DE1613434A1 - Gleichstrommaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich .auf (Reichs trommasehinen, insbesondere auf G-leichstroiiimotoren, bei denen Bürsten und Kommutatoren „verwendet: werden. Bei solchen Kaschinen tritt starke's liürstenfeuer auf, wodurch der leistungsgrad der. Ma- " schinen verringert, Lärm verursacht und die Lebensdauer der Keinirfutatoren und Bürs-ten verkürzt wird. Durch Bürstenfeuer fjcüwankt auch der Strom und damit die Drehzahl des Motors.

üis wurden bereits Versuche unternommen, das Sprühen von jL''ui±ken zwischen Bürsten und Komiiiui at or en Ih G-leichstromiiiotoren cuj.j bTUiijjik aes xioiitaktwiderStandes ^.wischen Kömmutatorseg- u/aa-jL· und der Dürste au vorrintern, uie Koiiffliutat.orsegmerito .""· ■,/treten cm» einem He tall, wie z.u. Ktipl'er oder ^;-Phosphorbrpnze and die liürsten aus einem Material mit geringer Leitfähigkeit,

BAD C)RIGfNAL

-l-

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z.B. Kohlenstoff oder Silber-Kohlenstoff hergestellt.

Da jedoch die Bürsten nur mehrere Punkt!:entarte mit jedem Kommutator segment haben, wenn die bürsten aus -ein ein solchen Material bestehen, wird der Kontakt unstabil-, wenn der Punktkontakt schnell von einem Kommutatorsegment zum nächsten weiterbewegt wird, und es ist SChWIeTi₆, durch dieses Verfahren die Erzeugung von !''unken zu verhindern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor zu schaffen,- bei dem zwischen den Bürsten und Kommutatorsegmenten. nur geringes Bürstenfeuer auftritt. Dadurch wird eine lange Lebensdauer und ein ruhiger. Lauf bewirkt, . -

Ferner soll durch die Erfindung ein Gleichstrommotor mit konstanter Drehzahl geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bürsten eine Vielzahl an die Segmente des Kommutators anlegbare leitende Elemente auf v/eisen, die an ihrem einen Ende an einem gemeinsamen Punkt elektrisch miteinander verbunden sind, und daß die leitenden Elemente zum Führen von Strom verschiedener Stärke unterschiedliche Widerstände aufweisen.

Zweckmäßigerweise verlaufen dabei die Angriffspunkte der leitenden Elemente am Kommutator schräg zu den G-reiiLilinien

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der Kommutators

.Keltere Einzelheiten* YortMle und Merkmale der^Jl ergeben sich aus der folgenden Besehreibung. Auf der Zeichnung ist die. Erfindung beispielsweise veranschaulicht,,, und:, zwar zeigen

■ Fig, T äeix Aufbau eines brannten Kommutators^..-..- V""--^: ■"'_"".."" Jiig.·: 2 eine graphische I)arstellung der Bezieimng zwischen der Zeit und dem "durch.die Spulen einer "bekannten. . und der erfindungsgemäßen .Kommutatormaschine fließenden

- - Strom,. ■'■■ -. ■"-"■",■■ -■".■" ..." ■■ . ■'■-;--""-V. --_■-■-"". ?■ -.-.-■■■.-"■-.. ';■ ■■jf'igV 3 einen mit der erfintengsgemäßen Koinmutatorahordnung

^:aiisgerüsteten öleiehstrOmmotor",'.""- ; ν ^;

"Jf'ig. 4 eine Ausfuhrungsform der erfiridungsgemäßen Könmutatör-

"._, ,. ^Biirsten-Einhedt., ;:".■"■■;■'"■■■"
Fig. 5 die "bei der erfindungsgeinäßen Kommutator vor richtung

verwendeten Bürsten, "-.,"..". ;. - ;

/ig. 6 einen Schnitt in einer Ebene YI-VI in J?%*. 3^ ifig. Y- eine andere Ausführungsform der Erfindung,- und _; Ji¹Ig, ο ■■-iitt^:6rundr iß den> Aufbau einer weiteren Aus fuhr üngsform der Erfindung. ,_■ ■ i;-

siei dem in i?ig. T dargestellten bekannten loinmutator sind Koifflüut at or segmente Ii^, 1^i X-? .-.-..«■♦. 1 um die Drehachse eines Gleicbstromteotors mit bestimm ten Abstanden zwischen benachbarten

'■'■:/.:. - BAD ORIGiMAl

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Segmenten angeordnet. Die Segmente bilden eine Hingform, jedoch sind die Segmente in Fig. 1 zur besseren Erläuterung in einer Ebene angeordnet. Die Segmente 1., bis 1 bilden einen Kommutator 1. Eine Bürste 2, die einen rechteckigen oder runden Querschnitt haben kann, liegt am Kommutator 1. an. Ankerwicklungen I.,, Lp, L-, .... L sind um den Hotor des Gleichstrommotors gewickelt und sind zwischen den Kommutatorsegmenten in

Heine mit Innenwiderständen E* ,..Ep, H-, .... H geschaltet.

Wenn sich bei einem solchen Aufbau der Kommutator 1 dreht, wie durch den Pfeil X angegeben, und sich die Bürste 2 vom Segment 1| zum Segment Ip relativ bewegt, ist die Wicklung L-, kurzgeschlossen, solange die Bürste 2 beide Kommutatorsegmente "L und 1p berührt. Die Hichtung des Stroms kehrt sich um, wenn der Stromübergang der Bürste 2 vollständig vom Kommutatorsegment 1. auf das Segment 1p übergegangen ist.

Wenn infolgedessen der Übergangswiderstand zwischen den Koinmutatorsegmenten und der Bürste klein ist, ändert sich der durch die Wicklung L. flieBende Strom schnell stufenförmig, wie durch A in Fig. 2 dargestellt, wodurch vorübergehende Überspannungen in der Wicklung "L verursacht werden. Infolgedessen • werden in dem Augenblick, in dem der Stromübergang der Bürste von einem Kommutatorsegment zum nächsten verschoben wird, Funken

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erzeugt. Ein solches Funkensprühen macht viel lärm und: ver-. kürzt die Lebensdauer von Kommutator und Bürsten. :-^:

If'ig. 3 und 4 zeigen einen G-leichstroiimiotor 10 gemäß der Erfindung, der einen Stator S und einen Eotor 11 hat. Eine Meile 3 trägt den Botor 11. ■ ; ·

Erfindungsgemäß sind zwei aus einer Vielzahl von J5ürstenelementen zusammengesetzte und symmetrisch zu beiden Seiten des Kommutators befestigte Bürstenteile so angeordnet, daß sie mit dem Kommutator in Punktkontakt stehen. Die Bürstenelemente sind mit Beihenwiderständen ausgestattet.:

¹V
Der Motor/gemäß I¹¹Ig. 3 und 4 weist einen Botor 11 mit

einer Welle 3auf, der auf bekannte Weisevom Bahmen des- Motors drehbar gehalten wird. Im iiotor sind Wicklungen befestigt, deren Enden mit einem Kommutator- 4 verbunden sind. Der Kommutator besteht aus einer Anzahl von Segmenten 4A₁ 4B, 4C.... 4N, die ■Flansche 4A^f, 4B¹, 40' ... i- 41^f aufweisen, wie in.jFig. 4 dargestellt. Die Segmente 4A...;. 4W sind in Abstand voneinander angeordnet, so daß sie elektrisch isoliert sind. Sie können, falls gewünscht, leicht schraubenlinienförmig um die Welle 3 ausgebildet sein. Die Wicklungen L/ .... L sind an den Kommutator flanschen 4A¹ .... 4M' angeschlossen. ■"..--.'""■.'■

• , ■"■-■.: ■■■■■.■■. ■■ -β-10 981 7/02Λ 9

Zwei Bürsten 12, von denen in den Fig. 3 und 4 nur eine dargestellt ist, werden vom Kahmen des Motors 10 gehalten und greifen an den Segmenten 4A .... 4M des Kommutators an. -

Jede Bürste 12 weist Endstücke 13 und 14 auf, die vom Stator S durch Isolierträger 16 und 17 gehalten werden. Eine Anzahl streifenartiger Bürstenelemente 7A, 7B, 7C .... TU erstreckt sich zwischen den Endstücken 13 und 14. Der größte Teil der Bürstenelemente 7A .... TU besteht aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit, z.B. Berylliumkupfer, jedoch bestehen

die Enden M, EB, HG .... M der Elemente 7A 71, die dem

Endstück 13 benachbart sind, aus einem Material mit verhältnismäßig hohem spezifischen Widerstand; diese Widerstände sind mit dem leitenden Teil des jeweiligen Elements 7A .... TU .zwischen den. Endstücken 13 und 14.in Eeine geschaltet.

Die Bürsten werden so gehalten, daß jedes Element 7A .... IU am Kommutator angreift, und wenn sich· der Rotor dreht, bewegt sich jedes Bürstenelement 7A .·.« IU relativ von einem Kommutatorsegment zum nächsten.

Der Strom wird über eine flexible Zuleitung 18, deren

eines Ende mit dem Endstück 13 verbunden ist, dem Motor augeführt. . _

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Wenn die liierte der den Bürstenelementen zugehörigen Widerstände' EA, IiB,- EG_: ■« * * · BI gl eiehgroB sind, erhal t- man eine Kur ve B, wie in Fig.. 2 dargestellt. Die Koirim Ii zeigt eine allmählichere Änderung des Stroms in j der Spule als die Charak- -. teristik bekannter: Bürsten^gemaß Kurve A, ; '

/erner ergibt- sich,, daß iaei f eränderung des #ertes der Vfiderstände HA, ΚΒγ EC;. ._Λ« EI-Y^'der ilitte^^eiiy^isie'zu. jeder Seite hin eine geradlinige Spulenstroiii-Zeit-iEennlinie (Kurve U in jfig,-2) erzielt werden kann.- Wenn beispielsweise sehil· irüTsieneleiiiente 7A *· ■· · JM vorhanden sind, "können die ^: "Widerstände IiA „.«.,. EH von einer/Seite zur anderen Au njhis,- " .

und 40 Ohm -betragen. Dadurch kann der Stromι in der. Spule während einer Koamutationsperiöde linear verlaufen,. isle, düreh Ü in j^ig. 2 gezeigt,-wodurch die StroffistüJie ^weitestgehend verringert und die ilrzeugung von Funken wirksam verhindert

/ig* ¹J pndjy zeigen; eine AusführungsforiE^: derVMrsten 12.Kineiiück|)latte 21 aus Isolationsniaterial, beispielsweise-V. ein oUerflaehenisoiiertes -ÄlianiniumbXech, kann mit iiinnoxyd besehißhtet_; werden, um eine WiderstandsschiGht E_T auf; ihr zu . bilden. Die Schicht.fi-p-kann beispielsweise durch Hiotöverfahren geätzt werden, um Wider stände ^:M,_: EB, EC :..,..; EF: herzustellen.

SAD ORIGINAL T

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Die einen Enden der Widerstände M, EB, PiG ..., EN können mit Silber oder einem anderen guten Leiter abgedeckt werden, wie bei 11A in Fig. 5 dargestellt. Die"anderen Enden der Widerstände können mit leitenden Streifen 11B abgedeckt werden i Die Abdeckung HA ist allen Widerständen EA .... BN gemeinsam, die Abdeckungen HB sind jedoch jeweils am entsprechenden Widerstand angebracht und bilden eine Bürste. Die Abdeckungen 11B bedecken die Widerstände IiA., HB, EG .... Elf in verschiedenen längen, um eine Widerstandsänderung je nach Wunsch entsprechend der Länge der Streifen zu erzielen.

Fig. 7 zeigt, wie die Bürsten aus einer Beryllium-Kupfer-Platte 22 beispielsweise einer Dicke von 0,15 mm. hergestellt werden können. Die Bürstenelemente 7A .... 7N können durch Ätzen hergestellt werden, und jedes Element wird durch Löten oder Schweißen mit Ehodium mit einem Widerstand EA, EB, EG .... EI verbunden.

G-emäß der Erfindung sind, wie. oben beschrieben, die Widerstände in Beine mit den entsprechenden gut leitenden Teilen der Bürstenelemente der Bürste 12 geschaltet, und jedes der Bürstenelemente stellt einen Punktkontakt mit jedem

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der KommutatorSegmente her, wodurch erreicht wird, daß sich der Ptinktkontakt der Keine nach von einem Kommutatorsegment zum nächsten weiterbewegt. Daher ändert sich der durch die : Wicklungen fließende Strom, wie oben erwähnt,.zeitlich nach und nach in einer gebogenen oder geraden Linie. Infolgedessen, isl es möglich, die induzierten-Spannungsspitzen in den um den Eotc^r gewickelten Wicklungen weit es tgehend zu verringern und dadurch die Erzeugung von Funken wirksam zu verhindern. ä Durch Verhindern der Funkenerzeugung wird die Lebensdauer der Eommutatorvorriehtüng verläagert, und das Arbeiten des Gleichstrommotors wird stabilisiert. Durch Versuch wurde festgestellt, daß bei einem Motor, der aufgrund des Bürstenfeuers eine Lebensdauer von ημΓ 1000 bis 1500 Stunden hatte, durch Anwendung der Erfindung eine Lebensdauer von mehr als 5000 Stunden erreicht wurde* ;

Obwohl als Beispiel Beryllium-Kupfer genannt worden " ist, kann selbstverständlich/auch jedes andere .leitende Material verwendet werden, (Jas abriebfest und elastisch ist uncL der Erzeugung von Funken entgegenwirkt. Die Erfindung kann auch verwendet wer den,wenn dieKommutator s egmen'te mit der Welle 3 in einer Linie liegen, statt schraubenlinig ausgebildet zu sein, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

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■ . Wie in Fig. 8 veranschaulicht, kann sich die Bürste auch an die Flansche 4A¹ .... 4W anlegen, und die Enden der Elemente TA .... TN können, wie dargestellt, auf verschiedene Längen geschnitten sein.

Der Wert der Widerstände HA .... ft-K kann verschieden sein und die Bürstenelemente, die um die Mitte der Elementen-& gruppe angeordnet sind, brauchen nicht mit Widerständen ver- . bunden zu sein. Es können auch verschiedene Verfahren zum Verbinden der Widerstände mit den entsprechenden leitenden Teilen der Bürstenelemente verwendet werden. Auch kann der Kommutator aus einem Widerstandsmaterial, z.B. gesinterten Substanzen aus Kohlenstoff und Ton, hergestellt sein.

Wie oben beschrieben, ist es durch den einfachen Aufbau und die wirkungsvolle Verhinderung der Funkenerzeugung gemäß " der Erfindung möglich, die Lärmerzeugung merklich zu verringern und auch auf leichte Weise eine Kommutatorvorrichtung mit langer lebensdauer zu erhalten.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   ■^/Tu Gleichstrommaschine mit einem Stator und einem mit einem Segmente aufweisenden Kommutator versehenen Rotor und . ; Bürsten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (12) eine Vielzahl an die Segmente (4A, 4B, 4C .... 410 des Kommutators (4) anlegbare leitende Elemente (7A, 7-B, 7C .... 710 aufweisen, "die an ihrem einen Ende an einem gemeinsamen Punkt (13, HA) elektrisch miteinander verbunden sind, und daß die leitenden Elemente zum führen von Strom verschiedener Stärke, unterschiedliche Widerstände (RA, RB, RC .... RK) aufweisen«

   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß-die Widerstände (KA, RB, RC, .... Rl\l) jeweils einen Teil der-leitenden Elemente (7A, 7B, 7C .... TE)' bilden, der zwischen dem gemeinsamen Punkt (13,11A) und den Angriffspunkten ■.-,■; g der leitenden Elemente an den Segmenten (4A, 4B, 4C .... 4Ii) liegt. - . ■ '.-■■'■ .-■■■-."

   3. Haschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- \_: zeichnet, daß ein erstes Endstück (13,11A) aus elektrisch leitendem. Material an die leitenden Elemente (7A, 7B, 7C .... 71)

   an dem gemeinsamen Punkt angeschlossen ist. :;

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   4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Endstück (14) mit den anderen Enden der lei-. tenden Elemente (7A, 7B, 7C .... TS) verbunden ist und daß die leitenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Endstück an den Kommutator (4) angreifen.

   3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigkeit der leitenden Elemente (7A, 7B, 7C 7N) unterschiedlich ist.

   ■ 6. Maschine nach einen, cfer Ansprüche 1 bis 5, dadurch

   gekennzeichnet, daß der Widerstand der in der Mitte liegenden

   leitenden Elemente niedriger ist als der der an den Seiten liegenden.

   7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Angreifen-der leitenden Elemente (7A, 7B, 7 C .... 7N) an * den Segmenten (4A, 4B, 4C .... 410 des Kommutators (4) ein erster Bürstenhalter (16) an der Bürste (12) befestigt ist.

   ö. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Halten der Bürste (12) durch den Stator (S) und den ersten Bürstenhalter (16) ein zweiter Bürstenhalter (17), der am Stator (S.) befestigt ist, am anderen Ende der iiürste angebracht ist.

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   9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch' gekennzeichnet, daß die Angriffspimkte der gleitenden Ül.emente (71, TS, JC ..«. 7N) am Kommutator (4) schräg zu den G-renzIinien zwischen den Kommutators egment en (4Ä, 4B, 4C .. .* .41)'verlaufen.

   10. Maschine nach Anspruch 9 ,.dadurch gekennzeichnet-,. daß sich die Segmente (4Δ, 4B, 4'ö",..» 41) des: Kommutators C4)_ im ; wesentlichen in Längsrichtung und die leitenden Elemente Hk, Ί&, 70 .^; 7H) '4er Bürste (12) im wesentlichen quer zur; Botorachse erstrecken. ■:.,-:■■"■'_ " ,- -' -."-. -■■-.·"-.

   11. Maschine nach Anspruch 9:_} dadurch gekennzeichnet, daß sich die Komrautatorsepiente im wesentlichen schrauljenlinienförmig in Längsrlohtung und die- leitenden. Elemente der. Bürste im wesentfliehenquer zur iio tor achse er s tr ecken/ . ^:

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