DE1060031B

DE1060031B - Current collection device for electrical machines

Info

Publication number: DE1060031B
Application number: DEW16753A
Authority: DE
Inventors: Lawrence E Moberly
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1954-06-30
Filing date: 1955-05-25
Publication date: 1959-06-25

Description

Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen, und zwar besonders auf die Stromabnahmemittel solcher Maschinen, die aus Schleifringen oder Kommutatoren und den mit ihnen zusammenarbeitenden Bürsten bestehen.Current collection device for electrical machines The present Invention relates to dynamo-electric machines, and more particularly to the Current collection means of such machines, which consist of slip rings or commutators and the brushes that work with them.

Die Schleifringe und Kollektorlamellen von elektrischen Maschinen sind gewöhnlich aus fast reinem Kupfer oder aus Kupferlegierungen hergestellt. Auf ihnen schleifen Kohlebürsten. Wenn solche Maschinen in großen Höhen benutzt werden, z. B. bei der Luftfahrt, hat es sich gezeigt, daß die Bürsten sich sehr schnell abnutzen und sich in kurzer Zeit in Kohlenstaub auflösen. Dieses Zerstäuben der Bürsten verringert ihre Lebensdauer so sehr, daß es unmöglich ist, gewöhnliche Kohlebürsten in Motoren und Generatoren bei der Luftfahrt zu verwenden.The slip rings and collector lamellas of electrical machines are usually made from almost pure copper or from copper alloys. on carbon brushes grind them. When such machines are used at great heights, z. B. in aviation, it has been shown that the brushes move very quickly wear out and dissolve in coal dust in a short time. This atomizing the Brushes reduce their lifespan so much that it is impossible to use ordinary carbon brushes to be used in motors and generators in aviation.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit hat man die Bürsten mit einer nicht hygroskopischen Metallhalogenverbindung, wie z. B. Bariumfluorid oder Bleijodid, in einer Menge von etwa 2 bis 8% imprägniert. Solche Bürsten haben eine lange Lebensdauer in großen Höhen und sind mit Erfolg angewendet worden. Die erforderliche Bürstenbehandlung ist jedoch verhältnismäßig teuer und hat den Nachteil, daß der Kontaktwiderstand zwischen der Bürste und dem Kollektor anwächst; ebenso steigt auch die Bürstenreibung. Diese Wirkungen sind unerwünscht, weil sie die Bürstentemperatur erhöhen.To eliminate this problem, the brushes have a non-hygroscopic metal halogen compound, such as. B. barium fluoride or lead iodide, impregnated in an amount of about 2 to 8%. Such brushes have a long service life at great heights and have been used with success. The necessary brush treatment however, it is relatively expensive and has the disadvantage that the contact resistance grows between the brush and the collector; brush friction also increases. These effects are undesirable because they increase the brush temperature.

Es ist weiterhin auch an sich bekannt, daß sich durch Zusätze von Nickel innerhalb der Kontaktglieder von Stromabnehmern bzw. durch elektrolytische Plattierung der Stromwenderstege mit Nickel die Reibung und die Abnutzung der Bürsten herabsetzen läßt.It is also known per se that additions of Nickel within the contact members of current collectors or by electrolytic Plating the commutator bars with nickel reduces the friction and wear of the brushes let down.

Man hat nun kürzlich festgestellt, daß diese Behandlung der Bürsten wegfallen kann und daß unbehandelte Kohlebürsten in großen Höhen verwendet werden können, wenn die Kollektoren aus einer Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt werden. Die besten Resultate werden hierbei erhalten, wenn man eine Legierung benutzt, die einen verhältnismäßig hohen Nickelgehalt hat, etwa in der Größe von 55 bis 60°/o. Wenn dabei der Nickelgehalt vermindert wird, wächst aber das Bestreben der unbehandelten Bürsten, zu zerstäuben, an. Hoher Nickelgehalt jedoch erfordert eine verhältnismäßig große Menge von Nickel, das teuer ist und nur in begrenztem Maße zur Verfügung steht. Hoher Nickelgehalt ergibt auch eine Legierung, die einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand besitzt und einen harten Werkstoff darstellt, der bedeutend schwerer zu verarbeiten ist als das Kupfer, welches bisher zu diesem Zweck verwendet wurde.It has recently been found that this treatment of the brushes can be omitted and that untreated carbon brushes are used at great heights if the collectors are made of a copper-nickel alloy. The best results are obtained when using an alloy that has a relatively high nickel content, approximately on the order of 55 to 60%. If the nickel content is reduced in the process, the tendency of the untreated increases Brush, atomize, on. However, high nickel content requires a proportionate large amount of nickel which is expensive and available in limited quantities. High nickel content also results in an alloy that has a relatively high electrical Has resistance and is a hard material that is significantly heavier is to be processed than the copper that was previously used for this purpose.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen zu schaffen, die ein Zerstäuben oder eine schnelle Abnutzung der Bürsten in großen Höhen verhindert und welche die Nachteile der bisher bekannten Lösungen vermeidet.The invention is directed to a power collection device for to create electrical machines that have an atomization or rapid wear and tear the brushing at great heights prevented and what the disadvantages of the previously known Avoids solutions.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß man Schleifringe und Kollektorlamellen aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit niedrigerem Nickelgehalt nur dann verwenden kann, wenn man die Kohlebürsten mit einer geringen Menge eines Metallhalogens behandelt, und zwar mit einer viel geringeren Menge, als dies bisher notwendig war. Erfindungsgemäß ist die Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen so eingerichtet, daß die Schleifringe bzw. Kommutatorlamellen aus einer Legierung von 30 bis 4511/o Nickel und 70 bis 550/o Kupfer bestehen und die dazugehörigen Kohlebürsten mit 1 bis 3 Gewichtsprozent eines nicht hygroskopischen Metallhalogens, z. B. Bariumfluorid, behandelt sind. Es ist festgestellt worden, daß bei einer solchen Ausbildung der Stromabnahmeeinrichtung ein Zerstäuben der Bürsten selbst bei Höhen von etwa 20 000 m nicht eintritt und die Bürsten eine verhältnismäßig hohe Lebensdauer haben. Die Anwendung einer solchen Kupfer-Nickel-Legierung in Verbindung mit Bürsten, die nur einen kleinen Zusatz eines Metallhalogens haben, hat viele Vorteile. So gestattet sie die Anwendung von Legierungen mit verhältnismäßig niedrigem Nickelgehalt, was wegen der hohen Kosten und wegen der nur in begrenztem Maße zur Verfügung stehenden Nickelmengen wünschenswert ist, und die einen geringen Nickelanteil besitzenden Legierungen haben auch einen geringeren elektrischen Widerstand und sind leichter zu verarbeiten. Die Bürstentemperaturen sind auch niedriger, als bei Stromabnahmeeinrichtungen, in welchen in der früher bekannten Weise behandelte Bürsten zusammen mit Kupferkollektoren verwendet werden oder unbehandelte Bürsten in Verbindung mit einer hohen Nickellegierung benutzt werden.The invention is based on the knowledge that there are slip rings and collector lamellas made of a copper-nickel alloy with a lower nickel content Can only be used if you can use the carbon brushes with a small amount of one Treated metal halide, in a much smaller amount than before was necessary. According to the invention, the current collection device for electrical machines set up so that the slip rings or commutator bars are made of an alloy from 30 to 4511 / o nickel and 70 to 550 / o copper and the associated ones Carbon brushes with 1 to 3 percent by weight of a non-hygroscopic metal halogen, z. B. barium fluoride, are treated. It has been found that with such Formation of the current collection device atomization of the brushes even at heights of about 20,000 m does not occur and the brushes have a relatively long service life to have. The use of such a copper-nickel alloy in connection with brushes, which have only a small addition of a metal halogen has many advantages. So it allows the use of alloys with a relatively low nickel content, what because of the high costs and because of the limited availability Amounts of nickel is desirable, and those have a low nickel content Alloys also have a lower electrical resistance and are easier to work with. The brush temperatures are also lower than with current collection devices, in which brushes treated in the previously known manner together with copper collectors used or untreated brushes in connection with a high nickel alloy to be used.

Die Kombination von behandelten Bürsten mit einer solchen verhältnismäßig wenig Nickel besitzenden Legierung hat den weiteren wesentlichen Vorteil, daß keine oder nur eine kurze Anwendung der Kombination in Meereshöhe erforderlich ist, bevor sie in großer Höhe angewendet wird. Bei der Anwendung von in früherer Weise behandelten Bürsten bei Kupferkollektoren ist eine ausgedehnte Periode der Benutzung in Bodennähe bei voller elektrischer Last erforderlich, um den notwendigen Film auf der Oberfläche des Kollektors zu bilden, bevor die Anwendung in großer Höhe statthaft ist. Mit den neuen Kollektoren und den hierfür angegebenen Bürsten ist jedoch keine Benutzung in Bodennähe erforderlich, und es wird eine lange Lebensdauer bei ihrer Benutzung in großer Höhe erreicht. Die Lebensdauer der Bürsten ist größer, als dies bei den früheren behandelten Bürsten und Kupferkollektoren der Fall war, und sie ist größer, als dies bei unbehandelten Bürsten in Verbindung mit Kollektoren aus hochnickelhaltigen Legierungen der Fall war, und zwar sowohl bei einer großen Höhe als auch in Bodennähe oder bei einer geringen Höhe.The combination of treated brushes with such a proportion Alloy with little nickel has the further significant advantage that none or just a brief application of the combination at sea level is required before it is used at high altitudes. When using previously treated Brushing on copper collectors is an extended period of use near the ground at full electrical load required to get the necessary film on the surface of the collector before it can be used at great heights. With however, the new collectors and the brushes specified for them are not used required close to the ground, and it will have a long service life in their use reached at a great height. The life of the brushes is longer than that of the earlier treated brushes and copper collectors was the case, and it is larger, than with untreated brushes in connection with collectors made of high nickel content Alloys was the case, both at great heights and near the ground or at a low altitude.

Die Vorteile der Erfindung sind beschrieben worden in bezug auf ihre Wirkung bei großer Höhe, aber die Erfindung, ist auch vorteilhaft für viele Anwendungen in Bodennähe und dürfte die Lebensdauer der Bürste auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen anderer Art vergrößern.The advantages of the invention have been described in relation to theirs Effect at high altitude, but the invention is also beneficial for many applications close to the ground and should extend the service life of the brush even under unfavorable operating conditions enlarge another kind.

Claims

PATENT CLAIM: Current collection device for electrical machines with slip rings or commutator bars made of a copper alloy and brushes which are provided with a metal halogen, characterized in that the slip rings or commutator bars consist of an alloy of 30 to 45% nickel and 70 to 550 / o copper and the associated carbon brushes are treated with 1 to 3 percent by weight of a non-hygroscopic metal halogen. Documents considered: Swiss Patent No. 271 220; British Patent No. 331396; . USA. Patent Nos 1,714,564, 2,414,514; "Hut", Vol. I, 27th edition, Berlin 1949, Verlag Wilhelm Ernst and Son, p. 851, item 5.