Elektrische Maschine mit verbessertem Schleifring, insbesondere für Kompressoren und Mühlen

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem in dem Stator angeordneten, drehbar gelagerten Rotor, welcher elektrische Wicklungen aufweist, einem

Schleifring, und einem zylinderförmigen Element, welches ei- nen Zylinderdurchmesser aufweist, wobei der Schleifring mit den elektrischen Wicklungen elektrisch verbunden ist und einen Schleifringdurchmesser aufweist, und wobei der Rotor radial außen an der Mantelfläche des zylinderförmigen Elementes angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kom- pressor oder eine Mühle mit einer derartigen elektrischen Maschine .

Der Markt fordert langsam laufende Synchronmotoren mit hohem Drehmoment, z.B. für Erzmühlen oder Kompressoren. Diese Art von Maschinen kennzeichnet unter anderem ein großer Durchmessern der rotierenden Rotorteile.

Der Rotor besteht bei diesen Lösungen aus der eigentlichen anzutreibenden Welle und den elektrisch aktiven Rotorteilen. Die elektrische Erregung solcher Maschinen erfolgt über

Schleifringe mit großem Durchmesser. Der Schleifring ist üblicherweise im oder nahe des axialen Bereichs des Rotors und des Stators angeordnet, um die Schleifringleitung zwischen Polwicklung und Schleifring möglichst kurz zu gestalten.

Eine derartige elektrische Maschine, eingesetzt in einer Rohrmühle, ist beispielsweise aus der DE 35 27 293 AI be ^¬ kannt. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen darin befindlichen Rotor auf, welcher auf einer rohrförmigen Trommel der Rohrmühle angeordnet ist und Rotorwicklungen auf ^¬ weist. Die Rotorwicklungen sind mittels radial außen an der Trommel angebrachten Schleifringen mit elektrischer Leistung versorgbar . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte elektri ^¬ sche Maschinen mit Schleifringen zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine der ein ^¬ gangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Schleifringdurchmesser kleiner als der Zylinderdurchmesser ist. Weiterhin wird diese Aufgabe durch einen Kompressor oder eine Mühle mit einer derartigen elektrischen Maschine gelöst.

Dadurch, dass der Schleifringdurchmesser kleiner als der Zylinderdurchmesser ist, ist die Herstellung eines derartigen Schleifrings vergleichsweise einfach und günstig. Insbesonde ^¬ re bei großen und leistungsstarken elektrischen Maschinen, welche bei Kompressoren oder Mühlen, insbesondere Rohrmühlen, eingesetzt werden, braucht der Schleifring somit nicht mehr segmentiert ausgeführt zu werden, sondern kann als ein einziges Bauteil ausgeführt werden. Derartig leistungsstarke Ma ^¬ schinen haben beispielsweise eine elektrische Leistung von mehreren Megawatt, insbesondere mehr als 10 MW. Durch den

Schleifring mit vergleichsweise kleinem Durchmesser, welcher insbesondere nicht segmentiert ist, sind hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit, insbesondere in Bezug auf Rund- und Planlauf, vergleichsweise einfach zu erfüllen, so dass die Herstellungskosten sehr günstig sind.

Im Vergleich zu den herkömmlichen elektrischen Maschinen, bei denen der Schleifringdurchmesser zumindest gleich groß wie der Zylinderdurchmesser ist, kann der erfindungsgemäße

Schleifring dieselbe elektrische Erreger-Leistung übertragen, wobei jedoch ein geringerer Materialeinsatz zu einer erheblichen Reduktion der Bauteilkosten führt.

Auch die Montage eines derartigen Schleifrings bietet Vortei- le . Beispielsweise kann der Schleifring auf ein entsprechendes Bauteil der elektrischen Maschine in einem einzigen Arbeitsschritt „aufgefädelt" und auf dem Bauteil befestigt wer ^¬ den. Insbesondere gegenüber segmentierten Schleifringen ent- fallen somit die Arbeitsschritte, mehrere einzelne Segmente beispielsweise auf dem zylinderförmigen Element zu befestigen und anschließend sehr genau auszurichten, um den Anforderungen bezüglich der Formgenauigkeit zu genügen. Eventuell nöti- ge Nacharbeiten, wie beispielsweise das Schleifen bzw. Abtra ^¬ gen von Material des Schleifrings, um einen genügend präzisen Rundlauf des Schleifrings zu gewährleisten, können somit kom ^¬ plett entfallen.

Der Stator und der Rotor sind im selben axialen Bereich der elektrischen Maschine angeordnet. Damit der Schleifringdurch- messer kleiner als der Zylinderdurchmesser ist, kann der Schleifring beispielsweise in einem unterschiedlichen axialen Bereich als der Rotor und der Stator angeordnet sein. Insbesondere, wenn der Stator und der Rotor durch ein Schutzgehäuse umgeben sind, ergibt sich somit als Vorteil, dass der be ^¬ nötigte axiale Bauraum für ein solches Schutzgehäuse redu ^¬ ziert werden kann, so dass das Maschinendesign vereinfacht wird und mehr Gestaltungsfreiraum entsteht.

Wird die elektrische Maschine in einer Mühle eingesetzt, so kann das zylinderförmige Element als Trommel der Mühle ausge ^¬ führt sein. Das Mahlgut kann in der Trommel gemahlen werden, welche den Zylinderdurchmesser als Durchmesser aufweist. Der Rotor samt seiner elektrischen Wicklungen ist radial außen an der Mantelfläche der Trommel angeordnet und der Schleifring ist an einem drehenden Teil der elektrischen Maschine mit einem kleineren Durchmesser angeordnet. Der Schleifring kann dabei derart ausgeführt sein, dass meh ^¬ rere elektrische Phasen übertragbar sind, beispielsweise da ^¬ durch, dass der Schleifring mehrere elektrische Stromschienen aufweist, die von einander elektrisch isoliert zu den elekt ^¬ rischen Wicklungen geführt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verjüngt sich das zylinderförmige Element zu einem seiner axialen En ^¬ den, wobei das zylinderförmige Element an diesem axialen Ende gelagert ist, und wobei der Schleifring im axialen Bereich des Lagers oder der Verjüngung des zylinderförmigen Elementes angeordnet ist. Somit ist das sich verjüngende zylinderförmige Element an diesem axialen Ende gelagert, wobei noch ein weiteres oder mehrere weitere Lager an anderer Stelle vorgesehen sein können. Die Anordnung des Schleifrings im axialen Bereich des Lagers oder der Verjüngung hat den Vorteil, dass die elektri- sehe Maschine weder mehr Bauraum in radialer Richtung noch mehr Bauraum in axialer Richtung benötigt, denn eine derartige Verjüngung ist typischerweise durch den Zweck der elektrischen Maschine bedingt und nicht durch eine Verbesserung des Schleifrings. Insbesondere kann damit ein Schleifring mit be- sonders kleinem Durchmesser eingesetzt werden, so dass die

Kostenersparnis beispielsweise aufgrund des verringerten Ma ^¬ terialaufwandes im Vergleich zu größeren, insbesondere seg ^¬ mentierten Schleifringen, besonders groß sind. Eine gewünschte Formgenauigkeit kann durch einen Schleifring mit einem derart kleinen Durchmesser besonders mühelos erreicht werden.

Insbesondere bei einer Mühle kann die Verjüngung des zylin ^¬ derförmigen Elementes als Ein- bzw. Auslassöffnung für das Mahlgut ausgeführt sein, welche üblicherweise den geringsten Durchmesser aller rotierbaren Teile aufweist. Für den Fall, dass das Vorsehen des Schleifrings im Bereich des geringsten Durchmessers des zylinderförmigen Elementes dazu führt, dass sich die axiale Baulänge der Mühle vergrößert, kann auch vor ^¬ gesehen sein, den Schleifring derart an der Verjüngung des zylinderförmigen Elementes anzuordnen, dass der Schleifring einen möglichst geringen Schleifringdurchmesser aufweist und gleichzeitig die axiale Baulänge der Mühle nicht vergrößert wird . Denkbar ist dabei, dass das zylinderförmige Element einen axialen Bereich mit einem konstanten Durchmesser, der gleich dem Zylinderdurchmesser ist, aufweist und zum oben genannten axialen Ende hin einen weiteren axialen Bereich aufweist, in welchem sich der Durchmesser verringert und welcher somit die Verjüngung darstellt. Äquivalent dazu ist auch denkbar, dass das zylinderförmige Element in axialer Richtung lediglich ei ^¬ nen einzigen Durchmesser aufweist, der gleich dem Zylinder- durchmesser ist, und die Verjüngung als ein separates Bauteil ausgeführt ist, welches mit dem zylinderförmigen Element ver ^¬ bunden ist und sich dem zylinderförmigen Element in axialer Verlängerung an seinem oben genannten axialen Ende anschließt. Beispielsweise kann eine derartige Verjüngung als ein Flansch, insbesondere ein Befestigungsflansch, ausgeführt sein .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Maschine zumindest eine Bürste auf, welche den Schleifring berührt und mittels welcher die elekt ^¬ rischen Wicklungen des Rotors über die elektrische Verbindung mit elektrischer Leistung versorgbar ist, wobei der Schleifring und die zumindest eine Bürste zumindest teilweise durch ein erstes Gehäuse umschlossen sind.

Durch das erste Gehäuse können der Schleifring und die zumindest eine Bürste zuverlässig vor widrigen Umwelteinflüssen geschützt werden, wodurch die Lebensdauer des Schleifrings und der zumindest einen Bürste verlängert werden kann. Dies ist besonders bei Mühlen von großem Vorteil, da dort sonst Staub und Gesteinsbrocken in die elektrische Maschine ein ^¬ dringen und diese beschädigen könnten.

Das erste Gehäuse kann beispielsweise ein erstes Dichtele- ment, beispielsweise in Form eines ersten Dichtringes, auf ^¬ weisen, welches den Übergang zwischen drehbaren Teilen und feststehenden Teilen der elektrischen Maschine zumindest für kleinere Gesteinsbrocken, insbesondere für Staub und Spritz ^¬ wasser, verschließt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die elektrische Verbindung des Schleifrings mit den elektrischen Wicklungen durch das erste Gehäuse hindurchgeführt wird und dabei vom ersten Gehäuse elektrisch isoliert ist. Insbesonde ^¬ re wenn das zylindrische Element eine Verjüngung aufweist und der Schleifring am selben axialen Ende des zylindrischen Elementes wie die Verjüngung angeordnet ist, kann die elektri ^¬ sche Verbindung radial außen an der Verjüngung befestigt werden, wobei die elektrische Verbindung von der Verjüngung elektrisch isoliert ist.

Insbesondere wenn mehrere elektrische Phasen mittels des Schleifrings übertragen werden und deshalb mehrere Strom ^¬ schienen vorhanden sind, sind auch eine entsprechende Anzahl von Bürsten vorgesehen, wobei die gesamte Anordnung noch immer zumindest teilweise vom ersten Gehäuse umschlossen wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Stator und der Rotor zumindest teilweise durch ein zweites Gehäuse umschlossen, wobei die elektrische Verbindung elektrisch isoliert vom zweiten Gehäuse in das zweite Gehäuse geführt wird, wobei die elektrische Verbindung vom zweiten Gehäuse isoliert ist. Durch das zweite Gehäuse können der Stator und der Rotor, insbesondere die elektrischen Wicklungen des Rotors, zuverlässig vor widrigen Umwelteinflüssen geschützt werden, was wiederum die Lebensdauer der elektrischen Maschine verlängert und besonders bei Mühlen aufgrund ihrer besonders widrigen Umwelteinflüsse von großem Vorteil ist.

Das zweite Gehäuse kann wiederum ein zweites Dichtelement, beispielsweise in Form eines zweiten Dichtringes, aufweisen, welches den Übergang zwischen drehbaren Teilen und festste- henden Teilen der elektrischen Maschine zumindest für kleinere Gesteinsbrocken, insbesondere für Staub und Spritzwasser, verschließt .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zylinderförmige Element zumindest teilweise hohlzy- linderförmig und weist zumindest an einem seiner axialen Enden eine Öffnung auf. Der hohlzylinderförmige Teil des zylinderförmigen Elements kann beispielsweise die Trommel einer Mühle sein, wobei die Öffnung zur Zu- bzw. Abfuhr des Mahlguts vorgesehen sein kann .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1 eine elektrische Maschine einer Rohrmühle gemäß Stand der Technik,

FIG 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen

elektrischen Maschine, und

FIG 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen

elektrischen Maschine.

Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine einer Rohrmühle gemäß Stand der Technik. Die elektrische Maschine weist einen Sta ^¬ tor 1 auf, in welchem koaxial zum Stator 1 ein Rotor 2 mit elektrischen Wicklungen 3 angeordnet ist, wobei der Rotor 2 radial außen auf einem zylinderförmigen Elements 5 der Mühle angeordnet ist. Die elektrischen Wicklungen 3 des Rotors 2 sind mittels einer elektrischen Verbindung 11 mit einem

Schleifring 4 verbunden, wobei der Schleifring 4 elektrisch isoliert vom zylinderförmigen Element 5 und dabei drehfest auf dessen radialer Außenfläche mit diesem verbunden ist. Somit weist das zylinderförmige Element 5 einen Zylinderdurch ^¬ messer 6 und der Schleifring 4 einen Schleifringdurchmesser 7 auf, wobei der Schleifringdurchmesser 7 größer als der Zylin- derdurchmesser 6 ist. Dem Rotor 2 ist elektrische Leistung über Bürsten 10 zuführbar, welche in elektrischen Kontakt mit dem Schleifring 4 sind. Insbesondere bei großen elektrischen Maschinen, welche beispielsweise bei Kompressoren oder Mühlen zum Einsatz kommen, wird der Schleifring 4 oftmals segmen- tiert ausgeführt.

Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä ^¬ ßen elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine weist ei- nen Stator 1 und einem konzentrisch zum Stator 1 und innerhalb des Stators 1 angeordneten Rotor 2 auf, wobei der Rotor 2 radial außen an einem zylinderförmigen Element 5, welches einen Zylinderdurchmesser 6 aufweist, angeordnet ist. Der Stator 2 weist elektrische Wicklungen 3 auf, die mittels ei ^¬ ner elektrischen Verbindung 11 mit einem Schleifring 4 verbunden sind, wobei der Schleifring 4 einen Schleifringdurch- messer 7 aufweist, der kleiner als der Zylinderdurchmesser 6 ist. Weiterhin ist eine Bürste 10 vorgesehen, welche mit dem Schleifring 4 in Kontakt ist, so dass den elektrischen Wicklungen 3 des Rotors 2 elektrische Leistung über die Bürste 10, den Schleifring 4 und die elektrische Verbindung 11 zugeführt werden kann. Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemä ^¬ ßen elektrischen Maschine. Dabei bezeichnen gleiche Bezugs ^¬ zeichen wie in Figur 2 gleiche Gegenstände.

Das zylinderförmige Element 5 weist an seinem dargestellten axialen Ende eine Verjüngung 9 auf. Im Bereich der Verjüngung 9 ist ein erstes Gehäuse 12 angeordnet, in welchem der

Schleifring 4 untergebracht ist, dessen Schleifringdurchmes- ser 7 deutlich kleiner als der Zylinderdurchmesser 6 ist. In Figur 3 ist der Schleifring 4 so dargestellt, dass er Strom- schienen für drei elektrische Phasen aufweist. Ebenfalls im ersten Gehäuse 12 befinden sich drei Bürsten 10, welche mit der jeweiligen Stromschiene des Schleifrings 4 in Kontakt sind. Das erste Gehäuse 12 umschließt den Schleifring 4 und die Bürsten 10 zumindest teilweise, wobei zwischen drehbaren und stationären Teilen des ersten Gehäuses 12 ein erstes Dichtelement 15, beispielsweise in Form eines Dichtringes oder mehrerer Dichtringe, vorgesehen ist. Somit bietet das erste Gehäuse 12 dem Schleifring 4 und den Bürsten 10 zuverlässigen Schutz vor widrigen Umwelteinflüssen.

Der Rotor 2 und der Stator 1 sind in einem zweiten Gehäuse 13 angeordnet, welches die beiden zumindest teilweise um ^¬ schließt. Dabei ist zwischen drehbaren und stationären Teilen ein zweites Dichtelement 16 vorgesehen, welches wiederum als ein Dichtring oder mehrere Dichtringe ausgeführt sein kann. Dabei schützt das zweite Gehäuse 13 die elektrischen Wicklun ^¬ gen 3, den Rotor 2 und den Stator 1 vor widrigen Umweltein- flüssen.

Zur Versorgung der elektrischen Wicklungen 3 des Rotors 2 wird die elektrische Verbindung 11 durch das erste Gehäuse 12 hindurchgeführt, wobei die elektrische Verbindung 11 vom ers- ten Gehäuse 12 elektrisch isoliert ist. Die elektrische Ver ^¬ bindung 11 wird anschließend zum Rotor 2 geführt und ist an der radialen Außenseite der Verjüngung 9 mittels eines Stützelements 17 befestigt, wobei die elektrische Verbindung 11 von der Verjüngung 9 elektrisch isoliert ist.

Das zylinderförmige Element 5 ist an jenem axialen Ende, wo auch die Verjüngung 9 angeordnet ist, mittels eines Lagers 8 gelagert. Dabei sind das zylinderförmige Element 5 als Hohl ^¬ zylinder und die Verjüngung 9 als rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgeführt, so dass das zylinderförmige Element 5 eine Öffnung 14 in axialer Richtung aufweist.

Für den Fall, dass die elektrische Maschine in einer Mühle, insbesondere einer Rohrmühle, eingesetzt wird und das zylin- derförmige Element 5 die Trommel der Mühle ist, kann durch die Öffnung 14 das Mahlgut ein- und/oder herausgeführt wer ^¬ den .

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine elektrische Ma- schine mit einem Stator, einem in dem Stator angeordneten, drehbar gelagerten Rotor, welcher elektrische Wicklungen aufweist, einem Schleifring, und einem zylinderförmigen Element, welches einen Zylinderdurchmesser aufweist, wobei der

Schleifring mit den elektrischen Wicklungen elektrisch ver- bunden ist und einen Schleifringdurchmesser aufweist, und wobei der Rotor radial außen an der Mantelfläche des zylinderförmigen Elementes angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Er ^¬ findung einen Kompressor oder eine Mühle mit einer derartigen elektrischen Maschine. Um bekannte elektrische Maschinen mit Schleifringen zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Schleifringdurchmesser kleiner als der Zylinderdurchmesser ist .