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Stromabnahme-Einrichtung eines Mikromotors Die Erfindung bezieht sich
auf eine Stromabnahme-Einrichtung eines Mikromotors, bestehend aus einem auf der
Rotorwelle sitzenden Kommutator und um den Kommutator herum feststehend angeordneten
metallischen Bürstenhaltern, die je eine an die Spannungsquelle angeschlossene,
als Draht ausgebildete Bürste tragen, die in gleitendem Kontakt mit dem Kommutator
steht.
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Mikromotore mit sehr kleinen Abmessungen finden in großem Umfang in
automatischen Steuervorrichtungen sowie in kleinen Tonbandgeräten Verwendung. Im
Hinblick auf die geringen Abmessungen dürfen die Kommutatoranordnungen derartiger
Mikromotore nur sehr kleine Verluste aufweisen, sie müssen ferner einfach aufgebaut
sein und eine hohe Lebensdauer besitzen. Die bisher für die Kommutatoranordnungen
verwendeten Legierungen aus Silber-Kupfer, Phosphorbronze u. dgl. ergeben jedoch
nur eine sehr begrenzte Lebensdauer, da die Bürsten und der Kommutator im Betrieb
einem starken mechanischen Verschleiß und infolge der Funkenbildung auch einem hohen
elektrischen Abbrand unterliegen.
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Man hat seit längerer Zeit schon Versuche gemacht die Bürsten eines
Mikromotors als Drähte auszubilden, um die Bürstenkonstruktion zu vereinfachen und
die Reibungsverluste zu vermindern. Eine Schwierigkeit bei der Verwendung derartiger
drahtförmiger Bürstenelemente in Kommutatoranordnungen von Mikromotoren liegt jedoch
in der raschen Zerstörung des Kommutators und der Bürsten infolge des Abriebs, wodurch
sich nur eine sehr begrenzte Lebensdauer des Kommutators ergibt. Demgemäß hat man
derartige Kommutatoranordnungen bisher nur in Mikromotoren für Spielzeuge u. dgl.
verwendet, nicht jedoch in Fällen, in denen es auf eine hohe Lebensdauer ankommt.
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Es liegt auf der Hand, daß die drahtförmigen Bürsten eines Mikromotors
möglichst dünn hergestellt werden und daß im Hinblick auf die Reibungsverluste ein
möglichst geringer Kontaktdruck zweckmäßig ist. Im Augenblick finden jedoch mit
Rücksicht auf den Reibungsverschleiß der Bürsten und die durch die Funkenbildung
verursachten Abbranderscheinungen verhältnismäßig starke Bürsten Verwendung; die
Folge sind hohe Reibungsverluste zwischen Kommutator und Bürsten, was den Wirkungsgrad
des Mikromotors äußerst ungünstig beeinflußt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kommutatoranordnung
für einen Mikromotor zu entwickeln, bei der die vorstehend beschriebenen Mängel
vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Stromabnahme-Einrichtung
eines Mikromotors der genannten Bauart die Kommutatorsegmente aus einer an sich
bekannten Legierung bestehen, die 80 bis 600/, Silber und 20 bis 400/, Palladium
enthält, während die einen Durchmesser von 0,05 bis 0,25 mm aufweisenden Bürstendrähte
aus einer Legierung bestehen, die entweder 95 bis 7011/0 Platin und 5 bis 30 °/o
Iridium oder 50 bis 80 °/o Gold, 5 bis 20 °/o Platin und 10 bis 15 °/o Kupfer enthält.
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Silber-, Platin- und Goldlegierungen werden zwar in der Elektrotechnik
beispielsweise für die Herstellung von Kontakten vielfach verwendet, jedoch war
der Einsatz der vorstehend definierten Legierungen für die Kommutatorsegmente und
Bürstendrähte in der speziell gewählten Kombination noch unbekannt. Gerade diese
Kombination aber bringt die wesentliche Erhöhung der Lebensdauer der erfindungsgemäßen
Stromabnahme-Einrichtung.
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So sinkt, wie weiter unten näher ausgeführt wird, die Lebensdauer
einer erfindungsgemäßen Stromabnahme-Einrichtung beträchtlich, wenn die für= die
Bürstendrähte und die Kommutatorsegmente verwendeten
Legierungen
vertauscht werden. Bei bekannten Mikromotoren mit drahtförmigen Bürsten bestehen
die Bürstendrähte aus 97%igem Gold.
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Die erfindungsgemäßen Bürsten von 0,05 bis 0,25 mm Durchmesser zeichnen
sich durch eine hohe Elastizität aus und können auf diese Weise Vibrationen des
Kommutators auffangen.
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-In der Zeichnung ist die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel
veranschaulicht.
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Es bezeichnen 1 das zylindrische Gehäuse eines Mikromotors, 2 die
Rotorwelle und 3 den Kommutator, dessen Segmente aus einer Legierung aus
700/,
Silber und 300/0 Palladium bestehen; mit 4 sind die Bürsten bzw. Bürstenelemente
bezeichnet. In dem Gehäuse 1 ist eine ringförmige Bürstenarmatur 5 aus Isolierstoff'
vorgesehen, die metallische Bürstenhalter 6 trägt, welche mit der einen Stirnseite
der Bürstenarmatur 5 über Schrauben 7 auf diametral einander gegenüberliegenden
Seiten des Kommutators 3 verbunden sind. Die Bürstenhalter 6 tragen je einen Ansatz
8, an dem drahtförmige Bürstenelemente 4 angeschweißt sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Bürstenelemente
4 aus Drähten von 0,1 mm Durchmesser einer Legierung, die 800/0 Platin und 200/0
Iridium enthält und eine Vickers-Härte von etwa 270 aufweist. Die Bürstenarmatur
5 ist mittels Schrauben 9 befestigt, die gegenüber dem Gehäuse 1 durch Isolierstoffbuchsen
10 isoliert sind und von außen angezogen werden können. Die Schrauben 9 sind elektrisch
mit den die elektrischen Bürstenhalter 6 an der Armatur 5 festlegenden Schrauben
7 verbunden und dienen als Anschlußklemmen für die jeweilige Bürste.
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Die erfindungsgemäße Kombination der Materialien der Segmente des
Kommutators 3 und der Bürstenelemente 4 ist ein sehr wesentlicher Faktor für die
Lebensdauer des Kommutators. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wurde eine
Lebensdauer von über 4000 Stunden erzielt bei Verwendung einer Legierung von
700/, Silber und 300/,) Palladium für die Kommutatorsegmente und einer Legierung
von 80 % Platin und 20 0/0 Iridium für die Bürstenelemente 4. Um eine derartige
Lebensdauer zu garantieren, soll die Legierung für die Kommutatorsegmente zweckmäßig
80 bis 60 0/0 Silber und 20 bis 40 0/0 Palladium und die Legierung-für die Bürstenelemente
zweckmäßig 95 bis 70 0/0 Platin und 5 bis 30 0/0 Iridium enthalten.
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Es zeigte sich, daß ähnlich gute Ergebnisse erreicht werden, wenn
die Legierung für die Bürstenelemente 50 bis 800/, Gold, 5 bis 200/, Platin,
10 bis 1501,
Kupfer und einige Prozent Restbestandteile enthält. Beispielsweise
wurde eine Lebensdauer von über 4000 Stunden bei einem Kommutator 3 erreicht, dessen
Segmente aus einer Legierung von 700/0 Silber und 300/0 Palladium bestanden, während
die Bürstenelemente 4 von 0,1 mm Durchmesser aus einer Legierung hergestellt waren,
die im Handel unter der Bezeichnung »Pallini«c erhältlich ist und die 58"/, Gold,
160/, Platin, 90/0 Silber, 120/0 Kupfer, 411/, Palladium und 10/0 Zink enthält.
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Die Lebensdauer des Kommutators hängt zwar auch stark von dem Kontaktdruck
zwischen den Kommutatorsegmenten und den Bürsten sowie vom Durchmesser der Bürstenelemente
ab; die wesentlichste Einflußgröße stellt jedoch die Kombination der Materialien
für die Kommutatorsegmente und die Bürsten dar. Es zeigte sich, daß dann, wenn die
genannten Materialien gerade in der umgekehrten Kombination, wie oben beschrieben,
Verwendung fanden, die Lebensdauer außerordentlich zurückging und -die Verwendung
der genannten hochwertigen Materialien praktisch bedeutungslos machte.
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Der Kontaktdruck zwischen dem Kommutator und den Bürsten, der - wie
erwähnt - die Lebensdauer des Kommutators bei Mikromotoren gleichfalls mitbestimmt,
beeinflußt auch die Stromzufuhr zu den Windungen der Rotorwicklung. EineVermimderung
des Kontaktdruckes der Bürsten wirkt sich vorteilhaft auf die infolge der Reibung
zwischen dem Kommutator und den Bürsten auftretenden mechanischen Verluste aus.
In elektrischer Hinsicht hat diese Verminderung des Kontaktdruckes infolge der dadurch
eintretenden Erhöhung des elektrischen Widerstandes einen ungünstigen Einfluß. Unter
diesen Umständen muß ein zweckmäßiger Kompromiß zwischen den Reibungsverlusten und
den durch den elektrischen Übergangswiderstand bestimmten elektrischen Verlusten
geschlossen werden.
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Im praktischen Betrieb vibriert der Kommutator bei der Drehbewegung
in einem mehr oder weniger starken Maß. Ferner ändert sich bei der Abnutzung des
Kommutators allmählich die Vorspannung der Bürstenelemente und damit auch der Kontaktdruck.
Um diese schädlichen Einflüsse möglichst klein zu halten, müssen die Bürstenelemente
eine hinreichende Elastizität besitzen. Dies könnte durch eine Verminderung des
Durchmessers der Bürstenelemente bis auf einen sehr geringen Wert erreicht werden,
was jedoch wiederum ihre Lebensdauer stark beeinträchtigen würde. Es hat sich gezeigt,
daß bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Kommutators mit der beschriebenen Legierungskombination
ein Kontaktdruck von 0,5 bis 3 g zweckmäßig ist um einen guten Stromübergang zwischen
den Bürstenelementen und den Kommutatorsegmenten zu erzielen. Bei einem derartigen
Kontaktdruck kann mit Bürstenelementen, die als Drähte mit einem Durchmesser von
0,05 bis 0,25 mm ausgebildet sind, eine hinreichende Elastizität erreicht werden.
Der Kontaktdruck von 0,5 bis 3 g kann im allgemeinen durch eine stärkere Vorspannung
dieser Drähte auch dann erreicht werden, wenn die Drähte dünn genug ausgebildet
sind, um eine hinreichende Elastizität zu besitzen. Derartige dünne Bürstenelemente
können jedoch angesichts des starken Verschleißes, dem die Elemente im Betrieb unterworfen
sind, nur eine begrenzte Dauer Verwendung finden. Es sei hervorgehoben, daß die
Verwendung von Bürstenelementen mit einem Durchmesser von nur 0,05 bis 0,25 mm allein
durch die erfindungsgemäße Materialkombination ermöglicht ist.
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Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen somit
in der erheblichen Verringerung der Abmessung, der leichten Herstellung und der
hohen Lebensdauer des Kommutators, wobei Präzisionsarbeiten sowohl bei der Herstellung
als auch bei der Wartung während des Betriebs in Wegfall kommen.