DE2808347A1

DE2808347A1 - Lageranordnung fuer schleifringe

Info

Publication number: DE2808347A1
Application number: DE19782808347
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Frister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1978-02-27
Publication date: 1979-09-06
Also published as: JPH0124024B2; JPS54124203A; DE2808347C2; US4346321A; FR2418556A1; FR2418556B1

Description

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Dipl. Ing. Peter Otte ^ 7033 Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt 4 EifelstraBe 7

Telefon (O 70 32) 319 99

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7. ]. 1978 -A-

Firma

Robert Bosch GmbH

7000 Stuttgart

Lageranordnung für Schleifringe

Zusammenfassung

Es wird eine Lageranordnung für Schleifringe vorgeschlagen, die auf Wellen, Naben o. dgl. angeordnet sind und die dazu dient, die Schleifringe,-ohne daß in diesen zur Aufnahme von Radialkräften oder Tangentialkräften eingepreßte Metallteile angeordnet sind,- auf den Wellen sicher zu halten. Die Lageranordnung umfaßt mindestens auf einer Seite jedes Schleifrings angeordnete und auf den Schleifring axiale Druck- und Haltekräfte ausübende Spannmittel, die ihrerseits mindestens mittelbar auf der zugeordneten Welle im Preßsitz gehalten sind. Die Spannmittel können als beidseitige Druckringe ausgebildet sein,

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die teilweise zur formschlüssigen Verankerung in ausgesparte Bereiche der Spannringe eingreifen und zur Übertragung des über die Schleifringe zuzuführenden bzw. abzuführenden Erregerstroms mit den Schleifringen elektrisch leitend verbunden sind. Die Schleifringe können bevorzugt aus einer Graphit- oder Graphit-Metallmischung bestehen und benötigen keine eingepreßten Metallteile, da sie durch Formschluß mit den-soweit erforderlich—isolierenden Befestigungsteilen so eingespannt sind, daß vorwiegend auf die Schleifringe zur Einwirkung kommende Druckkräfte entstehen.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Lageranordnung für Schleifringe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, bei elektrischen Maschinen Schleifringe oder Kollektoren auf Wellen anzuordnen und so auszubilden, daß in Verbindung mit zugeordneten Bürstensystemen an die Schleifringe angeschlossenen Erregerwicklungen die erforderlichen Erreger ströme zugeführt werden können. Da die Schleifringe oder Kollektoren in diesem Fall zu den sich bewegenden Teilen gehören, müssen sie an den sie tragenden Wellen in geeigneter Weise befestigt sein, damit auch bei hohen Drehzahlen die Erreger ströme sicher übertragen werden können und keine Störungen entstehen. Aufgrund elektrischer Erfordernisse müssen Schleifringe aus einem gut leitenden Material hergestellt sein, üblicherweise bestehen sie aus Graphit oder einem geeigneten Graphit-Metallgemisch, daher sind Schleifringe nicht sehr gut in der Lage, die für die Befestigung auf Wellen oder für die im Betrieb entstehenden Spannungen erforderlichen Festigkeitsansprüchen zu genügen. Bekannt ist es daher, Graphit-Schleifringe mit einge-

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preßten Metallteilen zu versehen, damit Tangentialspannungen aufgefangen werden können, die durch Radialkräfte beim Aufpressen der Schleifringe auf Naben oder Wellen oder durch Unwuchten bei hohen Drehzahlen entstehen. Die Anordnung von Metallteilen in Verbindung mit Schleifringen ist aufwendig. Es ist auch bekannt, Graphit-Schleifringe ohne eingepreßte Metallteile lediglich durch Reibung oder durch Klebmittel mit Naben oder Wellen zu verbinden. Solche Verbindungen sind aber nicht selten nicht genügend dauerwechselfest, insbesondere wenn hohe Drehzahlen mit Temperaturwechselbeanspruchungen auftreten, denn es ergeben sich hierbei Scherkräfte in Zylinderflächen, die die Verbindung zwischen Schleifring und Welle nachteilig beeinflussen. In diesem Zusammenhang muß auch auf die durch die B firs ten reibung entstehenden Tangentialkräfte geachtet werden sowie auf Temperaturwechsel

und im Betrieb entstehende Fliehkräfte zurückzuführende Radialkräfte.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lageranordnung für Schleifringe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch überwiegend formschlüssig einwirkende axiale Druckkräfte sämtliche entstehenden radialen und tangentialen Kräften am Schleifring sicher abgefangen werden können und auch bei hoher Dauerbelastung der Schleifring auf der zugeordneten Welle sicher gehalten ist.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Schleifring auf der Welle nicht unmittelbar angeordnet, so daß sich auch keine Isolationsprobleme ergeben, sondern sitzt auf einer Hülse, auf welcher auch die als Druck-

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ringe ausgebildeten Befestigungsteile für die Schleifringe aufgepreßt sind, die kraft- und formschlüssig an den Schleifringen anliegen und auch für die Übertragung der elektrischen Ströme sorgen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schaubildlich geschnittener Darstellung den schematischen Aufbau eines Drehstromgenerators, in der dargestellten Form eines Klauenpolgenerators, mit Schleifringen und Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine detaillierte Schnittdarstellung der Lageranordnung, die die Schleifringe auf der zugeordneten Welle befestigt und sichert.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Lageranordnung für Schleifringe auf Wellen, Naben o. dgl. läßt sich im Prinzip auf sämtliche elektrische Maschinen, nämlich Generatoren oder Motoren anwenden, bei denen Schleifringe, Kollektoren o. dgl. auf einer sich drehenden Welle angeordnet sind und in Verbindung mit zugeordneten Bürstensystemen der Übertragung elektrischer Ströme dienen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Schleifringlagerung eines Drehstromgenerators, wie er für Kraftfahrzeuge üblicherweise verwendet wird. Es handelt sich hierbei im einzelnen um einen sogenannten Klauenpolgenerator, bei dem innerhalb eines umgebenden Gehäuses 10 eine dreiphasige Stand er wicklung 11 als feststehender Leitungsteil und ein sich drehender Läufer oder Rotor 12 mit Erregerwicklung ]3 angeordnet sind. Der Rotor ist von einer

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Welle ]4 getragen, die ihrerseits in Lagern 15a und 15b gehalten ist. Die Bezeichnung des als Ausführungsbeispiel gewählten Klauenpolgenerators rührt von der Gestaltung des Läufers 12 her, der aus zwei Klauenpolhälften I6a, 16b besteht, zwischen denen sich die ringspulenförmige Erregerwicklung 13 befindet. Jede dieser Hälften 16a, 16b hat klauenartig ausgebildete Pole, die wechselseitig ineinandergreifen. Auf der Welle 14 sitzen auch die Schleifringe 2 und 3. Es versteht sich aber, daß die erfindungsgemäße Lageranordnung zur Lagerung und Befestigung einer beliebigen Anzahl von Schleifringen auf zugeordneten Wellen geeignet ist. Vervollständigt wird der Aufbau des Generators noch durch sechs Leistungsdioden, nämlich drei Plusdioden 17 und drei Minusdioden J 8 sowie drei Erregerdioden 19, die mit der feststehenden Ständerwicklung verschaltet sind.

Die Befestigung der Schleifringe 2 und 3 auf der sich drehenden Welle erfolgt ohne Ausübung von Radialkräften oder Tangentialspannungen auf die Schleifringe. Es werden auf die Schleifringe lediglich axiale Druckkräfte ausgeübt, die diese besser aufnehmen und aushalten können (das Material der Schleifringe hat eine höhere Druckfestigkeit, verglichen mit möglichen Zugfestigkeitsbeanspruchungen, die durch Tangential- oder Radialkräfte hervorgerufen werden).

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß mindestens auf einer Seite jedes Schleifringes eine Spanneinrichtung oder eine Druckanordnung, im Ausführungsbeispiel ein Druckring, angeordnet sind, die auf den auf der anderen Seite dann entweder lediglich unterstützend gehalten oder durch einen ebensolchen Druckring festgepreßten Schleifring eine lediglich axiale Druckeinwirkung ausüben , bevorzugt in Verbin-

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dung mit einer forraschlüssigen Anlage, so daß die Schleifringe durch diese axiale Druckeinwirkung gegen jegliche Krafteinwirkung auf der Welle 14 gehalten sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt auf der Welle 14 (siehe Fig. 2) zunächst eine Hülse 4, die in bevorzugter Ausgestaltung metallisch ist, da sie dann sofort zur Stromführung verwendet werden kann. Auf diese Hülse 4 sind beim Ausführungsbeispiel zwei Schleifringe 2 und 3 aufgeschoben, jedoch ohne daß hierdurch Radialkräfte entstehen und ohne daß die Schleifringe 2 und 3 auf der Hülse 4 im Preßsitz angeordnet sind. Die metallische Hülse 4 trägt an ihrer zur Welle 14 abgewandten Oberfläche eine geeignete Isolierung 11, beispielsweise aus Papier, Kunststoff o. dgl. Diese Isolierung kann auch in Form einer Beschichtung aufgebracht sein. Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur zwei Schleifringe vorgesehen sind, verfügt die Hülse 4 über eine mittlere Ausbauchung 1, die als Gegen- und Haltelager in Form eines mit der Hülse 4 einstückigen Druckrings zwischen den beiden Schleifringen 2 und 3 sitzt. Die Ausstülpung 1 ist jedoch nicht erforderlich, da auch nicht dargestellte Zwischenlegscheiben oder mit der Hülse 4 nicht dargestellte weitere Druckringe für jeweils einander zugewandte Seitenflächen der Schleifringe 2 und 3 verwendet werden können. Dies ist insbesondere dort vorteilhaft, wo eine größere Anzahl von Schleifringen auf einer Welle aufzubringen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Schleifringe 2 und 3, die aus üblichen Graphit oder Graphit-Metallgemisch bestehen können und keine eingepreßten Metallteile aufzuweisen brauchen, an der ringförmigen inneren Ausbauchung 1 der Hülse 4 an und werden gegen diese unter axialem Preßdruck gehalten von äußeren Druckringen 5 und 6, die auf die Hülse 4 von beiden Seiten aufgepreßt werden, bevor an dieser Anschlußfahnen 8 und 9 zur Herstellung elektrischer Verbindungen hochgebogen werden. Die auf die isolierte Hülse 4 lediglich aufge-

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schobenen Graphitringe 2 und 3 können an ihrer inneren Zylinderfläche ebenfalls noch mit einer zusätzlich isolierenden Beschichtung 20 versehen sein.

Die Form der verwendeten Spannmittel oder Druckringe 5 und 6 ist an sich beliebig; sie können beispielsweise U-förmig gebogene und daher eine abgerundete Basisfläche aufweisende metallische Doppelringe sein, wobei der abgerundete Druckringkopf 2] gegen die zugewandte Seite der Schleifringe 2 und 3 zur Ausübung der axialen Druck- und Haltekraft gepreßt ist. Es versteht sich aber, daß diese an die Schleifringe angrenzenden Bereiche der Druckringe 5 und 6 auch kantig ausgebildet sein können. Die den angrenzenden Druckringflächen zugewandten Schleifringbereiche sind bevorzugt mit einer elektrisch gut leitenden Metallbeschichtung 22 versehen, so daß jeweils der Druckring 5 oder 6, der auf den zugeordneten Schleifring 2 oder 3 den axialen Lager- und Haltedruck ausübt, auch zur Stromzu- oder Stromabführung verwendet werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt der Druckring 5 über eine metallische Lasche 23, die mit einer nach dem Aufpressen der Druckringe 5 und 6 hochgebogenen Anschlußlasche 8 an der Hülse 4 in eine elektrisch leitende Verbindung gebracht wird, beispielsweise durch Pressen oder Löten. In diesem Fall übernimmt die Hülse 4 die weitere Stromführung vom Schleifring 2 und stellt schließlich mit einer weiteren Lasche 9 die Anschlußmöglichkeit für die.ebenfalls von der Welle ]4 getragene, rotierende Erregerwicklung zur Verfugung. Da infolge der isolierenden Beschichtung 11 der Hülse 4 der -Druckring 6 für den Schleifring 3 mit der Hülse 4 nicht elektrisch leitend verbunden ist, kann eine Fahne 7 am Druckring 6 als Anschluß-

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fahne zur Wicklung verwendet werden, so daß über diesen Schleifring 3 und die Anschlußfahne 7 der Erreger strom der Erregerwicklung 13 in positiver Flußrichtung zugeführt und über die Anschlußfahne 9, die Anschlußfahne 8 zur Anschlußfahne 23 des Druckrings 5 und von diesem auf den Schleifring 2 rückgeführt wird. Die Anschlußfahnen 7 und 9 stellen die Verbindung zur Erregerwicklung her.

In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung vorliegender Erfindung verfugen die Schleifringe 2 und 3 mindestens an den den zugeordneten Druckringen zugewandten Seitenflächen über Ausnehmungen oder Einsparungen 24 von solcher Form, daß Druckringbereiche mindestens teilweise in die Einsparungen eindringen können. Zusätzlich zu den ausgeübten Druckkräften ergibt sich hierdurch noch eine Haltewirkung durch Formschluß, so daß die Schleifringe sowohl kraft- als auch formschlüssig durch die isolierenden Befestigungsteile gehalten und eingespannt sind, wobei die Befestigungsteile gleichzeitig auch noch für die Stromführung von und zu den Schleifringen wirken.

Sinnvollerweise sind auch die an die Ausbauchung 1 der Hülse 4 angrenzenden Schleifringbereiche in entsprechend komplementärer Form ausgebildet, so daß die Schleifringe innen und außen form- und kraftschlüssig gehalten sind.

Es gelingt so, die durch Temperaturwechsel und Fliehkräfte auftretenden Radialkräfte sowie die durch, die Bürstenreibung entstehenden Tangentialkräfte durch die axialen Druckkräfte und die formschlüssige Verbindung abzufangen, wobei die sonst bei einem Einpressen der Schleifringe sich ergebenden Radialkräfte nicht auftreten. Es ist daher auch

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möglich, die Schleifringe aus solchen Materialien herzustellen, die zwar sehr gute elektrische Eigenschaften besitzen, deren Festigkeitseigenschaften aber nur so bemessen zu sein brauchen, daß in Verbindung mit dieser Lageranordnung ein einwandfreier Sitz und eine Sicherung gegen Störungen gegeben ist, die unter Umständen durch Unwuchten bei sehr hohen Drehzahlen entstehen können.

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Claims

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Eifelstraße 7

Telefon (0 70 32) 319 99

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PATENTANSPRÜCHE

Lageranordnung für Schleifringe bei elektrischen Maschinen, wobei die Schleifringe auf Wellen, Naben o. dgl. angeordnet sind, vorzugsweise für Schleifringe bei Drehstromgeneratoren in Kraftfahrzeugen, die einer dem Läufer zugeordneten Erregerwicklung den Erreger strom zuführen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer Seite jedes Schleifrings (Z, 3) auf diesen axiale Druck- und Haltekräfte ausübende Spannmittel (5, 6) angeordnet sind, die mindestens mittelbar auf der zugeordneten Welle (14) im Preß sitz gelagert sind.

Lageranordnung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel (5, 6) als metallische Druckringe ausgebildet sind, die auf beiden Seiten jedes Schleifrings angeordnet sind.

Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der tragenden Welle (14) und den Schleifringen (2, 3) mit Spannmitteln (5, 6) eine vorzugsweise metallische Hülse (4) angeordnet ist, die bezüglich der Schleifringe

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(Z, 3) und ihren Befestigungsmitteln mit einer isolierenden Beschichtung (I]) versehen ist.

4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe auf die isolierte Hülse (4) lediglich aufgeschoben sind.

5. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf mindestens einer Seite der Schleifringe angeordneten Druckringe (5, 6) auf der isolierenden Hülse (4) im Preßsitz angeordnet sind.

6. Lageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß axiale Druckkräfte ausübende
Druckringe (5, 6) lediglich den Schleifringaußenseiten zugeordnet sind und zwischen den Schleifringen eine axiale Abstandshalterung angeordnet ist.

7. Lageranordnung nach Anspruch (■, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abstandshalterung aus einer isolierten einstückigen Ausbauchung (1) der Hülse (4) besteht.

8. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (2, 3) an ihren den Druck ausübenden Befestigungsteilen (Druckringen 5, 6, Ausbauchung 1)
zugewandten Bereichen Aussparungen (24) aufweisen, in welche
die aufgepreßten Druckringe und/oder zur Hülse (4) gehörende

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Ausbauchungen (l) mindestens teilweise formschlüssig eindringen.

9. Lageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche ] bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hülse und Druckringe metallisch und daher elektrisch leitend sind.

10. Lageranordnung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckringen (5, 6) zugewandten Bereiche der Schleifringe (2, 3) eine metallische Beschichtung aufweisen zur Stromübertragung von den Druckringen über Anschlußlaschen (7) direkt zur Erregerwicklung oder über an Druckring (5) und Hülse (4) angeordneten Verbindungslaschen (8, 23) zu einer Anschlußfahne (9) der Hülse (4) für die Erregerwicklung.

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