DE19603378A1 - Schleifringanordnung - Google Patents
SchleifringanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schleif
ringanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine
Schleifringanordnung gemäß des Oberbegriffes des Anspruches 9.
Für die Zu- bzw. Abfuhr von Strom zu bzw. von den Rotorwicklungen
einer elektrischen Maschine ist auf der Rotorwelle eine Schleifring
anordnung vorgesehen. Solche Schleifringanordnungen bestehen gemäß
dem Stand der Technik aus einem Kunststoffkörper, der außerhalb des
Lagers oder zwischen den Lagern auf der Rotorwelle aufgepreßt ist.
Die Rotorwelle ist bei äußerer Anbringung an dieser Stelle durch
Zerspanen in seinem Durchmesser reduziert, wobei die Geschwindigkeit
beim Zerspanen an die vom Durchmesser abhängige Stabilität angepaßt
werden muß. Die Schleifringanordnung enthält Schleifringe, die je
weils über eine Stromschiene mit der Rotorwicklung verbunden sind.
Kohlebürsten liegen zur Stromübertragung an den Schleifringen an.
Es ist wichtig, daß der Außendurchmesser der Schleifringe so klein
wie möglich gehalten wird. Je kleiner ein Schleifring im Außendurch
messer ist, desto geringer ist die Umfangsgeschwindigkeit am Schleif
ring, desto niedriger ist die Oberflächentemperatur und desto gerin
ger ist die Abnutzung der Bürsten. Daher ist es gemäß dem Stand der
Technik üblich, die Rotorwelle in ihrem die Schleifringanordnung tra
genden Bereich im Durchmesser zu reduzieren und es wird versucht,
die einzelnen Bestandteile, nämlich den Kunststoffkörper, die Strom
schienen und die Schleifringe selbst, möglichst dünn in ihrer radia
len Dimension zu gestalten, um einen möglichst kleinen Außendurch
messer der gesamten Anordnung zu erzielen. Solche dünnen Bestandtei
le sind aber nur unter äußerster Vorsicht zu montieren, da sie sehr
leicht verformt werden können. Die Reduktion des Durchmessers der
Welle bedeutet Materialaufwand bei den Bearbeitungswerkzeugen und
Zeitaufwand für den Reduktionsvorgang, insbesondere in der Endphase
des Vorgangs, da bei bereits verringertem Durchmesser die Arbeitsge
schwindigkeit wegen mangelnder Stabilität der Welle gedrosselt wer
den muß, d. h. die Welle ist in der Herstellung zeitkritisch.
Um die radiale Dicke der Schleifringanordnung zu verringern schlägt
die EP-B 94 163 vor, den Kunststoffkörper durch Spritzguß herzustel
len und beim Ausformen des Kunststoffkörpers die entsprechenden
Stromschienen und die Schleifringe in den Kunststoffkörper einzugie
ßen. Die so hergestellte Einheit aus Kunststoffkörper und leitenden
Elementen wird auf die Rotorwelle der Maschine aufgepreßt. Die
Stromschienen benötigen dabei natürlich eine gewisse Eigensteifig
keit, d. h. Materialdicke, und der Kunststoffkörper muß entsprechend
stabil sein um das Aufbringen der Einheit auf die Welle zu ermögli
chen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schleifringanordnung
zu schaffen, die in ihrer radialen Dicke noch kleiner ist und den
noch ein sicheres Übertragen der Spannung zur rotierenden Spule und
die Aufrechterhaltung des elektromagnetischen Feldes zu erreichen.
Ferner soll das Herstellungsverfahren für die Schleifringanordnung
vereinfacht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1
und die damit hergestellte Schleifringanordnung gemäß Anspruch 9 ge
löst.
Die direkt auf die Welle aufgebrachten Schichten können sehr dünn
ausgeführt sein. Die isolierenden Schichten sind wesentlich dünner
als die radiale Dicke eines Kunststoffkörpers, der noch auf eine
Welle aufgeschoben werden und daher her relativ stabil sein muß. Die
elektrisch leitenden Schichten können viel dünner sein als eine
Stromschiene, die am Kunststoffkörper montiert werden muß oder beim
Gießen des Kunststoffkörpers in diesen eingegossen wird und für die
sen Vorgang eine gewisse Eigensteifigkeit benötigt. Durch das erfin
dungsgemäße Verfahren kann entweder bei gleicher Abnutzung der an
der Übertragung beteiligten Elemente ein dickerer Wellenzapfen ver
wendet werden, wodurch weniger Material von der Welle abgetragen
werden muß, d. h. eine geringere Zerspanleistung des Werkzeuges not
wendig ist, und die Welle im Herstellungsprozeß zeitunkritisch wird,
oder es kann ein kleinerer Schleifringdurchmesser gewählt werden,
wodurch die Lebensdauer der Schleifringanordnung und vor allem der
Kohlebürsten erhöht wird. Die Aufgabe der Stromschiene übernehmen
die elektrisch leitenden Schichten, die zeitaufwendige Montage von
Einzelteilen entfällt somit.
Bei Schleifringanordnungen mit mehreren Schleifringen werden abwech
selnd eine isolierende Schicht und eine elektrisch leitende Schich
ten aufgebracht, so daß dieselbe Anzahl von elektrisch leitenden
Schichten und Schleifringen vorhanden ist und auf jede elektrisch
leitende Schicht wird ein Schleifring aufgebracht.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Schichten durch Plasmasprit
zen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsverfahren bleiben beim Aufbringen
jeder Schicht mindestens zwei Bereiche der davor aufgebrachten
Schicht, vorzugsweise an deren Rändern, unbedeckt und auf einem Be
reich jeder elektrisch leitenden Schicht wird ein Schleifring aufge
setzt und der andere Bereich dient als Kontaktfeld, auf das direkt
der stromführende, mit der Rotorwicklung verbundene Draht gelötet
werden kann.
Ferner können gemäß einer bevorzugten Ausführung, z. B. unter Verwen
dung einer Maske, die Randabschnitte der Schichten so ausgeführt
werden, daß sie sich nicht über den gesamten Umfang dem besichte
ten Welle erstrecken, so daß auf den elektrisch leitenden Schichten
verbreiterte Kontaktfelder entstehen. Sind diese Kontaktfelder über
den Umfang der beschichteten Welle versetzt zueinander ausgeführt,
so kann die Gesamtlänge der Schleifringanordnung verkürzt werden.
Für die isolierenden Schichten wird vorzugsweise Aluminiumkarbonat
gewählt und für die elektrisch leitenden Schichten Kupfer.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen darge
stellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1
jenen Längsabschnitt einer Rotorwelle, der eine Schleifringanordnung
trägt, die im oberen Bildteil in einer Seitenansicht und im unteren
Bildteil in einem Längsschnitt dargestellt ist. Die Fig. 2 zeigt
eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifringanord
nung, gezeigt ist ein Längsabschnitt einer Rotorwelle mit der
Schleifringanordnung in Seitenansicht. Die Fig. 3 zeigt eine Teilan
sicht eines Rotors im Längsschnitt, wobei auf der Rotorwelle eine
erfindungsgemäße Schleifringanordnung vorgesehen ist.
Aus Fig. 1 erkennt man, daß auf einer Laufer- bzw. Rotorwelle 1 eine
isolierende Schicht 2, darüber eine elektrisch leitende Schicht 3,
dann eine isolierende Schicht 12 und darüber wieder eine elektrisch
leitende Schicht 13 aufgebracht sind. Jede der aufgebrachten Schich
ten 3, 12, 13 hat eine geringere Länge als die davor aufgebrachte
Schicht 2, 3, 12. Die isolierende Schicht 12 läßt von der davor auf
gebrachten, elektrisch leitenden Schicht 3 zwei Bereiche 5, 6 unbe
deckt. Auf dem einen Bereich 5 ist der Schleifring 4 aufgesetzt und
an der Schicht 5 angelötet. Der andere Bereich 6 dient als Kontakt
feld für einen mit der Rotorwicklung verbundenen, stromführenden
Draht. Auf der obersten, elektrisch leitenden Schicht 13 sind der
Bereich 7, der den Schleifring 14 trägt, und der Bereich 8, der als
Kontaktfeld für einen stromführenden Draht dient, nicht durch einen
Isoliermaterialstreifen an ihrer Oberfläche voneinander getrennt.
Wie man in der Schnittdarstellung in der unteren Hälfte der Fig. 1
sieht erstreckt sich die isolierende Schicht 2 und die elektrisch
leitende Schicht 3 unter beiden Schleifringen 4, 14, wohingegen die
isolierende Schicht 12 und die elektrisch leitende Schicht 13 sich
nur unter dem Schleifring 14 erstrecken. Die elektrisch leitende
Schicht 3 verbindet den Schleifring 4 elektrisch mit dem Kontakt
feld 6, die elektrisch leitende Schicht 13 verbindet den Schleifring
14 elektrisch mit dem Kontaktfeld 8.
Fig. 2 zeigt einen sehr ähnlichen Aufbau, wobei am rechten Ende der
Schleifringanordnung die Endbereiche der Schichten 12, 13 besonders
ausgeformt sind. Die obere isolierende Schicht 12 und die obere
elektrisch leitende Schicht 13, die sich nur unter dem Schleifring
14 erstrecken, weisen an ihren Endbereichen Randabschnitte 18, 20
auf, die sich nicht über den gesamten Umfang der beschichteten Welle
1 erstrecken. Dadurch ergibt sich auf der elektrisch leitenden
Schicht 3 ein verbreitertes Kontaktfeld 16 und auf der elektrisch
leitenden Schicht 8 ein verbreitertes Kontaktfeld 26. Wie man aus
dem Vergleich der Fig. 1 und 2 ersieht, verkürzt sich bei der Vari
ante gemäß Fig. 2 die Gesamtlänge der Schleifringanordnung, obwohl
die Kontaktfläche für den Kontakt zwischen Kontaktfeld und stromfüh
rendem Draht gleich groß bleibt.
In Fig. 3 ist ein Teil eines Klauenpol-Läufers 27 eines Drehstromge
nerators mit seinem Lager 22 dargestellt, Drähte 23, 24 verbinden
die Rotorwicklung mit den Schleifringen 4, 14 der Schleifringanord
nung. Die Schleifringanordnung entspricht dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2, d. h., es weist durch die asymmetrische Ausgestaltung
der Endbereiche der Schichten 12, 13 verbreiterte Kontaktfelder 16,
26 für den Kontakt mit den Drähten 23, 24 auf.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung einer Schleifringanordnung auf einer
Läuferwelle (1) einer elektrischen Maschine, bei dem ein Längsab
schnitt der Welle (1) mit einer isolierenden Schicht (2) beschichtet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann diese isolierende Schicht (2)
mit einer elektrisch leitenden Schicht (3) besichtet wird, auf die
ein Schleifring (4) aufgesteckt und mit der der Schleifring (4)
elektrisch leitend, vorzugsweise durch Löten, verbunden wird, wobei
vorzugsweise die Lange der elektrisch leitenden Schicht (3) geringer
ist als die der isolierenden Schicht (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine
Schleifringordnung mit mehreren Schleifringen (4, 14) jeweils eine
der Anzahl der Schleifringe (4, 14) entsprechende Anzahl von isolie
renden Schichten (2, 12) und von elektrisch leitende Schichten (3,
13) übereinander in abwechselnder Folge aufgebracht wird, wobei zu
mindest jede aufgebrachte isolierende Schicht (12) eine geringere
Länge als die davor aufgebrachte elektrisch leitende Schicht (3)
hat, und daß auf zumindest einen freiliegenden Bereich (5, 7) der
elektrisch leitenden Schichten (3, 13) ein Schleifring (4, 14) auf
gesetzt und dort befestigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Aufbringen der isolierenden und der elektrisch leitenden Schicht(en)
(2, 3, 12, 13) durch Plasmaspritzen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Aufbringen jeder Schicht (3, 12, 13) mindestens zwei Bereiche der
davor aufgebrachten Schicht (2, 3, 12), vorzugsweise an deren Rän
dern, unbedeckt bleiben und daß auf dem zum Wellenende gerichteten
Bereich (5, 7) jeder elektrisch leitenden Schicht (3, 13) ein
Schleifring (4, 14) aufgesetzt und dort befestigt wird und daß der
andere zum Laufer hin gerichtete Bereich (6, 8) der elektrisch lei
tenden Schichten (3, 13) als Kontaktfeld dient.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder
mehrere der als Kontaktfelder dienenden Bereiche (6, 8) der elek
trisch leitenden Schichten (3, 13) und/oder der (die) benachbarten
Bereich(e) der isolierenden Schichten (2, 12) sich in ihren Randab
schnitten (18, 20), vorzugsweise unter Verwendung einer Maske, nur
über einen Teil des langes der beschichteten Welle (1) erstreckend
aufgebracht werden, um verbreiterte Kontaktfelder (16, 26) zu bil
den.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ver
breiterten Kontaktfelder (16) über den Umfang der beichteten Wel
le (1) versetzt zueinander gebildet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die isolierenden Schichten (2, 12) aus Aluminium
karbonat sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (3, 13) aus
Kupfer sind.
9. Läufer für elektrische Maschinen mit einer Schleifringanordnung
auf einer Welle (1) mit einer direkt auf die Welle (1) aufgebrachten
isolierenden Schicht (2), dadurch gekennzeichnet, daß über der iso
lierenden Schicht (2) eine elektrisch leitende Schicht (3) vorgese
hen ist, auf der und in Kontakt mit der ein Schleifring (4) angeord
net ist, wobei vorzugsweise die Lange der elektrisch leitenden
Schicht (3) geringer ist als die der isolierenden Schicht (2).
10. Läufer nach Anspruch 9 mit mehreren Schleifringen, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine der Anzahl der Schleifringe (4, 14) entspre
chende Anzahl von isolierenden Schichten (2, 12) übereinander vorge
sehen sind, wobei jeweils zwischen den isolierenden Schichten (2,
12) und auf der äußersten isolierenden Schicht (12) eine elektrisch
leitende Schicht (3, 13) vorgesehen ist und wobei zumindest jede
isolierende Schicht (12) eine geringere Lange als die darunterlie
gende elektrisch leitende Schicht (3) hat, und daß auf jeder der zu
mindest teilweise freiliegenden, elektrisch leitenden Schichten (3,
13) ein Schleifring (4, 14) aufgesetzt und dort befestigt ist.
11. Läufer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
zwei Bereiche jeder Schicht (2, 3, 12, 13) unbedeckt sind und daß
auf einem Bereich (5, 7) jeder elektrisch leitenden Schicht (3, 13)
ein Schleifring (4, 14) vorgesehen ist und der andere Bereich (6, 8)
der elektrisch leitenden Schicht (3, 13) als Kontaktfeld dient.
12. Läufer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder
mehrere der als Kontaktfeld dienenden Bereiche (6, 8) der elektrisch
leitenden Schichten (3, 13) und/oder der (die) benachbarte(n) Be
reich(e) der isolierenden Schichten (2, 12) sich in ihren Randab
schnitten (18, 20) nur über einen Teil des Umfangs der beichteten
Welle (1) erstrecken, um verbreiterte Kontaktfelder (16, 26) zu
bilden.
13. Läufer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ver
breiterten Kontaktfelder (16, 26) über den Umfang der beschichteten
Welle (1) versetzt vorgesehen sind.
14. Läufer nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß die isolierenden Schichten (2, 12) aus Aluminiumkarbonat
sind.
15. Läufer nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeich
net, daß die elektrisch leitenden Schichten (3, 13) aus Kupfer sind.
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