivleiter 7A und 7B sind mit der ausschnittsweise dar­ gestellten, auf der Welle 2 angebrachten Erregerwicklung 21 verbunden.

Zur Erregung der Erregerwicklung 21 wird ein Erregerstrom I über eine schematisch angedeutete Bürste 14 auf den Innen­ schleifring 3 übertragen. Von dort wird der Erregerstrom I über die Anordnung 4 durch den Außenschleifring 10 zum Leite­ relement 12 geleitet. Durch das Leiterelement 12 gelangt der Erregerstrom I zum Massivleiter 7A und dadurch zur Erreger­ wicklung 21. Von der Erregerwicklung 21 wird der Erregerstrom I über den Massivleiter 7B und über das Leiterelement 13 zum Außenschleifring 10 abgeführt und an eine schematisch ange­ deutete Bürste 15 abgegeben.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Schleifringanordnung 1 durch den Außenschleifring 10 dargestellt. Die elektrisch leitende Anordnung 4 weist zwei Leiter 16 und 17 auf, die je­ weils als Rohrmantelsegment ausgebildet sind. Die Leiter 16 und 17 sind so angeordnet, daß die Querschnittsfläche 4A der Anordnung 4 in bezug auf die Hauptachse 9 zweizählig symme­ trisch ist. Dadurch ist die Anordnung 4 als solche und damit die Schleifringanordnung 1 weitgehend unwuchtfrei. Bei einer Drehung der Welle 2 ist somit eine durch die Schleifringan­ ordnung 1 verursachte Unwucht gering.

Der Außenschleifring 10 ist auf die Anordnung 4 aufge­ schrumpft, wobei die Leiter 16 und 17 durch die Isolierung 11 von dem Außenschleifring 10 elektrisch isoliert sind. Der Au­ ßenschleifring 10 weist stegartige Elemente 18 und 19 auf, mit denen er auf der Welle 2 aufsitzt. Dadurch ist der Außen­ schleifring 10 mechanisch stabil mit der elektrischen Anord­ nung 4 und mit der Welle 2 verbunden.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Außenschleifring 10 einer weiteren Schleifringanordnung 1 dargestellt. Die Anordnung 4 ist als Kreisrohr ausgeführt. Die Querschnittsfläche 4A der Anordnung 4 ist somit rotationssymmetrisch. Die Anordnung 4 ist somit ebenfalls als solche weitgehend unwuchtfrei. Dar­ über hinaus sind sowohl der Innenschleifring 3 als auch der Außenschleifring 10 geometrisch einfach ausgeführt und somit einfach herstellbar.

Claims (12)

1. Elektrische Rotationsmaschine (20) mit einer entlang einer Hauptachse (9) gerichteten Welle (2), die eine Stirnseite (8), einen Innenschleifring (3) und einen zwischen Innen­ schleifring (3) und Stirnseite (8) angeordneten Außenschleif­ ring (10) aufweist, wobei der Außenschleifring (10) und der Innenschleifring (3) voneinander elektrisch isoliert sind und wobei der Innenschleifring (3) eine sich in Hauptachsenrich­ tung (9) zur Stirnseite (8) erstreckende, elektrisch leitende Anordnung (4) aufweist, die zumindest bereichsweise zwischen der Welle (2) und dem Außenschleifring (10) angeordnet ist.

2. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach Anspruch 1, wobei der Außenschleifring (10) auf die elektrisch leitende Anord­ nung (4) aufgeschrumpft ist.

3. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach einem der Ansprü­ che 1 oder 2, wobei zwischen der Anordnung (4) und dem Außen­ schleifring (10) eine elektrische Isolierung (11) vorgesehen ist.

4. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach Anspruch 3, wobei die Isolierung (11) aus Glasfasermaterial ausgebildet ist.

5. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (4) senkrecht zur Hauptachse (9) eine Querschnittsfläche (4A) aufweist, die be­ züglich der Hauptachse (9) mindestens zweizählig symmetrisch ist.

6. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (4) als Kreisrohr ausgebildet ist.

7. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, wobei der Innenschleifring (3) auf die Welle (2) aufgeschrumpft ist.

8. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, die als Generator, insbesondere Turboge­ nerator ausgebildet ist.

9. Elektrische Rotationsmaschine (20) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, mit einem die Welle (2) umfassenden Rotor (24), der eine Erregerwicklung (21) aufweist, wobei die An­ ordnung der Übertragung eines Erregerstromes (I) zur Erreger­ wicklung (21) dient.

10. Elektrische Rotationsmaschine (20) mit einer entlang ei­ ner Hauptachse (9) gerichteten Welle (2), die eine Stirnseite (8), einen Innenschleifring (3) und einen zwischen Innen­ schleifring (3) und Stirnseite (8) angeordneten Außenschleif­ ring (10) aufweist, wobei der Innenschleifring (3) eine sich in Richtung der Hauptachse (9) zur Stirnseite (8) erstrecken­ de, elektrisch leitende Anordnung (4) mit einer Querschnitts­ fläche (4A) senkrecht zur Hauptachse (9) aufweist, welche Querschnittsfläche (4A) in bezug auf die Hauptachse (9) min­ destens zweizählig symmetrisch ist.

11. Schleifringanordnung (1), die entlang einer Hauptachse (9) gerichtet ist, mit einem Innenschleifring (3) und einem Außenschleifring (10), wobei der Innenschleifring (3) eine sich in Richtung der Hauptachse (9) erstreckende, elektrisch leitende Anordnung (4) aufweist, auf die der Außenschleifring (10) aufgeschrumpft ist.

12. Schleifringanordnung (1), die entlang einer Hauptachse (9) gerichtet ist, mit einem Innenschleifring (3) und einem Außenschleifring (10), wobei der Innenschleifring (3) eine sich in Richtung der Hauptachse (9) erstreckende, elektrisch leitende Anordnung (4) mit eine Querschnittsfläche (4A) senk­ recht zur Hauptachse (9) aufweist, welche Anordnung (4) der Außenschleifring (10) zumindest bereichsweise umgibt, wobei die Querschnittsfläche (4A) in bezug auf die Hauptachse (9) mindestens zweizählig symmetrisch ist.