DD217668A1

DD217668A1 - Metallbuerste fuer kleine kommutatormaschinen

Info

Publication number: DD217668A1
Application number: DD25251883A
Authority: DD
Inventors: Peter Schubert; Eckehard Bunzel; Eberhard Paulig; Peter Stupin; Theodor Berger
Original assignee: Elektromasch Forsch Entw
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1985-01-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Metallbuerste fuer kleine Kommutatormaschinen, insbesondere fuer schnellaufende Gleichstrommaschinen mit eisenlosem Laeufer. Ziel der Erfindung ist die Verringerung des elektrischen Verschleisses des Kommutatorapparates von kleinen Kommutatormaschinen. Aufgabe der Erfindung ist die Verlaengerung der Kontaktzeit beim Uebergang der Buerste von einer Lamelle sowie Vermeidung von Kontaktunterbrechungen durch Prellen der Metallbuersten. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass zusaetzlich zu den Metallbuersten in der Kontaktzone Kohlefasern unterschiedlicher Struktur, die elektrisch leitend mit den Metallbuersten verbunden sind, angebracht werden. Die Erfindung kann sowohl bei Schleifkontakten als auch bei Schaltkontakten allg. wie z. B. bei Relais angewendet werden. Fig. 4

Description

Titel der Erfindung ^!

Metallbürste für kleine Kommutatormaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Metallbürste für kleine Kommutatormaschinen, insbesondere für schneilaufende Glei^hstrommaschinen mit eisenlosem Läufer, bei denen aus Gründen der guten Regelbarkeit und des großen Stellbereiches kleine Übergangsspannungen zwischen Kommutator und Büraten und ein geringes Re±bmoment durch die auf dem Kommutator schleifenden Bürsten gefordert werden. .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Schnellaufenden Kommutatormaschinen stellt sich ab einer .Strombelastng des Kommutators größer 0,5 A. eine rasche Verkürzung der Lebensdauer ein durch ,elektrischen Verschleiß des Kontaktapparates. Sie wird durch die betriebsbedingte, ungleichmäßige Kontaktgabe zwischen Kommutator und Bürsten verursacht.

Zur Verringerung des Verschleißes am Kontaktsyatem von Kleinstmaschinen sind bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen wor- *, den. ' '

Ss sind zahlreiche Lösungen zur Bedämpfung der Bürstenschwingun- * genbekannt wie z. B. durch ein zusätzliches, aufliegendes Metallband (DS-OS t 946 451) oder durch Einbetten einzelner Bürstenfinger an einer Stelle in Silikonkautschukmasse (DD-PS 134 170).

Mit diesen .Maßnahmen soll erreicht werden, daß die Metallbürsten nicht prellen, da das Abheben der Bürste stets das Schal-'ten .des Läuferstromes bedeutet, wodurch die Kontakte besonders schnell verschleißen, Diese Lösungen haben mehrere Nachteile. Die bei Metallbürsten gegebene geringe Berührungsfläche wird nicht vergrößert. Die Eontaktgäbe Metallbürste - Kommutator ist weiterhin praktisch linienförmig und damit die Kontaktbelastung groß. ?or allem s:teht die Kontaktzeit beim Übergang der Metallbürste von einer Kommutatorlamelle zur anderen in zu kleinem Verhältnis zur notwendigen Kommutierungszeit (Stromwendezeit), die durch die Induktivitäten der Läuferspulen wesentlich mitbestimmt werden.

Eine andere Maßnahme zur Verringerung des Verschleißes ist das Schmieren des Kontakt syst ems. inch hierfür werden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Hach DB-OS 2. 845 32.7 wird die Schmierung: z. B. dadurch erreicht, daß zusätzlich zu den Metallbürs.ten potentialfrei zwei Graphitstücke auf dem Kommutator schleifen. Auf diese Weise entsteht, ein PiIm aus kolloidalem Graphit, der zur Schmierung dient. Man hat auch versucht, die Metallbürsten mit einer dünnen Weichmetallschicht zu überziehen, die ebenso zur Schmierung dient (DD-PS 76 044).

Weil die Schmierteilchen die Vertiefungen der Kontaktstücke ausfüllen, wird auch, die wirksame Kontaktfläche zwischen Bürsten und Lamellen etwas vergrößert. Da: die Berührungsstelle zwischen Kommutator und Lamelle bei Mikromotoren mit schmalen Metallfedern als Bürsten jedoch weiterhin im wesentlichen linienförmig' bleibt·, wird keine Verlängerung der Kommutierungszeit erreicht. Ein wesentlicher Sachteil dieser Lösungen bei ihrer Anwendung in kleinmaschinen ist ferner, daß die zusätzlichen Schmierteilchen auch ein zusätzliches Reibmoment verursachen, was zur Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften der Motoren führt. . .

Eine andere Möglichkeit der Schmierung besteht darin,. Kommutator und Metallbürsten zu fetten und z. 3. zur Verbesserung der' Leitfähigkeit des Schmierfilms diesem Metalltelichen als Sus-

pension zuzusetzen (AT-PS 325 709). Me Nachteile aller derar- , tigen Lösungen zur Schmierung sind, daß die Fette mit der Zeit ihre Viskosität ändern und kein Schmiermittel mehr zur Kontaktstelle nachfließt bzw. bei stärkeren Belastungen der Schmierfilm (und das Fettdepot) zerstört werden können und dadurch die ifirksamkeit der Schmierung nicht mehr vorhanden ist. Außerdem sind diese Maßnahmen gegen das Prellen wirkungslos und der elektrische Verschleiß beim Abheben der Metallbürsten wird nicht y» verhindert. . /

Bei größeren Gleichstrommaschinen, die die Anwendung herkömmlicher Kohlebürsten gestatten, sind zur Verringerung des Bürsten- , Verschleißes u. a. spezielle Ausführungen der Bürsten vorge- , schlagen worden. Kennzeichnend für diese Ausführungen ist, daß ^; : entweder Kohlefasern (DE-OS 2 309 660) oder Kohlefolien (DE-OS 2- 147 938) zum Aufbau der Bürsten verwendet werden. Um die Leitfähigkeit dieser Bürsten zu erhöhen, werden die Kohlefasern oder -folien auch metallisiert. Durch Verwendung elastischer Fasern oder Folien erreicht man bessere Gleit- und Kontakteigenschaften als bei den bisher üblichen massiven Kontaktstücken» Die , Anwendung dieser Lösungen auf Kleinstmaschinen ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Zunächst atehen dem die kleinen Abmessungen des Kontaktapparates entgegen, die vor allem zu der Verwendung von den z. Z. üblichen Metallfedern (oder Metalldrähten) als Srste geführt haben. Außerdem ist die Leitfähigkeit der Kohlefasern"zu klein. Schon bei den o. g. Ausführungen für große Gleichstrommaschinen mußten metallisierte Fasern verwendet werden. Die Herstellungstechnologie dieser Bürsten ist kompliziert und teuer.

Ziel der Erfindung

Ziel der E_rfindung ist die Verringerung des elektrischen Ver- " achleißes des Kommutatorapparates von kleinen Kommutatormaschinen, ' ·.

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht, ausgehend von den derzeit. bei Mikr©motoren verwendeten Edelmetallkontakten in Form von Bürstenfedern oder ν Drähten darin,, daß durch zusätzliche Maßnahmen die Kontaktzeit beim Übergang der Bürste von einer Lamelle verlängert wird und totale Kontaktunterbrechungen beim h Prellen"der Metallbürste vermieden werden, wobei das vom Bür- stensystem verursachte Reibmoment nicht oder nur- unwesentlich vergrößert werden darf. ' .

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zusätzlich zu den Metall- ^ ' bürsten in.der Kontaktzone Kohlefasern unterschiedlicher Struktur, die elektrisch leitend mit den Metallbürsten verbunden sind, angebracht werden. So entstehen neben dem eigentlichen Metallkontakt noch eine Vielzahl einzelner Berührungspunkte zwischen Metallbürste und Lamelle. Als Kohlefaserstrukturen kommen Kohlefaserpinsel, -gewebe, -filz, -flies oder auch -samt in Betracht.;

Durch die Kohlefasern entstehen neben dem Metallkontakt zahlreiche Kontaktpunkte in der Kommutierungszone. Der Kontakt Metallbürste - Lamelle ist nun nicht mehr linienförmig. Der Übergang der Metallbürsten von Lamelle zu Lamelle erfolgt nicht mehr abrupt sondern es wird zunächst die auflaufende Lamelle

s^ von Kohlefasern berührt und so der Kommutierungsvorgang allmählich eingeleitet. Die ablaufende Lamelle hingegen hat, wenn der Metallkontaktι bereits'aufgetrennt ist, noch mit den Kohlefasern Berührung, so daß der Kommutierungsvorg'ang nicht plötzlich, son-. .dem allmählich endet. Desgleichen wird beim Prellen der Metallkontakte der Ankerstrom "nicht.mehr zu-und abgeschaltet.und es treten keine Schaltüberspannungen auf, da stets, noch eine Viel-

^v zahl von- Kohlefasern Kontakt zum Kommutator haben. Der Kontakt-, widerstand zwischen Kommutator und Kohlefasern ist selbstverständlich· größer als der des Sdelmetallkontaktes selbst, was · jedoch nicht störend ist. Beim Abheben (Prellen) der Metallbürsten muß z. B. nur gesichert werden, daß die Schaltspannung unter der Zündspannung, von Lichtbogen (sog. kurze Bögen oder plasmafreie Lichtbogen) bleibt, damit kein elektrischer Abbrand

auftritt. Das ist auch "bei relativ hochohmigen Kontaktwider- . ständen möglich. Die Einsatzspannung für "kurze Bögen" liegt bei ca, 6 V. Im Pail der Beeinflussung des Kommutierungsvorganges ist ein höherer Kontaktwiderstand am Anfang und Ende des Kommutierungsvorganges sogar von Vorteil. Die auf- und ablaufenden Lamellenkanten werden dann elektrisch nicht so stark belastet. Außerdem wird der in dem durch Metallbürste und kommutierende Spule gebildete Kurzschlußkreis fließende Strom durch die hochohmige Verbindung besser gedämpft. Selbstverständlich kann, falls der Widerstand der Kohlefasern zu groß ist, auf metallisierte Kohlefasern oder.auf Gemische von Metall und Kohlefasern zurückgegriffen werden.

Wenn die Kohlefaserstruktur mit den Metallbürsten auch mechanisch verbunden ist, tritt als zusätzlicher Effekt auch noch eine Dämpfung der mechanischen Bürstenschwingungen auf, so daß PrellSchwingungen weniger häufig auftreten. Es wurde jedoch gefunden, daß diese mechanische Verbindung Metallbürste - Kohlefaserstruktur nicht als Voraussetzung für die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen. Lösung notwendig ist. Die Kohlefasern können ebenso getrennt, axial neben den Metallbürsten angeordnet sein. Dies zeigt, daß der verschleißmindernde Effekt auch nicht durch Schmierung der Gleitkontakte mit Graphitpartikeln erfolgt, sondern tatsächlich die elektrischen Vorgänge wie beschrieben beeinflußt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig.' 1: den Querschnitt durch ein Kommutierungssystem bestehend aus einem Kommutator und einer Metallbürste nach der Erfindung, bei der die Kohlefasern die gesamte Metallbürste bedecken.

Pig. Z: den Querschnitt durch ein Kommutierungssystem nach Pig. 1 mit einer anderen Metallbürste nach

der Erfindung "bei der die.Kohlefasern nur im Bereich, der Auflagefläche angeordnet sind.

Pig. 3: Vorderansicht von einem Ko.mmutierungssystern nach lig. T. mit einer Metallbürste nach der Erfindung, bei der die Kohlefasern in Form eines Pinsels parallel zu der Bürste geschal-' ... . tet sind und sie nicht berühren.

Pig. 4: Seitenansicht des Kommutierungssystems nach ' Pig. 3.

In der Zeichnung ist t eine Metallbürste. Sie bildet mit einem Kommutator 2. das Kommutierungssystem (die zweite Metallbürste ist nicht dargestellt). 3- sind die Kohlefasern.

In Pig. 1/ bedecken die Kohlefasern 3 in Form ζ. B. eines Kohlefasergewebes die Gesamtoberfläche der Metallbürste 1. In ' Pig. 2- bedecken die Köhlefasern 3 in Form z. B. eines Kohlefa- .·. ' · · . .' .. . \ " . ·

sersamtes dagegen nur den Bereich der Auflagefläche. Die Kohlefasern 3 sind in den beiden Figuren elektrisch und mechanisch mit der. Metallbürste T verbunden. Die Kohlefasern 3. bilden einen parallel geschalteten, elastischen, mehrfach punktförmigen, höherohmigen Hilfskontakt, der auch dann noch wirksam wird, wenn die Metallbürste leicht abhebt. Die Bürstenüberdeckung wird im erforderlichen MaBe vergrößert, was ebenfalls die Kommutierung erleichtert. Außer der elektrischen Bedämpfung ungewollter Schaltvorgänge verursacht durch Bürstenabheber, tritt durch die mechanische Verbindung zwischen Metallbürsten 1 und Kohlefasern 3 auch eine Schwingungsdämpfung. · . · .

Pig. 3 und Pig. 4 zeigen ein Kommutierungssystem, bei dem die Kohlefasern 3 (in der Zeichnung als Kohlefaserpinsel dargestellt) in Abstand, axial von der Metallbürste 1 angeordnet sind. Hier ist deutlich die elektrische Verbindung 4 zwischen Metallbürste 1, und Kohlefasern 3 zu sehen, dagegen fehlt die mechanische Ver- · bindung zwischen diesen. ·

Grundsätzlich können die Kohlefasern 3 in allen dargest; Fällen verschiedene Strukturen haben wie Kohlefaserpins·: webe, -filz, -samt, -flies.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur auf Schleifko: beschränkt. Sie kann vielmehr auf Schaltkontakte allg. .: det werden wie z. B. bei Relais.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims

Erfindungsanspruch . !

1. Metallbürste für kleine Kommutatormaschinen, dadurch gekenn- - zeichnet, daß ihr mitschleifende und mit ihr elektrisch Yerbundene,Kohlefasern zugeordnet sind.

2. Metallbürste nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mitschleifenden Kohlefasern in Abstand, axial von der Metallbürste angeordnet sind.

3. Metallbürste nach Punkt t, dadurch gekennzeichnet, daß die mitschleifenden Kohlefasern in mechanischem Kontakt mit der Metallbürste stehen, indem sie ihre ganze Oberfläche oder nur den Bereich der Auflagefläche bedecken«

* 4. Metallbürste nach Punkt 1, 2. und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern Kohlefasergewebe, -filz, -samt, -flies, -pinsel sind. '

5. Metallbürste nach Punkt 1,2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Kohlefasern Metallfaden, eingelagert oder die Kohlefasern metallisiert sind.

ii.-zü 1 Saite Zeichnungen