Vorrichtung zum Übertragen elektrischen Stromes zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich tung zum übertragen elektrischen Stromes zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen und findet eine wichtige, jedoch nicht alleinige Anwendung auf die übertragung von Strom auf einen umlaufenden Stromkollektor oder die Abnahme des Stromes von diesem, wobei unter Stromkollektor in dieser Be schreibung ein Schleifring, Kommutator oder der gleichen verstanden sei.
Bei elektrischen Einrichtungen, die einen umlau fenden Kollektor verwenden, erfolgt der Stromüber gang meistens durch Schleif-Kontaktbürsten, die auf dem Kollektor schleifen. Bei solchen Bürsten kön nen sich infolge der Reibung Schwierigkeiten ergeben und die Schleifwirkung macht sich in einer verhält nismässig raschen Abnutzung von Bürsten und Kol lektor bemerkbar.
Da die gewöhnliche Schmierung für Metall-Metall-Kontakte in solchem Falle im all gemeinen nicht anwendbar ist, scheint es fast allge mein notwendig, zur Geringhaltung der Abnutzung die Bürsten aus Kohle (Graphit) oder aus einer Metall-Graphit-Mischung statt aus Metall herzustel len, während ansonst in vielen Fällen Metall vorzu ziehen wäre. Für normale Betriebsbedingungen kann die Abnutzung durch die Verwendung von Kohlebür sten auf ein annehmbares Mass verringert werden, aber auch dann nutzen sich die Bürsten mit der Zeit ab und auftretende Abnutzungsreste können schädlich wirken.
Auch kann in gewissen Zeitab ständen ein Wiederzurichten der Kollektoroberfläche notwendig werden. In besonderen Fällen jedoch, z. B. bei Einrichtungen für Flugzeuge, die in grossen Höhen fliegen, oder auch für Betriebsstellen, an denen die Umgebungsatmosphäre trocken oder verdünnt ist, wird es schwierig, mit Schleifbürsten einen zufrieden stellenden Betrieb zu erreichen.
Da eine gewisse Grösse des Druckes erforderlich ist, um die Schleifbürsten in gutem elektrischem Kon takt mit dem umlaufenden Kollektor zu halten, und da der Koeffizient der gleitenden Reibung verhält nismässig hoch ist, erreicht der sich ergebende Rei bungswiderstand ein beträchtliches Mass. Das bedingt, dass Leistungsverlust und Wärmeerzeugung zu hoch werden können, wenn ein zu hoher Druck angewandt wird, während anderseits ein ungenügender Bürsten druck zu sehr hohem elektrischem Leistungsverlust infolge schlechten Kontaktes führen und Bürste und Kollektor infolge auftretender Funken schädigen kann.
Die Verwendung von Rollkontakten zum über tragen von Strom zwischen relativ zueinander be weglichen Teilen ist an sich bekannt und wird bei spielsweise bei elektrischen Lokomotiven benutzt, bei denen der Stromübergang zwischen den Rädern und den Schienen auftritt, doch würde bei Benut zung von Rollkontakten allein in Verbindung mit einem umlaufenden Kollektor, der einen der Teile darstellt, immer noch das Problem der Übertragung des Stromes zwischen der Rolle und dein anderen Teil, ohne die gleichen bereits erwähnten Schwie rigkeiten entstehen zu lassen, bestehen.
Es ist auch bekannt, einen Kontakt zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen mittels leitender Flüssigkontakte zu bewirken, bei denen Quecksilber oder eine andere passende leitende Flüssigkeit zwischen die betref fenden Teile eingeführt wird, um zwischen diesen einen elektrischen Kontakt zu schaffen.
Es ist das Ziel dieser Erfindung, allgemein eine verbesserte Vorrichtung für die wirksame Übertragung des elektrischen Stromes zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen zu schaffen, wobei die Vorrich- tung eine Kombination eines rollenden Kontaktes und eines leitenden Flüssigkontaktes verwendet.
Die Vorrichtung nach dieser Erfindung ist ge kennzeichnet durch einen Rollkontakt für den Ein griff mit einem dieser Teile, eine leitende Oberfläche, die sich mit dem Rollkontakt dreht, eine weitere Bi tende Oberfläche, die an dem anderen Teil festsitzt und der erstgenannten Oberfläche in Abstand so gegenübersteht, dass dazwischen eine Kammer für die Aufnahme einer leitenden Flüssigkeit gebildet wird, die eine elektrischeVerbindung zwischen den Ober flächen bildet, wobei die beiden Oberflächen in elek trischer Verbindung mit der Kontaktfläche des Roll- kontaktes und mit dem anderen Teil stehen,
und durch Abdichtmittel, um das Austreten der leitenden Flüssigkeit aus der Kammer zu verhüten, wobei die Abdichtmittel relativ zueinander drehbare Abdicht- oberflächen aufweisen, die koaxial mit dem Rollkon- takt angeordnet sind und aus einem Material gebildet sind, das durch die Flüssigkeit nicht benetzt wird, und die Abdichtoberflächen für die Drehbewegung Spiel zwischeneinander besitzen, das genügend klein ist,
damit die Oberflächenspannung der leitenden Flüssig keit der Tendenz des Arbeitsdruckes in der Kam mer, die Flüssigkeit durch das vorhandene Spiel nach aussen zu drücken, stand hält.
Unter einem Material, das durch die leitende Flüssigkeit nicht benetzt wird, wird ein Material ver standen, an dem die Flüssigkeit einen Kontakt winkel grösser als 90 besitzt. Gleichzeitig wird be tont, dass dieses Material mit der leitenden Flüssigkeit weder ein Amalgam oder eine Legierung bildet, noch chemisch reagiert.
Wo deswegen die leitende Flüssig keit Quecksilber sein soll, können die Abdichtober- flächen aus Bakelit (eingetragene Schutzmarke) oder aus Stahl sein, wobei Stahl insbesondere dort vorgezogen wird, wo die Abdichtoberflächen gleichzeitig Lagerungsflächen bilden, ein Fall, der als möglich angesehen wird. Die leitenden Oberflä chen, zwischen denen die Kammer für die leitende Flüssigkeit gebildet wird, können aus Kupfer be stehen, wenn die Flüssigkeit Quecksilber ist.
Kupfer und. Quecksilber suchen sich zu amalgieren, doch wird dadurch der elektrische Kontakt zwischen den betreffenden Oberflächen und Quecksilber begünstigt, Gewünschtenfalls kann das Amalgamieren der Kup feroberflächen mit Quecksilber vor dem Zusammen bau der Vorrichtung bewirkt werden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 in Ansicht in Richtung der Drehachse eine Stromübertragungsvorrichtung nach dieser Erfindung in Anwendung bei einem umlaufenden Stromkollektor (Schleifring oder Kommutator) .eines Elektromotors oder -Generators, Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Fig. 1.
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, aber von einer anderen Ausführungsform der übertragungsvor- richtung, Fig. 4 in grösserem Massstab eine Ansicht eines Teils der mittleren Partie der Fig. 3, Fig.5 und 6 einen schematischen Seiten- bzw.
Grundriss einer Anordnung mit einer als Zwischen rolle wirkenden Hilfsrolle, Fig.7 schematisch eine Anordnung mit zwei Kontaktrollen, Fig.8 schematisch eine Anordnung mit einer Hilfsbürste und Fig. 9 und 12 schematische Ausführungsformen, die in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt wer den.
Nach den Fig. 1 und 2 liegt eine zylindrische Kontaktrolle 1 gegen die Umfangsfläche eines umlau fenden Stromkollektors, der mit 2 bezeichnet ist, und wird durch den Stromkollektor 2 um eine Achse 3 parallel zur Achse 4 des Kollektors 2 ange trieben. Zwischen dem Kollektor 2 und der Kon taktrolle 1 kann infolge des rollenden Kontaktes, den die beiden Teile miteinander bilden und dessen Widerstand unter anderem vom Kontaktdruck ab hängt, Strom fliessen. Die Kontaktrolle 1 wird von Kugellagern 5 und 6 getragen, die in Montageplatten 7 und 8 sitzen, die einen Teil eines Hebelrahmens 9 bilden. Die Platten 7 und 8 werden von einem Glied 10 (Fig. 1) abgestützt und in Abstand gehalten.
Das Glied 10 besitzt eine Büchse 11 und kann mit den Montageplatten 7, 8 und der Kontaktrolle 1 sich frei um eine Spindel 12 drehen, die quer zur Achse 3 der Kontaktrolle liegt. Die Spindel 12, deren Achse 13 vorzugsweise mit einer Linie zusammenfällt, die, wie gezeigt, durch den Berührungspunkt zwischen der Kontaktrolle 1 und dem Kollektor 2 verläuft, wird ihrerseits auf dem Hebelarm 14 abgestützt oder bildet einen Teil dieses Hebelarmes, der um eine Achse 15, die die Drehachse für das Hebelwerk 9 als Ganzes bildet, verschwenkbar auf einem Stift 16 gelagert ist, der seinerseits durch einen Teil 17 getragen wird. Der Teil 17 ist isoliert am (nicht gezeigten) Rahmen der Maschine befestigt.
Diese Anordnung ermöglicht der Kontaktrolle 1 bei einer Schwenkbewegung des Rahmens 9 um die Achse 15 die Bewegung in Rich tung auf die Kollektorachse 4 hin oder von dieser weg sowie bei einer Schwenkbewegung des Rah mens 9 um die Achse 13 das Ausrichten ihrer Ober fläche mit der Oberfläche des Kollektors 2. Die Kon taktrolle 1 wird bei geeignetem Druck mittels einer Feder 18, die auf das Rahmenwerk 9 in einer Stel lung auf der Linie, die durch den Kontaktpunkt zwi schen der Kontaktrolle 1 und dem Kollektor 2 ver läuft und mit der Achse 13 zusammenfällt, wirkt, in Berührung mit dem Kollektor 2 gehalten.
Zu diesem Zwecke ist die Feder 18 zwischen.einem Haltekragen 19 auf dem Stab 20 und einem Absatz 21 am Glied 22 untergebracht, das von den Platten 7, 8 getragen wird und diese in Abstand hält. Der Stab 20 wird durch einen Teil 23 am (nicht gezeigten) Maschinen- rahmen getragen und eine Verriegelungsschraube 24 ermöglicht die Einstellung der Lage des Stabes, um so den durch die Feder 18 ausgeübten Druck zu ver ändern.
Die Kontaktrolle 1 sitzt fest und mit elektri schem Kontakt zwischen der Rollenoberfläche und der koaxialen Spindel 25 auf dieser Spindel, die bei spielsweise als Verlängerung .eines Zapfens 26 mit diesem einen Teil bildet. Der Zapfen 26 selber be steht mit der Rolle 1 aus einem Stück. Die Spindel 25 ragt in das offene Ende eines koaxialen zylindri schen Hohlkörpers 27, an dem eine Anschlussleitung 28 befestigt ist. Die Spindel 25 endet kurz vor dem geschlossenen Ende des Hohlkörpers 27 und verläuft in Abstand von dessen Innenflächen, so dass dadurch eine Kammer 29 gebildet wird, die bei Betrieb in nicht gezeigter Weise fast ganz (z.
B. zu 951/a) mit tels Quecksilber gefüllt ist, wobei das Restvolumen mit Luft oder vorzugsweise Öl gefüllt ist. Der zylin drische Hohlkörper 27 und die Spindel 25 bestehen aus Kupfer oder weisen zumindest eine nennenswerte Oberflächenschicht aus Kupfer auf, die z. B. durch Elektroplattieren auf die Oberflächen aufgebracht ist, zwischen denen die Quecksilberkammer 29 ge bildet ist.
Hülsen 30 und 31 aus Stahl oder anderem brauchbarem Material, das durch Quecksilber nicht benetzt wird, sind dicht auf die Spindel 25 und in die Öffnung des Hohlkörpers 27 gedrückt, wobei d'ILese Hülsen mit so viel Spiel ineinandersitzen, dass sie sich gegeneinander drehen können und doch so weit ab dichtend wirken, dass sie das Quecksilber in der Kammer halten.
Die Hülsen 30, 31 wirken auch darin zusammen, dass sie ein Lager zum Abstützen des zylindrischen Hohlkörpers 27 auf der Spindel 25 bilden, wobei die Anschlussleitung 28 flexibel und so angeordnet ist, dass sie nicht zu einer unerwünschten Belastung des Lagers wird. Die durch die Hülsen 30, 31 gebildete Lageroberfläche wird durch einen Ölfilm geschmiert, der entweder durch gelegentliches Zufüh ren von Öltropfen bei der Öffnung des Hohlkörpers oder mittels einer angesetzten (nicht gezeigten) pas senden Schmiereinrichtung bewirkt wird.
Im Betrieb bietet die Anordnung einen elektri schen Kontakt zwischen dem Kollektor 2 und dem Anschlussleiter 28 über die Kontaktrolle 1, die koaxiale Spindel 25, das (nicht gezeigte) Quecksilber in der Kammer 29 und den zylindrischen Hohlkörper 27.
Die Rolle 1, die mit ihrer Achse 3 parallel zur Kollektorachse 4 gehalten wird, steht unter Druck der durch Einstellen der von der Feder 18 ausgeüb ten Kraft verändert werden kann, über die ganze Breite ihrer Umfangsfläche mit dem Kollektor in Berührung und wird von dem Kollektor 2 durch Ab- rollbewegung angetrieben, wobei ein Minimum von Tangentialbeanspruchung an den Kontaktoberflächen auftritt.
Die Rolle 1 wird nicht starr gegen den Kol lektor 2 gedrückt, sondern kann sich, wie bereits an gegeben wurde, unter der Wirkung der Feder 18 auf die Kollektorachse 4 hin oder von dieser weg be wegen, so dass der Kontakt während der Drehbe- wegung auch aufrechterhalten werden kann, selbst wenn der Kollektor 2 und/oder die Kontaktrolle 1 zu ihren Achsen exzentrisch oder an ihren Umfangs flächen unregelmässig verlaufen. Wenn die Drehzahl des Kollektors 2 gross ist, kann die Bewegung der Kontaktrolle 1 sehr schnell verlaufen, und um den Kontaktdruck möglichst kontant zu halten, werden mechanische Mittel zur Belastung in Form der Feder 18 benutzt und einer Belastung durch totes Gewicht vorgezogen.
Die Feder ist im Vergleich zu den Schwingungen, die sie aufnehmen muss, lang und das von ihr aufzunehmende Trägheitsmoment des Hebel werks 9, das die Kontaktrolle trägt, ist so klein wie möglich gemacht. Zu diesem Zwecke können die Montageplatten 7, 8 und ihr Abstandhalter 10 da durch leicht gemacht werden, dass sie mit geeignet angeordneten Ausnehmungen, wie z. B. bei 32 (Fig. 1), versehen werden.
Es ist jedoch durchaus nicht notwendig, dass in jedem Augenblick ein konstanter Kontaktdruck vor liegt. Im Gegenteil, es kann mitunter eine bessere Arbeitsweise erzielt werden, wenn die Federbelastung recht steif ist, so dass der Kontaktdruck stark ansteigt, wenn die Kontaktrolle durch eine kleine Erhöhung an einer der einander berührenden Flächen ausgelenkt wurde, so dass die Erhöhung allmählich abgebaut wird.
Auch kann es zweckmässig sein, zwei Bela stungsfedern zu verwenden, von denen die eine eine steife Druckfeder und die andere genügend flexibel ist und einen genügenden Anteil der Last trägt, um die Kontaktrolle in Kontakt mit dem Kollektor zu halten, wenn der Berührungsbereich an eine kleine Vertiefung gerät.
In Fig. 2 dreht sich die innere der beiden Um fangsflächen, zwischen denen die Quecksilberkammer 27 gebildet ist. In Fig. 3 dagegen ist die äussere der beiden in Abstand stehenden zylindrischen Oberflä chen, die eine ringförmige Kammer bilden, rotierend angeordnet. Es wird angenommen, dass die letztge. nannte Anordnung eine sehr laminare Strömung des Quecksilbers bewirkt und dadurch die Neigung des Quecksilbers, mit Öl, mit dem .es in Berührung kommt, in Emulsion zu geben, verringert.
Gleichzei tig werden dabei die Flüssigkeitsreibung und die sich ergebende Erwärmung verringert.
In Fig. 3 wird die Kontaktrolle 1' wiederum über Kugellagern 5 und 6 von Montageplatten 7, 8 getra gen, die einen Teil eines Stützhebelrahmens bilden, der dem Rahmen 9 in Fig. 1 entspricht. Doch wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktrolle 1' an einer Seite durch die Lager 5, 6 mittels einer Stahlnabe 35 abgestützt, die z. B. durch Sehrauben36 koaxial festgemacht ist. Diese Nabe 35 schliesst eine zylindrische Höhlung 37, die durch Bohrung koaxial in der Kontaktrolle 1' angeordnet ist.
In diese Höh lung 37 erstreckt sich durch eine Bohrung 38 in der Nabe 35 ein stationärer koaxialer Stab 39 aus leiten dem Material, dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung 38. An seinem Ende ist der Stab 39 innerhalb der Höhlung 37 mit einem breiteren zylindrischen Kopf 40 versehen, zwi schen dem und den Wänden der Höhlung eine Kam mer gebildet ist, die, wie oben, mit Quecksilber fast ganz ausgefüllt ist. Über den .erforderlichen Mindest betrag an Quecksilber werden nachfolgend noch An gaben gemacht.
Der zylindrische Kopf 40 und die Kontaktrolle 1' werden entweder aus Kupfer herge stellt oder an ihren Oberflächen, die die Quecksilber kammer bilden, mit einer nennenswerten Schicht Kupfer bedeckt.
An seinem anderen Ende erstreckt sich der statio näre Stab 39 durch die Montageplatte 7 und trägt aussen an ihm befestigt die Anschlussleitung 28. Die Montageplatte 7 dient dazu, den Stab 39 koaxial mit den Lagern 5, 6 zu halten. In der Bohrung 38 in der Stahlnabe 35 trägt der Stab 39 eine dicht sitzende Hülse 41, die ein für das Umlaufen genügendes Spiel mit der Bohrung besitzt, das aber nicht genügt, um ein Austreten des Quecksilbers aus der Kammer 37 in der Kontaktrolle 1' zu ermöglichen. Die Stahlnabe 35 und Stahlhülse 41 bilden dementsprechend eine Abdichtung für die Kammer 37. Da diese Anord nung aber nicht als mechanische Lagerung wirken muss, erfordern diese Teile keine Schmierung.
Doch kann ein Ölfilm benutzt werden, um den direkten Zutritt von Luft zu dem Quecksilber gering zu halten und so die Bildung von Oxydschaum zu behindern. Durch Bohren eines axialen Loches 42 (Fig. 4) vom Aussenende des Stabes 39 bis zur Radialbohrung 43, die durch die Wand der Hülse 41 führt, kann ein Durchgang für die Ölzuführung geschaffen werden.
Wenn die Kontaktrolle feiner solchen Anord nung mit grosser Drehzahl umläuft, wirkt die Zentri fugalkraft dahin, das Quecksilber an der Aussenwand der Kammer 37 zu halten, d. h. gegen die Wand, die durch die Kontaktrolle 1' selber gebildet wird.
Das ist in grösserem Massstab in der Teilansicht der Fig.4 gezeigt, in der das Quecksilber bei 44 in einer Lage gezeigt ist, die es bei grosser Drehzahl einnimmt. Um einen Verlust an Kontakt des Queck silbers zwischen der Rolle 1' und dem zylindrischen Kopf 40 zu vermeiden, sollte in der Kammer 37 eine genügende Menge Quecksilber vorhanden sein, um den ringförmigen Raum um die Umfangsfläche des Kopfes und einen Teil des Raumes bei jedem axialen Ende, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, zu füllen. Ein ver bleibender Raum in der Höhlung 37 wird mit Luft oder<B>Öl</B> gefüllt,
das durch das zwischen Stahlhülse 41 und Nabe 35 bestehende Spiel fliessen kann und so die freie Wärmeausdehnung des Quecksilbers 44 er möglicht. Eine oder mehr Ausnehmungen, wie z. B. bei 45, können in den zylindrischen Kopf 40 gebohrt sein und vom einen Ende zum anderen reichen, um das Auftreten einer merklichen Differenz des Druckes der Luft oder des Öls an den einander entgegenge setzten Enden zu vermeiden. Eine solche Druckdiffe renz würde die Lage des Quecksilbers ändern und könnte dessen Austreten bewirken.
Eine Schwierigkeit, die möglicherweise im Zu sammenhang mit einem Rollkontakt an einem brei- ten Schleifring oder Kommutator auftritt, besteht darin, dass die Winkelgeschwindigkeit der Rolle für die betreffenden Lager zu gross wird, ausser wenn eine ausserordentlich breite Rolle in Benutzung ist. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, kann eine Anord nung benutzt werden, wie sie schematisch in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist.
In diesen Figuren ist angenommen, dass eine Hauptrolle 46 ähnlich der Kontaktrolle 1 in Fig. 1 montiert ist und dass Flüssig keitskontakt zwischen der Rolle und der Leitung 28 in der gleichen Weise bewirkt ist, wie das mit Bezug auf Fig. 2 oder Fig. 3 beschrieben wurde. Die Rolle 46 steht durch Vermittlung einer freien Hilfsrolle 47 von Hantelform, die nicht in Lagern montiert ist und den Kollektor 2 mit der Umfangsfläche 48 mit grö sserem Durchmesser und die Hauptrolle 46 mit einer Oberfläche 49 mit kleinerem Durchmesser berührt, mit dem umlaufenden Kollektor 2 in Berührung und wird durch diesen angetrieben.
Die Zwischenrolle 47 treibt so die Hauptrolle 46 mit geringerer Geschwin digkeit durch die Kraft des Kollektors 2 an. Die Win kelgeschwindigkeit der Zwischenrolle 47 kann dabei hoch sein, doch spielt das keine Rolle, da die Zwi schenrolle keine Lager besitzt und nur mit der Wir kung des Eigengewichts so zwischen Kollektor 2 und Hauptrolle 46 ruht. Der Kontaktdruck, der vom Gewicht der Zwischenrolle 47 und der Formgebung der Anordnung abhängt, kann durch Ändern der Stellung der Hauptrolle 46 geändert werden.
Wenn man die Erfindung in mehr allgemeiner Hinsicht betrachtet und eine Vorrichtung ins Auge fasst, die ein Rollkontakt und einen elektrisch leiten den Flüssigkontakt nach dieser Erfindung für die Übertragung elektrischen Stromes auf einen umlau fenden Kollektor oder dessen Abnahme von einem solchen Kollektor verwendet, auf dem der Rollkon- takt besteht, so können die Schwierigkeiten, die sich früher im Zusammenhang mit gleitenden Bürsten er gaben, die dabei verwendet wurden, in hohem Um fange beseitigt werden, während der Flüssigkontakt eine Verbindung geringen Widerstandes zwischen dem Rollkontakt und der Anschlussleitung ermöglicht,
ohne besonderen Reibungswiderstand zu bedingen. Infolgedessen darf bei einer Vorrichtung nach dieser Erfindung erwartet werden, dass der Verschleiss im Vergleich mit gleitenden Kontaktbürsten bedeutend geringer ist, dass keine besondere Schwierigkeit für das Arbeiten in trockener oder verdünnter Atmo sphäre besteht und dass kein Grund vorhanden ist, wegen der mechanischen Abnutzung von der Ver wendung von Metall-zu-Metall-Kontakten Abstand zu nehmen. Ausserdem ist es möglich, einen grösseren Kontaktdruck ohne allzugrosse Reibung und Hem mung zu verwenden, da der Koeffizient der rollenden Reibung viel kleiner ist als der Koeffizient der glei tenden Reibung.
Wenn die Vorrichtung nach dieser Erfindung in Zusammenhang mit Schleifring benutzt werden soll, besteht hier deswegen die Möglichkeit, einen geringen Kontaktwiderstand dadurch zu erreichen, dass ein metallener Rollkontakt auf einem metallenen Schleifring mit verhältnismässig hohem Kontaktdruck verwendet wird. Für starke Ströme bedeutet das, dass .ein ganzer Satz von Schleifbürsten durch eine ein zige kompakte Einheit aus Rollkontakt und Flüssig keitskontakt ersetzt werden kann.
Wenn ein einziger Rollkontakt benutzt würde, könnte es vorkommen, dass zwar meistens eine gute Verbindung mit dem Schleifring aufrechterhalten wird, dass die Verbin dung aber hin und wieder durch Erscheinungen wie z. B. dadurch, dass ein Staubpartikelchen zwischen die Kontaktoberflächen gerät, gestört wird.
Das würde dahin führen, eventuell den ganzen Strom zu unter brechen, und es könnte sich ein Funke ergeben, der die Oberflächen schädigen und damit weitere Störun gen herbeiführen würde, wenn die beschädigten Ober flächenteile wieder aufeinandertreffen. Das würde zu immer grösseren Schäden an den Oberflächen und zum allgemeinen Auftreten von Funken führen. Des wegen ist es zweckmässig, auch in den Fällen, wo eine einzige Einheit für den erwarteten Stromdurch gang genügen würde, zwei oder mehr Rollkontakte zu verwenden.
Abgesehen von dem offensichtlichen Vorteil einer Anordnung mit zwei Rollen im Falle, dass eine der Rollen ausfällt, macht es die Verwen dung von zwei oder mehr elektrisch parallel liegenden Kontakten unwahrscheinlich, dass bei gutem Zustand der Oberflächen alle Verbindungen zu gleicher Zeit eine Störung zeigen. Die Wirkung, dass einer der Roll kontakte vorübergehend von der Gegenkontaktfläche abgehoben würde, wäre auch weniger von Bedeutung, als wenn ein einziger Kontakt den ganzen Strom führt, und eine Schadensanhäufung könnte so vermieden oder wenigstens verzögert werden.
Eine andere mög liche Anordnung wäre die, dass ein Rollkontakt be nutzt wird, der praktisch den gesamten Strom führt, und eine kleine Schleifbürste parallel verbunden ist, um einen Stromweg zu bieten, der einen wirksamen Parallelweg für einen Funken darstellt, der zufällig zwischen Rolle und Schleifring auftreten kann. Die Reinigungswirkung, die eine solche Schleifbürste auf der Schleifringoberfläche herbeiführen würde, kann als weiterer Vorteil betrachtet werden.
Diese beiden Möglichkeiten sind in den Fig.7 bzw. 8 schematisch dargestellt. In Fig. 7 ist 50 ein Schleifring und 51 und 52 stellen zwei Kontaktrollen dar, wobei diese Kontaktrollen, die mit dem Schleif ring 50 in Berührung sind, getrennt in einer Weise ähnlich der der Rolle 1 in Fig. 1 montiert sind und einen Flüssigkontakt zwischen sich und den Leitungen 53 und 54 in der in Zusammenhang mit Fig. 2 oder 3 beschriebenen Weise besitzen.
Die Stützrahmen 55 und 56, von denen jeder dem Rahmen 9 der Fig. 1 entspricht, sind unabhängig an dem Stift 16, der von dem Teil 17 getragen wird, schwenkbar gelagert. Die Leitung 53 verbindet die beiden Rollen 51 und 52 parallel. In Fig. 8 sind wieder der Schleifring 50 und die Rolle 51 vorhanden, doch ist die Rolle 52 der Fig. 7 durch eine Schleifbürste 57 ersetzt, die durch die Leitung 58 parallel zur Rolle 51 geschaltet ist.
Angenommen, der Schleifring und der Rollkontakt bilden einen linienförmigen Kontakt miteinander, wenn sie leicht gegeneinander gesetzt werden, und bilden eine rechteckige Kontaktfläche, wenn sie durch mechanische Belastung verzerrt werden, und weiter angenommen, dass der Kontakt zwischen Metall und Metall erfolgt, so kann der Übergangswiderstand ab hängig von dem Widerstandswert und den mechani schen Eigenschaften der verwendeten Metalle, den Dimensionen und den verwendeten Belastungen ge schätzt werden. Für den Kontakt von Kupfer zu Kupfer z.
B. zeigt die Rechnung, dass sich selbst bei leichtem Druck ein viel geringerer Widerstand ergibt, als dieser üblicherweise mit Schleifbürsten erhalten wird. Die wirklichen Widerstandswerte jedoch können etwas höher liegen als die auf der Basis Metall-zu- Metall-Kontakt berechneten Werte, da gefunden wurde, dass der Kontaktwiderstand bei Anwesenheit eines dünnen Überzuges von Material mit geringer Leitfähigkeit, z. B. eines Oxydfilmes, der eine nicht lineare Spannungs-Strom-Beziehung ergibt, verän dert werden kann.
Das Aufbauen solcher Oxydfilme kann durch Vorsehen eines kleinen Schlupfes zwi schen Schleifring und Rollkontakt verringert werden, beispielsweise durch Einstellen der Achse der Rolle etwas quer zur Achse des Schleifringes. Statt dessen oder zusätzlich kann der Kontaktdruck dadurch kon zentriert werden, dass die Kontaktoberfläche des Schleifringes und,/oder des Rollkontaktes konvex ge macht oder am Umfang mit Furchen versehen wird.
Das Schrägsetzen der Rollenachse und das Konvex machen der Kontaktoberfläche und auch des Schleif ringes, mit dem die Kontaktoberfläche in Berührung kommt, ist in den F.ig. 9 und 10 dargestellt, wo 59 den Schleifring und 60 die Rolle bezeichnet. Die Rollenachse 61 ist nach Fig. 10 zur Schleifningachse 62 schräg und die Umfangsoberflächen 63 und 64 der Rolle und des Schleifringes sind etwas konvex.
Die Wahl des Materials für die Kontaktoberflächen des Schleifringes und des Rollkontaktes. hängen von der Form der betreffenden Einrichtung und von den Bedingungen ab, unter denen diese arbeiten müssen.
So können beispielsweise für einige Schleifringma- schinen zufriedenstell'ende Resultate mit Kupfer- Kupfer-, Kupfer-Stahl- oder Stahl-Stahl-Kontakten erreicht werden, während es für andere Maschinen, die sehr geringen Kontaktwiderstand erforderlich ma chen, ratsam sein kann, Silber oder ein anderes Edel metall zu verwenden, das durch Elektroplattieren auf die Kontaktoberflächen aufgebracht wird.
Rostfreier Stahl und rhodiumplattierte Kontaktoberflächen kön nen für ,eine Maschine, die in korrodierender Atmo sphäre arbeiten muss, nützlich sein.
Wenn die Stromübertragungsvorrichtung nach die ser Erfindung in Verbindung mit einem Kommutator benutzt wird, ist zu beachten, dass ein gewisser Betrag an Übergangswiderstand und eine nichtlineare Span nungsbeziehung im allgemeinen für das Erreichen einer allgemeinen Kommutierung vorteilhaft sind. Wie schon erwähnt worden ist, kann der tatsächliche Widerstand eines Metall-Metall-Kontaktes etwas grö sser sein als der berechnete Widerstand, z.
B. infolge Anwesenheit einer Oxydzwischenschicht, und es ist möglich, dass in manchen Fällen der wirklich er reichte Kontaktwiderstand, möglicherweise durch Schmierungserscheinungen unterstützt, für Kommu- tatorbetrieb hinreichen würde. In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, einen Rollkontakt aus Gra phit oder einer Metall-Graphit-Mischung zu verwen den.
Es wird im allgemeinen notwendig sein, vorzu sehen, dass der Rollkontakt das ankommende Kom- mutatorsegment berührt, bevor er den wegbewegten Kommutatorteil verlässt. Und das kann in verschiede ner Weise bewirkt werden.
Beispielsweise können zwei Rollen benutzt werden, wie in Fig. 7, wobei der Rollenabstand um den Kommutator etwas grösser oder kleiner ist als ein geradzahliges Vielfaches des Wickelschnittes am Kommutator. Die Kommutator- segmente können zur Achse der Rolle schräg liegen, wie das :in Fig. 11 dargestellt ist, wo 65 die Rolle, 66 der Kommutator und 67 die schräg angeordne ten Kommutatorsegmente sind.
Es kann aber auch jedes Kommutatorsegment in zwei am Umfang ver setzte Teile unterteilt sein, über denen die Rolle wie eine Brücke liegt, wie das in Fig. 12 gezeigt ist, wo 65 die Rolle, 68 der Kommutator, 69 der eine und 70 der andere Teil der beiden gegeneinander versetz ten Teile eines Kommutatorsegmentes ist, und 71, 72 die entsprechenden Teile eines anderen Kommutator- segmentes sind.
Es ist verständlich, dass die beiden Teile eines jeden Kommutatorsegmentes des letzt genannten Beispiels unterhalb der Kommutatorober- fläche miteinander verbunden sind. Wenn zwei oder mehr Rollkontakte verwendet werden, oder wenn die Kommutatorsegmente unterteilt sind, ist es möglich, in die Verbindungen geeignete Widerstände einzu setzen, die die Funktion des Kontaktwiderstandes von Schleifbürsten zur Förderung der Kommutation übernehmen können.
Auch besteht die Möglichkeit, mit Kommutatoren einen mechanisch umlaufenden Gleichrichter mit Strornübertragungsvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung zu bauen.
Ein leitender Flüssigkontakt oder Kontakte, die ohne Zwischenfügen eines umlaufenden Kollektors benutzt werden und den Rollkontakt berühren, wären frei von dem Nachteil eines Schleifkontaktes.
Aber in vielen Fällen wäre die Benutzung solcher leiten der Flüssigkontakte an sich schwierig oder unmög lich, beispielsweise wenn die Grösse der Maschine es verunmöglichen würde, Leitungen durch die Boh rungen der umlaufenden Welle zu den leitenden Flüs- sigkontakten am einen Ende der Welle zu führen, oder die Welle selbst zu gross ist, um einen Flüssig kontakt um die Welle anordnen zu können.
Weiter würde die Verwendung von Rollkontakten zur Ver einfachung der Gesamtkonstruktion führen, da nur einpolige leitende Flüssigkontakte dann erforderlich sind, nämlich einer für jede Rolle.
Im vorstehenden ist die Erfindung prinzipiell in ihrer Anwendung für die Stromabnahme von Schleif- ringen oder Kommutatoren bzw. für die Stromabgabe an diese beschrieben worden. Es ist zu beachten, dass bei der elektrischen Traktion, wo der Strom zwischen Laufrad und Schiene übergeht, die Stromübertragung zwischen Rad und Zugeinrichtung über einen leiten den Flüssigkontakt von solcher Form erfolgen kann, dass sich gesamthaft eine Stromübertragungsanord- nung nach der vorliegenden Erfindung ergibt.
Des weiteren kann dort, wo bisher ein Schleifkontakt schuh an Stromschienen oder Oberleitungsführungen benutzt worden ist ein wirkungsvolleres Arbeiten da durch erreicht werden, dass eine Vorrichtung nach dieser Erfindung mit kombiniertem Rollkontakt und leitendem Flüssigkontakt verwendet wird.