Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromübertragungsanordnung für elektromechanische Maschinen und Anlagen mit einem auf einer Welle angeordneten Schleifring und einem mit einer Kontaktfläche in Schleifkontakt gegen eine S chleifringoberfläche anliegenden, Kohlenstoff aufweisenden Kontaktelement. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen keramischen Werkstoff zur Verwendung als Schleifring- körper für einen S chleifring einer derartigen Stromübertragungsanordnung, ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers für eine derartige Stromübertragungseinrichtung sowie einen S chleifringkörper für einen S chleifring einer derartigen Stromübertragungsanordnung.

Stromübertragungsanordnungen der eingangs genannten Art werden prinzipiell überall dort eingesetzt, wo zur Ausbildung elektromechani- scher Maschinen ein Stromübertragungskontakt zwischen einem drehenden Teil, Rotor, und einem feststehenden Teil, Stator, erfolgt. Als Kontaktelement für die Stromübertragung ist an dem Rotor ein Schleifring ausgebildet, der in der Regel einen metallischen S chleifringkörper aufweist und zur Stromübertragung in Berührungskontakt mit einem feststehenden Kontaktelement des Stators steht, das in der Regel als sogenannte Kohlebürste ausgeführt ist mit einem hauptsächlich aus Graphit oder einer Mischung aus Graphit und Kupfer bestehenden Bürstenkörper, der durch den Berührungskontakt zwischen einer am Bürstenkörper ausgebildeten Kontaktfläche und der Schleifringoberfläche einem ständigen Verschleiß unterliegt.

Da in der Regel der Austausch eines Bürstenkörpers einer Kohlebürste wesentlich einfacher ist als der Austausch eines Schleifrings, wird sehr darauf geachtet, dass an den Schleifringen ein möglichst geringer Verschleiß entsteht. Dies gilt umso mehr, wenn der in der Regel vom zeitli- chen Ablauf her aufwändige Austausch von Schleifringen an exponierten Orten mit umständlicher Zugänglichkeit, wie es beispielsweise an Windkraftanlagen der Fall ist, oder unter besonders rauen Umgebungsbedingungen erfolgen muss. Daher werden beispielsweise abrasive Komponenten oder Zusätze, die dem Bürstenkörper zur Erzielung einer gewissen abrasiven Wirkung bei einem Berührungskontakt zur Schleifringoberfläche zugesetzt werden, um etwa einen auf der metallischen S chleifringoberfläche ausgebildeten Oberflächenbelag zu entfernen oder die Ausbildung eines Transferfilms, der durch Graphitablagerung auf der Schleifringoberfläche entsteht, zu begrenzen, nur in relativ geringem Umfang zugesetzt, um einen übermäßigen Verschleiß durch Oberflächenabrasion der Schleifringoberfläche zu verhindern. Die Folge hiervon ist, dass in einer für die Ausbildung eines Oberflächenbelags besonders förderlichen Umgebung, wie es beispielsweise bei erhöhten Einsatztemperaturen in öl- oder schmiermittelhaltiger Luft oder in einer korrosiven Umgebung der Fall ist, es trotz der abrasiven Zusätze des Bürstenkörpers zu einem Oberflächenbelag kommen kann, der eine einwandfreie Funktion der Stromübertragungsanordnung gefährdet.

Darüber hinaus kann es gerade bei erhöhten Einsatztemperaturen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen metallischen S chleifringkörpern und isolierenden, beispielsweise aus Keramik gebildeten Isolationszwischenkörpern des Rotors zu mechanischen Problemen im Betrieb entsprechender elektromechanischer Maschinen kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromübertragungsanordnung vorzuschlagen, die zum einen auch unter besonders rauen Umgebungsbedingungen einen störungsfreien B etrieb ermöglicht, und zum anderen einen geringen Wartungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird durch eine Stromübertragungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelö st.

Bei der erfindungsgemäßen Stromübertragungsanordnung weist einerseits das Kontaktelement neben dem Kohlenstoff als elektrisch leitende

Komponente eine abrasiv wirkende Komponente auf, und andererseits weist der Schleifring zur Ausbildung einer harten, gegen Abrassion beständigen S chleifringoberfläche einen S chleifringkörper aus einem harten elektrisch leitenden nichtoxidischen keramischen Material auf. Die erfindungsgemäße Kombination aus einem eine abrasive Komponente aufweisenden Kontaktelement mit einem elektrisch leitenden Schleifringkörper aus einem Nichtoxid-Keramik-Material ermöglicht es, dem Kontaktelement die abrasive Komponente in solch einer Menge und/oder Qualität zur Erreichung einer solchen Abrasionswirkung hinzuzufügen, dass eine sichere Entfernung eines auf der Schleifringoberfläche ausgebildeten Oberflächenbelags gewährleistet bzw. ein Entstehen eines unerwünschten Oberflächenbelags oder übermäßigen Transferfilms verhindert werden kann, ohne dass es infolge der abrasiven Komponente des Kontaktelements zu einem solchen Verschleiß auf der Schleifring- Oberfläche kommt, der eine unerwünschte Häufung von Wartungsvorgängen bzw. einen Austausch des Schleifringkörper erforderlich machen würde. Als abrasive Komponenten oder Additive kommen grundsätzlich Materialpartikel in Frage, die im Vergleich zum Graphit als Hauptbestandteil des Bürstenkörpers eine größere Härte aufweisen.

Der Schleifringkörper erreicht die entsprechende Abrasionsbeständigkeit durch dessen Ausbildung aus einem harten nichtoxidischen keramischen Werkstoff. Im Gegensatz zu keramischen Kohlenstoff-Graphit- Werkstoffen, die weich sind und im Kontakt zu einem Gegenlaufpartner einen schmierigen Transferfilm ausbilden, sind nichtoxidische keramische Werkstoffe hart mit einer entsprechenden Oberflächenbeständigkeit.

Die für die Funktion einer Stromübertragungsanordnung notwendige elektrische Leitfähigkeit des nichtoxidischen keramischen Körpers kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass ein Halbleiter verwendet wird. Zwar ist die elektrische Leitfähigkeit eines polykristallinen

Nicht-Metalls, also eines Halbleiters, um ein mehrfaches gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit von Metallen reduziert, so dass bislang die Möglichkeit einer elektrisch leitenden Keramik als Werkstoff für einen Schleifringkörper aufgrund eines entsprechenden technischen Vorurteils überhaupt nicht in Betracht gezogen wurde. Jedoch ist es grundsätzlich möglich, eine entsprechend reduzierte elektrische Leitfähigkeit durch Berücksichtigung in der Geometrie des Schleifringkörpers, also beispielsweise in der Gestalt und Größe der Schleifringoberfläche zu berücksichtigen bzw. zumindest teilweise zu kompensieren. Insbesondere stehen die sich aufgrund der beschränkten elektrischen Leitfähigkeit ergebenden hohen elektrischen Widerstände mit entsprechender Erwärmung des Schleifringkörpers einer einwandfreien Funkti on des Schleifringkörpers nicht entgegen, da insbesondere die Volumenänderungseffekte bei einem keramischen Schleifringkörper aufgrund des vergleichsweise geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten vergleichsweise gering sind. Darüber hinaus besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die elektrische Leitfähigkeit des keramischen Werkstoffs durch elektrisch leitende Zusätze oder Behandlungen zu erhöhen.

Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer Ausführungsform der Stromübertragungsanordnung für den Schleifringkörper ein nichtoxidischer keramischer Werkstoff auf Siliziumkarbid-Basis gewählt wird. B esonders gute Ergebnisse hinsichtlich einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit sind möglich, wenn der Werkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der neben Siliziumkarbid

Graphit zur Ausbildung einer entsprechenden Siliziumkarbid-Graphitmatrix aufweist. In einer weiteren Phase neben Siliziumkarbid kann auch ein Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, vorliegen.

Erfindungsgemäß hat sich zur Verwendung als Werkstoff für einen Schleifringkörper eines Schleifring einer Stromübertragungseinrichtung ein nichtoxidischer keramischer Werkstoff offenbart, der als Komponenten Siliziumkarbid und Graphit aufweist und in einer bevorzugten Zusammensetzung mindestens 50 Volumenprozent Siliziumkarbid und mindestens 40 Volumenprozent Graphit aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers für eine Stromübertragungsanordnung für elektromechani- sche Maschinen wird in einer ersten Phase des Verfahrens ein Kohlenstoff-Formkörper carbonisiert und graphitiert, und in einer nachfolgenden zweiten Phase des Verfahrens erfolgt eine Imprägnierung des Formkörpers mit flüssigem Silizium mit nachfolgender Ausbildung einer Siliziumkarbid- Graphit- Verbundmatrix.

Der erfindungsgemäße Schleifringkörper ist gekennzeichnet durch die Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und weist demzufolge eine Gefügestruktur mit einer Siliziumkarbid-Graphit- Verbundmatrix auf. Alternativ kann auch der Grahitanteil durch Oxidation entfernt und die im Schleifringkörper durch die resultierende Porosität entstandenen Hohlräume durch eine Imprägnierung des Schleifringkörpers mit einem Metall, wie beispielsweise Kupfer der Aluminium, gefüllt werden.

Für den erfindungsgemäßen Schleifringkörper ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten, insbesondere in Maschinen oder Anlagen mit sehr hohen Lebensdaueranforderungen oder solchen bei denen insbesondere wegen erschwerter Zugänglichkeit der Stromübertragungsanordnung möglichst lange Wartungsintervalle angestrebt werden. Beispielhaft sind zu nennen : elektrische bzw. elektromechanische Antriebe von Kraftfahrzeugen oder Generatoren von Windkraftanlagen.