DE1488422A1 - Kommutatormaschine - Google Patents

Description

• Kommutatormaschine Die Erfindung bezieht sieh auf die Verbesserung der Kommutierung in elektrischen Kommutatormaschinen, insbesondere auf die Unterdrückung (d.h. die' Ausschaltung oder Vermeidung) der Funkenbildung, die bei einer mangelhaften Kommutierung auftritt. Wenn die Kommutierung in irgendeiner Wicklung einer derartigen Maschine mangelhaft ist, so tritt in dem Augenblick, wenn die der Wicklung zugeordnete Kollektorschiene den Kontakt zur Bürste unterbricht, eine plötzliche Stromänderung in der Wicklung auf, die aufgrund der Induktivität der Wicklung die Selbstinduktion einer Spannung zur Folge hat, die so groß sein kann, daß sie einen Funkenüberschlag zwischen der Kollektorschiene und der Bürste bewirkt. Diese Funkenbildung ist unerwünscht, da sie zu einem Verschleiß der Bürste und des Kollektors führt und die dadurch erzeugte Aufrauhung der Kollektoroberfläehe die Abnutzung der Bürste verstärkt, die beim Umlauf des Kollektors auftritt. Die schnelle Stromänderung ist mit einer Änderung der Stärke des Magnetflusses verbunden, der die Wicklung durchsetzt und folglich mit einer Änderung der Energie, die in dem Magnetfeld gespeichert ist. Der Unterschied zwischen den gespeicherten Energien vor und nach dem Auftreten eines Funkens ergibt die Energie, die durch den Funken verbraucht wird. Die Erfindung geht von einer Idee aus, von der angenommen wird, daß sie einen neuen Beitrag zu dem Problem der Funkenunterdrückung liefert, wobei die Stärke und der Verlauf des Kraftflusses fixiert werden (freezing or frapping), der mit der Wicklung verbunden ist, und zwar in der Zeitspanne, in der sich der Strom schnell ändert, Die gespeicherte Energie wird dadurch konstant gehalten, zumindest in der kurzen Zeitspanne, in der ein Funken auftreten würde, und es ist daher nur eine geringe oder gar keine Energie zur Funkenbildung vorhandene Die Funkenbildung ist demzufolge verringert oder ausgeschaltet. Die Vorrichtung zum Abfangen des Kraftflusses gemäß der Erfindung weist ein blechförmiges leitfähiges Material auf, das, in einer Flußzone angeordnet ist, die die Wicklungen des Ankers einer Kommutatormaschine derart umgibt, daß jegliche Neigung des Flusses in dieser Zone zu einer plötzlichen Änderung bewirkt, daß in dem Material Wirbelströme fließen, die einer solchen Änderung entgegenzuwirken suchen, wobei die Blechdieke des Materials so gewählt ist, daß für den Fall, daß diese Zone ebenfalls ein Kraftfluß durchquert, der sich bei normalem Betrieb der Maschine verhältnismäßig langsam ändert, das Material nur relativ geringen oder gar keinen Einfluß in Bezug auf die langsame Flußänderung hat. Es wird noch dargelegt, daß es eine einfach bestimmbare Dicke oder Stärke oder einen Dickenbereich gibt, der diese zuletzt genannte Bedingung erfüllt.
• Diese Auswahl der Dicke ist erforderlich, damit der Einbau der Vorrichtung zum Abfangen der Kraftlinien zu keinen Auswirkungen führt, die den Betrieb der Maschine unerwünscht beeinträchtigen. Bestimmte Kraftflüsse in der Maschine müssen sich im Verlauf des Betriebs der Maschine ändern, und zwar verhältnismäßig langsam im Vergleich zu den plötzlichen Flußänderungen, die zur Funkenbildung Anlaß geben. Wenn diese Kraftlinien das Blechmaterial zum Abfangen der Kraftlinien durchsetzen, ohne daß dessen Dicke richtig ausgewählt ist, treten in diesem Wirbelströme auf, die so stark sein können daß sie einen unerwünschten Energieverlust und eine übermäßige Erwärmung der Vorrichtung zum Abfangen der Kraftlinien bewirken. Demzufolge muß entweder das Material zum' Abfangen der Kraftlinien so angeordnet werden, daß es die Kraftlinien, nicht aufnimmt, die sich bei normalem Betriebsablauf der Maschine ändern, oder die Vorrichtung zum Abfangen der Kraft-Linien muß so-ausgeführt sein, daß sie- keinen- Einfluß auf - die erforderlichen- Floßänderungen. ausübt, während' sie gleichzeitig -den Flußänderungen entgegenarbeitet, die die Funkenbildung verursachen. Selbst wenn das Material zum Abfangen der Kraftlinien auf dem umlaufenden Anker der Maschine vorgesehen ist, sollte es jedoch keine geschlossene Strombahn bilden, in die durch die Bewegung des Ankers in dem Hauptarbeitsfeld der Maschine eine Spannung induziert werden könnte, auch wenn das Kraftfeld in dem letzteren konstant ist. Im allgemeinen sollte die Form und das Ausmaß eines einzelnen die Kraftlinien abfangenden Bleches so festgelegt sein, daß es eine leitfähige Bahn bildet, in der die Wirbelströme so fließen können, daß sie die Kraftlinien oder einen Teil der Kraftlinien einkreisen, die das Blech einfangen soll. Es können aber auch eine Reihe von passend angeordneten Blechen untereinander verbunden werden, um eine solche Bahn über deren Zwischenverbindungen zu schaffen. Es ist ferner erwünscht, daß das Blechmaterial zum Abfangen der Kraftlinien so nah wie möglich an einer Wicklung angeordnet wird, die den abzufangenden Kraftfluß erzeugt. Dies hat seinen Grund darin, daß das magnetische Feld in der Regel in der Nähe der Wicklung am stärksten ist. Bei einem geradlinigen stromführenden Leiter ist beispielsweise die Stärke des Kraftflusses an einer Stelle in der Nähe umgekehrt proportional zum Abstand der Stelle von der Achse des Leiters. Die in einem Kraftfeld gespeicherte Energie ist proportional zum Quadrat der Flußstärke, und die Energiedichte ist daher umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der Stelle von der Achse des Leiters. Um daher den größten Teil der Energie abzufangen, die von dem Strom in dem Leiter ausgeht, sollte ein Blech zum Abfangen der Kraftlinien sich so nah wie möglich an dem Leiter befinden. Wenn ein Wirbelstrom in einer geschlossenen Bahn fließt, sucht er den Gesamtkraftflu8 ":abzufangen" i der diese Bahn durchsetzt, jedoch nicht zwangsläufig dessen "Streuung oder Zweige. Dh., daß bei einer Änderung des Gesamtfeldes des Wirbelström"einen Kompensationsfluß zu erzeugen sucht, dessen Größe von der Größe der Änderung abhängt, dessen Streuungen sich jedoch von der ursprünglichen Streuungsform unterscheiden können. Es kann jedoch gezeigt werden, daß die ein bestimmtes Raumvolumen durchsetzende Energie nicht nur von der Gesamtfeldstärke, sondern auch von dAr Feldverteilung abhängig ist. Es ist daher erforderlich, d aß die Vorrichtung zum Abfangen der Kraftlinien, die gemäß der Erfindung vorgesehen ist und zur Aufgabe hat, die gespeicherte Energie während der Zeitspanne konstant zu halten, in der sonst ein Funken auftreten könnte, sowohl die Stärke als auch den Verlauf des Feldes, wie vorstehend erwähnt, beeinflußt. Der einfachste Weg, um dies zu erreichen, besteht darin, das Blechmaterial zum Abfangen der Kraftlinien derart anzuordnen daß es die Kraftlinien unter einem rechten Winkel schneidet. Es ist exper@@entell erwiesen, daß ein Wirbelstrom in einem leitfähigen Blech in einer solchen Verteilung und Dichte fließt, daß er die Kraftlinien vollständig in der Ebene de@ Bleches abzufangen sucht. Wenn nämlich das Blech unter einem rechten Winkel zu dem Kraftfluß verläuft, so findet der Abfang-Vorgang in einem vorteilhaften Ausmaß auch in dem Raum in der Nähe des Bleches statt. Wenn die Anordnung des Materials zum Abfangen der Kraftlinien unter einem rechten Winkel zu den Kraftlinien aus Kosten- oder Herstellungsgründen unzweckmäßig ist, so ist die "Abfangwirkung" weniger günstig, wenn nicht d@@ Geometrie des abzufangenden Kraftflusses bekannt und das kraftlinienführende Material so angeordnet ist, daß es die Bahnen des Wirbelstroms aufnimmt, die durch die Geometrie des Kraftflusses bestimmt werden. In diesem letztgenannten Fall kann eine ausreichende Fluß-Erfassung durch leitfähige Bleche erreicht werden, die parallel ,zu den Kraftlinien liegen, vorausgesetzt, daß die Ebenen der Bahnen, in denen die Wirbelströme fließen, senkrecht zur Kraftlinienrichtung verlaufen. Das Blechmaterial, das für die Vorrichtung zum Abfangen der Kraftlinien gemäß der Erfindung verwendet wird, kann aus einem gleichmäßigen Blech oder aus einer "Tafel" aus "Drähten" oder "leitfähigen Streifen" bestehen, wobei die Dicke der Tafel von dem Durchmesser dieser Drähte oder der Dicke dieser Streifen abhängt. Diese Drähte oder Streifen werden mit ihrer Längsachse derart angeordnet, daß sie sich in Richtung des gefoa@erten Wirbelstromflusses erstrecken. Das Prinzip, auf dem die Erfindung beruht und die verschiedenen Wege, nach denen dieses Prinzip in die Praxis umgesetzt werden kann, wird nachstehend erläutert. Die Erfindung wird auch anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen: Fig. 1 eine Skizze zur Darstellung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips; Fig. 2 und 3 je ein Diagramm; Fig. 4 (a, b, c, d, e, f , g; A, B, D, G) schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung; Fig. 5, 6, 7, 8, 9 und Fig. 10 weitere verschiedene Ausführungsformen gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung. In der Fig. 1 ist eine Schleife 1 mit einer ebenen kreisförmigen Form gezeigt, die parallel, jedoch mit einem begrenzten Abstand zu einem Blech aus leitfähigem Material 2 angeordnet ist. In der folgenden Erläuterung wird der Einfluß des leitfähigen Bleches 2 auf die Induktivität L der Schleife 1, die an den Klemmen 3 gemessen wird, dargelegt. Diese Induktivität stellt ein Maß der Energie E dar, die in dem Magnetfeld gespeichert wird, das der Schleife zugeordnet ist, wenn letztere einen Strom i führt. Dies kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: wenn sich der Strom i ändert, werden in dem Blech 2 Wirbelströme induziert, derart, daß sie den magnetischen Fluß konstant zu halten suchen. Da jedoch die in dem Blech induzierte elektromotorische Kraft und somit die daraus hervorgehenden Wirbelströme von der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes i abhängen ergibt sich, daß der effektive Wert der Induktivität, die an den Klemmen 3 gemessen wird, von der Änderungsgeschwindigkeit des Wechselstromes abhängt. Je schneller die Stromänderung ist, desto geringer ist die effektive Induktivität. In Zusammenhang mit der Erfindung sei bemerkt, daß die Stromänderung in den Wicklungen, die die Funken veranlaßt, sehr schnell vor sich geht, und daß die Funken demzufolge nur von kurzer Dauer sind (1 bis 10 Mikrosekunden). Auf der anderen Seite ändern sich die zum Betrieb der Maschine erforderlichen Kraftlinien, die ebenfalls durch die Bleche zum Abfangen der Kraftlinien verlaufen, verhältnismäßig langsam. Bei Experimenten hat sich gezeigt, daß die Dicke eines Bleches, aus dem eine Schutzvorrichtung (flux-trap) hergestellt wird, so gewählt werden kann, daß die Vorrichtung nur auf schnelle Flußänderungen anspricht, ohne daß sie einen merklichen Einfluß auf die Kraftlinien ausübt, die sich nur langsam ändern. Um dies darzustellen, wurden bei einer Anordnung, die in der Fig. 1 gezeigt ist, Messungen der Induktivität vorgenommen, wobei sinusförmige Ströme über einen Bereich von Frequenzen verwendet wurden. Bei sinusförmigen Strömen ist die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes proportional zur Frequenz, und demzufolge bei höheren Frequenzen größer. Für diese Experimente wurde ein Strom mit sinusförmiger Wellenform anstelle eines Stromes mit einer Wellenform verwendet, die derjenigen näher kommt, die bei Kommutatormaschinen beobachtet werden kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Messungen mit leicht erhältlichen Anlagen auf einfache Weise durchgeführt werden können. Es ist jedoch nichtmöglich, diese experimentellen Beobachtungen in qualitativer Weise auf das Betriebsverhalten einer Maschine zu beziehen. Z.B. entspricht ein schneller Vorgang, z.B. ein Funke, dessen Dauer 10-5 Sekunden beträgt, etwa einer Frequenz von: so daß eine wirksame Schutzvorrichtung eine Reduzierung der Induktivität der Wicklung, der sie zugeordnet ist, bei Frequenzen dieser Größenordnung und höher bewirken sollte. Auf der anderen Seite besteht die schnellste Flußänderung, die bei normalem Betrieb einer Kommutatormaschine auftritt, in der Regel in der Umkehrung des eine Nut durchsetzenden Feldes, das etwa 10-3 Sekunden dauert. Die entsprechende Frequenz beträgt: Eine Schutzvorrichtung, die auf eine derartige Feldumkehrung nicht anspricht, sollte keine Änderung der Induktivität bei Frequenzen dieser Größenordnung und niedriger Frequenz bewirken. In den Figuren 2 und 3 sind typische Experimentier-Ergebnisse gezeigt. Die Kurven 4 bis 7 in der Fig. 2 zeigen die Veränderung der gemessenen Induktivität L in Abhängigkeit von der Frequenz als Bruchteil der Induktivität Lo bei niedrigen Frequenzen.
• Bei all diesen Kurven war die Dicke und das Material des Bleches 2 gleich. Bei der"Kurve 4 waren das Blech und die Schleife so eng wie möglich nebeneinander angeordnet. Es ist ersichtlich, daß bei niedrigen Frequenzen die Induktivität nicht beeinflußt, jedoch bei hohen Frequenzen atark"reduziert wird. Bei den Kurven 5, 6 und 7 wurde das Blech zunehmend von der Schleife entfernt, und es ist zu ersehen, daß der Einfluß auf die Induktivität stark abgeschwächt wird. Diese Ergebnisse zeigen die Bedeutung auf, das Material zum Abfangen der Kraftlinien so dicht wie möglich an den Wicklungen anzuordnen. Bei den Experimenten, deren Ergebnisse in der Fig. 3 veranschaulicht sind, wurde das Blech in allen Fällen aus Kupfer hergestellt und so nah wie möglich an der Schleife angeordnet, es wurden jedoch unterschiedliche Blechdicken verwendet. Bei der Kurve 8 wurde ein verhältnismäßig dickes Blech von etwa 1,6 mm (0,064 Zoll) verwendet; es wird bemerkt, daß hier ein merklicher Einfluß auf die Induktivität selbst bei niedrigen Frequenzen vorhanden ist. Die Änderung der Induktivität von niedrigen Frequenzen zu hohen Frequenzen tritt ferner über einen weiten Frequenzbereich auf. Bei der Kurve 9 wurde ein dünneres Blech von 0,2 mm (0,008 Zoll) verwendet. Hier ist bei niedrigen Frequenzen ein geringer Einfluß auf die Induktivität vorhanden, während die Induktivität bei höheren Frequenzen gleich derjenigen ist, die bei dickerem Blech auftritt. Der Übergang von der Induktivität bei niedrigen Frequenzen zu derjenigen bei hohen Frequenzen verläuft ferner über einen wesentlich engeren Frequenzbereich, was ein erwünschtes Merkmal der Erfindung ist. Die Kurre 10 zeigt die Ergebnisse bei Verwendung eines noch dünneren Blechen von etwa 0,1 mm (0,004 Zoll), Es wird be@erkt, daß dies keinen Einfluß bei niedrigen Frequenzen, jedoch auch einen ungenügenden Einfluß bei hohen Frequenzen hat. Diese Ergebnisse zeigen die Möglichkeit auf, die Dicke der Bleche zum Abfangen der Kraftlinien so zu wählen, daß die ge-wünschten Ergebnisse erreicht werden. Es gibt den experimentellen Beweis, daß die optimale Dicke in einem gewissen Ausmaß von der genauen Form und Anordnung der Schutzvorrichtungen abhängt und die in Verbindung mit der Kurve 9 angeführte Dicke von 0,2 mm (0,008 Zoll) soll daher nicht als eine Beschränkung aufgefaßt werden. Es können auch Kupferbleche mit einer Dicke verwendet werden, die etwas über oder unter einer Dicke von 0,2 mm (0,008 Zoll) liegen. Da es einen experimentellen Beweis gibt, der zeigt, daß das Material zum Abfangen der Kraftlinien einen so niedrig wie möglichen Widerstand aufweisen solle wird die Verwendung von Kupfer bevorzugt. Wenn jedoch irgendein anderes Material verwendet wird, so gibt es auch hier wieder einen experimentellen Beweis, der zeigt, daß die optimale Dicke des Blechen gegenüber Kupfer verschieden ist (in der Regel größer). Die Wicklungen des Ankers einer Kommutatormaschine haben eine kompliziertere Form als die kreisförmige Schleife 1. Es ist daher erforderlich, bis ins einzelne die Kraftlinien zu untersuchen, die den Ankerwicklungen zugeordnet sind und ebenso die Formen der Schutzvorrichtungen, die von den Kraftlinien durchsetzt werden. In der Fig. 4 (a) ist ein Querschnitt einer Ankernut 11 gezeigt, die einen stromführenden Wickelstab 12 enthält, der Kraftlinien erzeugt, die quer über die Nut verlaufen und durch die Linien 13 angedeutet sind. Diese Kraftlinien können durch ein gefaltetes oder abgewinkeltes Kupferblech 14 abgefangen werden, das beispielsweise im Schnitt in der Fig. 4 (b) und in der Perspektive in der Fig. 4 (A) gezeigt ist, wobei der Wickelstab 12 in diesen Figuren der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist. Wenn die plötzliche Stromänderung in dem Wickelstab 12 in der üblichen gezeigten Richtung verläuft, so verstärken sich die Kraftlinien in der Quernut in die durch die Pfeile an den Linien 13 dargestellte Richtung. Dieser Verstärkung wirken die Wirbelströme in dem abgewinkelten Blech 14 in den Richtungen entgegen, die in üblicher Weise in Fig. 4 (b) und durch gestrichelte Linien in Fig. 4 (A) gezeigt sind. Um für diese Wirbelströme eine geschlossene Bahn zu schaffen, erstreckt sich das Blech 14 über die einzelnen Enden der Nut in der in Fig. 4 (A) angedeuteten Weise hinaus. Die Rückführungsbahnen für die Wirbelströme werden durch Blechabschnitte gebildet, die außerhalb der Nut liegen. Es ist zu erwarten und experimentell bestätigt, daB, wenn das Blech 14 nicht über die Nut hinausgeführt. ist, und die Wirbelströme auf Rückführbahnen in dem Blech innerhalb der Nut laufen, das Abfangen der Kraftlinien an den einzelnen Enden der Nut ein geringeres Ausmaß hat, da die Wirbelströme dann nicht die Kraftlinien in der Nähe der Enden einkreisen. Eine andere Form einer Schutzvorrichtung ist in den Figuren 4 (c), und 4 (B) im Querschnitt bzw. in der Perspektive gezeigt. Diese Ausführungsform ist nicht ganz so leistungsfähig wie die vorstehend erwähnte, da hier keine Bahn für die Wirbelströme vorhanden ist, längs der diese neben dem Boden der Nut fließen können. Die Kraftlinien in diesem Abschnitt der Nut werden daher durch die Wirbelströme nicht völlig eingekreist. Noch eine weitere Ausführung einer Schutzvorrichtung für die Nut ist in der Figur 4 (d) in Verbindung mit der Fig. 4 (D) gezeigt. Sie umfaßt eine Anzahl von leitfähigen Streifen 16, 17, 18 mit passend ausgewählter Dicke, die an beiden Enden der Nut durch elektrische Überbrückungen 19 leitend miteinander verbunden sind. Es ist zu ersehen, daß diese Anordnung ebenfalls geschlossene leitende Bahnen bildet, die von den Kraftlinien in der Quernut vollständig durchsetzt werden, vorausgesetzt, daß einer der Streifen 16 so nah wie möglich an der Oberseite (offenes Ende) der Nut und ein anderer Streifen 18 so nah wie möglich am Boden der Nut angeordnet ist. Aus- anschließend noch näher erläuterten Gründen ist ferner ein Zwischenstreifen, etwa der Streifen 17 erwünscht. In der Fig. 4 (e) ist. ein stromführender Leiter 12' gezeigt, der etwa in der Mitte der Nut angeordnet ist. Es ist bekannt, daß die Kraftlinien 13', die durch einen solchen Leiter in der Nut erzeugt werden, derart konzentriert sind, daß sie über-wiegend zwischen dem Leiter und dem offenen Ende der Nut auftreten. Der Bereich zwischen dem Leiter und dem Boden der Nut ist frei von Kraftlinien. Wenn eine Schutzvorrichtung, etwa die in Fig. 4 (d) gezeigte, verwendet wird, so verläuft die natürliche Wirbelstrombahn rund um die Streifen 16 und 17 und deren Endanschlüsse, da dies die Bahn ist, die am dichtesten an den Kraftlinien vorbeilaüft. Auf diese Weise werden nicht nur die Feldstärke, sondern auch die Feldverteilung beeinflußt. Wenn jedoch der Streifen 17 weggelassen wird, so werden die Wirbelströme daran gehindert, in en Streifen 16 und 18, wie in Fig. 4 (f) gezeigt ist, zu fließen. Wie bereits vorstehend angedeutet worden ist, besteht der Einfluß eines Wirbelstromes darin, daß er den Gesamtkraftfluß konstant zu halten sucht, der die Bahn des Wirbelstromes durchsetzt, wobei jedoch nicht zwangsläufig die Feldverteilung aufrechterhalten wird. Wenn daher der in dem Leiter 12' in der Fig. 4 (e) fließende Strom plötzlich unter- -broehen wird, wird der gesamte Kraftfluß, der quer über die Nut verläuft, durch die Wirbelströme konstant gehalten. Die Feldverteilung würde sich jedoch so, wie in Fig. 4 (f) gezeigt ist, ändern, sofern die Schutzvorrichtung derjenigen in dieser letztgenannten Fig. entspricht, d.h., daß sie kein zwischengeschalteten Blech 17 aufweist. Es ist nun deutlich zu ersehen, daß bei der Ausführung nach Fig.4(f) weniger magnetische Energie gespeichert wird, als bei derjenigen nach der Fig. 4 (e), obwohl die Gesamtzahl der Kraftlinien der Felder gleich ist. Der Energieüberschuß steht für die Funkenbildung zur Verfügung, oder, in anderen Worten, die-Schutzvorrichtung nach der Fig. (d) ohne dem Blech 17 ist zur Beeinflussung der Funkenbildung weniger wirksam, die in Verbindung mit einer Wicklung auftritt, die in der Nut in der in Fig. 4(e) gezeigten Lage angeordnet ist. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß es im Falle von tiefen Nuten erwünscht ist, zusätzliche Streifen, wie etwa die Streifen 17, vorzusehen, die dichter an den Leitern in der Mitte der Nut verlaufen.

  Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Schutzm-,

  vorrichtungen können, falls erwünscht, in, -Kombination miten..

  arider verwendet werden. In den Figuren 4. 4g) .und 4 (G) ist @.H:eine Art einer Nut gezeigt, in der die Wieltlung:,durch Anwendung".

  eines bekannten Nuten-Keiles 20 gehalten ist. In diesem Falle ist es nicht möglich, daß eine Schutzvorrichtung von der in Fig. 4 (b) gezeigten Form sich bis zur Oberseite der Nut erstreckt. Die Kraftlinien, die die Nut über den Keil durchqueren, können dadurch abgefangen werden, daß ein langgestreckter Kupferstreifen 21 an der äußeren Seite des Keiles 20 befestigt und leitfähig mit dem abgewinkelten Blech 14' innerhalb der Nut an beiden Enden durch Überbrückungen 22 verbunden wird. Diese Anordnung kann als eine Kombination der in den Figuren 4 (b) und 4 (d) gezeigten Schutzvorrichtungen angesehen werden.
• Alle die dargestellten Ausführungen von Schutzvorrichtungen für die Nuten müssen gegenüber den Ankerlamellen elektrisch isoliert sein, um die Errichtung geschlossener leitfähiger Bahnen zu vermeiden, in denen beim Umlauf des Ankers in dem Hauptkraftfeld der Maschine zu starke Ströme erzeugt werden könnten, die wiederum eine Überhitzung oder Beschädigung verursachen könnten. Diese Ausführungen von Schutzvorrichtungen mit ihren passend ausgewählten Blechdicken sind von bestimmten sogenannten Dämpferwicklungsanordnungen zu unterscheiden, bei denen sich Leiter entlang den Nuten erstrecken, die jedoch verhältnismäßig dick sein müssen, da sie auf die relativ langsame Umkehrung des Kraftfeldes in der Quernut ansprechen müssen, die dann auftritt, wenn die Ankerwicklung durch die Kollektorzone hindurchläuft. Diese Dämpferwicklungen suchen zwar auch die Funkenbildung zu unterdrücken, jedoch nach einem Prinzip, das völlig verschieden von demjenigen ist, auf dem die Erfindung beruht. Die Schutzvorrichtungen gemäß der Erfindung haben eine geringere Ausdehnung als diese Dämpferwicklungen, nehmen weniger Nuten-Raum ein und haben geringere Verluste. Eine andere Anordnung zum Abfangen der Kraftlinien ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt, die eine Stirnansicht bzw, eine Seitenansicht eines genuteten Ankers 23 (Fig. 6) einer Kommutatormaschine zeigen, deren Kollektor 24 an dem einen Ende der Rotorwelle 25 angebracht ist. Die Fig. 5 zeigt an dem entgegengesetzten Ende zusätzlich zu der Welle 25 eine Halterung 26 für die Stirnleiter und die Nasen 27 der Stirnleiter der Anker-Wicklungen 28, die beispielsweise in Fig. 6 gezeigt sind. Es sind ferner in der Fig. 5 durch gestrichelte Linien 29 die magnetischen Kraftlinien dargestellt, die durch den Strom erzeugt werden, der in einer der Wicklungen in dem Stirnleiter fließt, Um diese Kraftlinien und ähnliche Kraftlinien zu schneiden, die durch alle Wicklungen in den Stirnleitern erzeugt werden, ist eine Schutzvorrichtung 30 vorgesehen, die die Form eines zylindrischen leitfähigen Bleches von passend ausgewählter Dicke aufweist, das außen über den Stirnleiter befestigt ist. Ein beträchtlicher Teil der Kraftlinie 29 fließt durch die Halterung 26 für den Stirnleiter, und dieser Teil der Kraftlinien kann durch eine Vorrichteng 31 geschnitten werden, die die Form eines zylindrischen leitfähigen Bleches von passend ausgewählter Dicke aufweist, das zwischen dem Stirnleiter und der Halterung 26 für den Stirnleiter befestigt ist, Beide Zylinder 30 und 31 sollten etwas über die Nasen 27 der Stirnleiter hinausragen. Sie sind gegenüber dem Stirnleiter zu isolieren, sollten jedoch, abgesehen hiervon, so eng wie möglich an dem Stirnleiter angeordnet sein. Zur besseren Veranschaulichung sind in der Fig. 5 die Zylinder zum Abfangen der Kraftlinien, der Stirnleiter und dessen Halterung in radialer Richtung um ein größeres Ausmaß voneinander getrennt dargestellt, als dies in der Praxis der Fall ist. Eine ähnliche, den Stirnleiter an dem Kollektorende umfassende Vorrichtung 32 ist in der Fig. 6 gezeigt. Es ist ferner erwünscht, daß eine zylindrische Schutzvorrichtung im Inneren der Stirnleiter an dem Kollektorende vorgesehen ist, die der Vorrichtung 26 am anderen Ende ähnlich ist. Es wird bemerkt, daß, wenn die Schutzvorrichtungen für die Nuten, wie vorstehend beschrieben, angeordnet sind, die Stinrleiter-Schutzvorrichtungen 30, 31, 32 gegenüber diesen isoliert sein müssen, da sonst über die Vorrichtungen geschlossene leitfähige Bahnen auftreten irden, die denen in einem Käfigsanker entsprechen. Dadurch könnten die Wirbelströme den normalen. Betrieb der Maschine störend-beeinflussen* Eine weitere Ausführung einer Schutzvorrichtung ist in der Fig. 7 dargestellt, die einen Querschnitt durch einen zweipoligen Kommutatormotor zeigt. Aus der Fig. 7 sind ein genuteter Anker 33, Hauptpolschuhe 34, Zwischenpolschuhe 35 und ein Jochgehäuse 36 zu ersehen. In einem Paar der Nuten ist der Querschnitt einer Ankerwicklung 37 gezeigt, in deren Winkellage die zugeordnete Kollektorschiene gerade den Kontakt zur Bürste unterbricht, Wenn die Wicklung sich in dieser Zage befindet, und ein Strom in ihr fließt, so erzeugt dieser Kraftfelder, von denen zwei von großer Wichtigkeit sind, nämlich das Kraftfeld, das über den Anker, die Hauptpolschuhe und das Gehäuse, wie durch gestrichelte Linien 38 in der Fig. 7 angedeutet ist, verläuft, und das Kraftfeld, das zwischen den Spitzen oder Enden der Ankerzähne zu beiden Seiten der Nut verläuft, die den Leiter 37 enthält, was durch die gestrichelten Linien 39 in der vergrößerten Teilansicht gemäß der Fig. 8 gezeigt ist. Diese können durch eine Vorrichtung 40 geschnitten werden, die die Form eines zylindrischen leitfähigen Bleches hat, das einen Innendurchmesser aufweist, der etwas größer als Durchmesser des Ankers ist, und das sich mindestens über die Länge des genuteten Abschnittes des Ankers und vorzugsweise auch über die Stirnleiter erstreckt. Zur Erreichung einer maximalen Abfangung der Kraftlinien sollte die Schutzvorrichtung auf dem Anke so befestigt werden, daß sie mit diesem umläuft. Dies ist jedoch unpraktisch, da dies die Induktion zu großer Wirbelströme in der Vorrichtung hervorrufen würde, wenn sich diese im Haupterregungsfeld der Maschine dreht. Die Leistungsfähigkeit der Schutzvorrichtung wird jedoch nur wenig verringert, wenn sie in ortsfester Lage angeordnet wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Wicklungen, die der Kommutierung unterworfen werden, stets die gleiche Lage relativ zu den ortsfesten Teilen der Maschine einnehmen, so daß die sich plötzlich ändernden Kraftlinien, die eingefangen werden sollen, ebenfalls ortsfest verbleiben. Wenngleich die Schutzvorrichtung 40 gemäß den Figuren 7 und 8 in ortsfester Lage verbleibt, so kann doch der Umlauf des Ankers gewisse unerwünschte Wirbelströme hervorrufen. Diese Wirbelströme entsprechen denjeniggl.., ,4@e, @@ glisNmmenhang mit einer Erscheinung auftreten, die in der Regel als "Zahnverlust" (tooth-ripple loss.) bekannt ist. In der Fig. 9 ist im Schnitt ein Teil des Bereiches unterhalb eines Hauptpolschuhes 34 zusammen mit dem genuteten Anker 33 und der Vorrichtung 40 dargestellt. Es sind ferner Linien 41 gezeigt, die das Erregerfeld der Maschine darstellen. Im Innern der Hauptpolschuhe 34 sind diese Kraftlinien gleichmäßig verteilt; Wenn sie jedoch den Luftspalt durchqueren, werden sie überwiegend an den Zähnen des Ankers konzentriert. Wenn demzufolge der Anker umläuft, so durchlaufen Kraftlinien verschiedener Stärke die einzelnen Stellen auf der Vorrichtung 40. Die Folge ist, daß in dem Bereich unter dem Hauptpolschuh in der Vorrichtung 4O unerwünschte Wirbelströme induziert werden, die, da die Kraftlinien in diesem Bereich in der Regel sehr dicht sind, so stark sein können, daß sie eine zu große Erwärmung. der Schutzvorrichtung bewirken. Dies kann durch Entfernung derjenigen Teile der Vorrichtung 40 vermieden werden, die unter den Hauptpolschuhen liegen, wobei die Vorrichtung, die in der Fig. 10 gezeigte Form 40t erhält, die für jeden Hauptpolschuh ein "Fenster" 42 aufweist. Eine Maschine, die eine größere Anzahlan Polschuhen hat, erfordert demzufolge eine Schutzvorrichtung 40' mit einer entsprechend größeren Zahl von diesen Fenstern. Daß diese mit Fenstern versehene Ausführung die Leistungsfähigkeit der Anordnung beim Abfangen schneller Flußänderungen durch die Hauptpolschuhe nicht beeinträchtigt, kann aus der Fig. 7 entnommen werden. Während der plötzlichen Flußänderungen, die etwa 10 Mikrosekunden andauern, dreht sich der Anker 33,um eine vernachlässigbare Strecke, und die räumliche Streuung des Kraftflusses 38 in dem Bereich des Luftspaltes, die durch die Formen und Zagen der Eisenflächen festgelegt ist, die den Luftspalt begrenzen, bleibt scheinbar konstant. Die Dichte ist daher an jeder Stelle des Luftspaltes proportional zu der Gesamtmenge der Kraftlinien, die den Luftspalt kreuzen.
• Es reicht daher aus, das Gesamtfeld abzufangen, was durch eine geschlossene leitende Bahn erfolgen kann, die den Luftspalt einkreist. Eine Vorrichtung von der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform 40' liefert eine derartige Bahn, die durch die gestrichelten Linien 43 angedeutet ist. Es wird bemerkt, daß die "Zahnverlusteffekte" in den Bereichen noch auftreten, an denen die Vorrichtung 40 nicht ausgeschnitten ist. Aus der Fig. 8 ist zum Beispiel zu ersehen, daß die Kraftlinie1 39 an dem Zahn des Ankere örtlich so konzentriert sind, daß eine Bewegung des Ankers Wirbelströme in der Vorrichtung 40 hervorruft. Die daraus hervorgehenden Verluste in diesem Bereich sind jedoch erträglich klein, da ein Hauptteil der Kraftlinien 39 in der Luft liegt, Der Kraftfluß ist daher im Verhältnis weniger stark als in dem Luftspalt unterhalb der Hauptpolschuhe. Die Schutzvorrichtung 40 sollte nicht aus einem Blech hergestellt werden, das dicker als erforderlich ist, um das Abfangen der Kraftlinien zu gewährleisten. Jegliches dickeres Blech verbessert nicht das Abfangen der Kraftlinien und würde nur die Ausbildung unnötig großer Wirbelströme zur Folge haben, die auf die vorstehend'erwähnten Gründe zurückzuführen sind,

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Dynamoelektrische Kommutatormaschine mit einer Vorrichtung zum Abfangen der Kraftlinien und zum Unterdrücken der Funkenbildung, d a d u r e h g e k e n n z e i c h n e t , daB die Vorrichtung aus einem blechförmigen leitfähigen Material besteht, das in einem Feldbereich angeordnet ist, der die Wicklungen des Maschinenankers in einer solchen Weise umfaßt, daß eine plötzliche Änderung der Kraftlinien in diesem Bereich Wirbelströme in dem Material hervorruft, die dieser Änderung entgegenzuwirken suchen, wobei die Blechdicke des Mateials für den Fall, daß der Bereich auch von den Kraftlinien durchquert wird, die sich beim normalen Betrieb der Maschine verhältnismäßig langsam ändern, so gewählt ist. daß das Material nur geringen oder keinen Einfluß auf diese langsame Feldänderung hat.
2. 2. Kommutatormaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t, daß sie ein leitfähiges Blech zum Abfangen der Kraftlinien aufweist, das eine solche Form und ein solches Ausmaß hat, um eine leitfähige Bahn zu schaffen, in der Wirbelströme fließen können, die die Kraftlinien oder einen Teil der Kraftlinien einkreisen, die das Blech einfangen soll.
3. 3. Kommutatormaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -ke n n z e i c h n e t , daB die Vorrichtung zum Abfangen der Kraftlinien eine Reihe von leitfähigen Blechen aufweist, die untereinander verbunden sind, um eine leitfähige Bahn zu bilden, in der Wirbelströme fließen können, die die Kraftlinien oder einen Teil der Kraftlinien einkreisen, die diese Anzahl von Blechen einfangen sollen. 49 Kommutatormaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t, daß das Blechmaterial zum Abfangen der Kraftlinien so angeordnet ist, daB es die abzufangenden Kraftlinien unter einem rechten Winkel schneidet. 5. Kommutatormaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Blechmaterial zum Abfangen der Kraftlinien parallel zu den Kraftlinien des abzufangenden Flusses angeordnet ist, jedoch mit Strombahnen für Wirbelströme versehen ist, die in Ebenen fließen, die senkrecht zur Richtung der Kraftlinien stehen. 6. Kommutatormaschine nach einem odermehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Material zum Abfangen der Kraftlinien durch "Tafeln", aus Drähten oder aus leitfähigen Streifen gebildet ist.