DE2500928C2

DE2500928C2 - Elektrische Schleifkontaktbahn

Info

Publication number: DE2500928C2
Application number: DE2500928A
Authority: DE
Inventors: James John Shrivenham Bates
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1974-01-11
Filing date: 1975-01-11
Publication date: 1985-10-03
Also published as: IT1027272B; AU7710575A; US4019076A; NL184187B; GB1495938A; BE525532A; JPS6215019B2; NL184187C; FR2258019B1; FR2258019A1; NL7500333A; DE2500928A1; NL8602234A; AU503558B2; ZA7587B; JPS604661B2; JPS50101808A; JPS6091844A

Description

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mit zwei Kohlefaserbürsten 2 und 3, die an einander diametral gegenüberliegenden Stellen mit dem Kommutator zusammenwirken. Jedes Segment des Kommutators t ist aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt, beispielsweise aus Kupfer und Zinn. Gemäß F i g. 1 besteht die linke Hälfte 4 jedes Segments beispielsweise aus Kupfer und die rechte Hälfte 5 jedes Segments aus Zinn.

Fig.2 zeigt einen Kommutator, der grundsätzlich ähnlich dem in F i g. 1 dargestellten Kommutator ist und wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind und welcher sich nur insofern von dem in F i g. 1 dargestellten Kommuiator unterscheidet, als er nicht trommeiförmig, sondern scheibenförmig ausgebildet ist und die Bürsten mn seiner Stirnfläche zusammenwirken, is

Obwohl in den F i g. 1 und 2 die beiden den Kommutator bildenden Werkstoffe voneinander getrennt auf de.i beiden Seiten der Kommutatorfläche angeordnet sind, ist diese Anordnungsweise nicht unbedingt erforderlich. Aus den beiden verschiedenen Werkstoffen kann auch eine Reihe von Bändern gebildet sein, welche bei einem irommelförmigen Kommutator koaxial und bei einem scheibenförmigen Kommutator konzentrisch sind. In jedem Fall haben jedoch die Bürsten 2 und 3 jeweils gleichzeitig mit den beiden verschiedenen Werkstoffen Kontakt Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf einen Kommutator beschrieben, sie ist jedoch in gleicher Weise auf Schleifringe anwendbar. Gewünschtenfalls können auch massive Kohlebürsten Anwendung finden.

Die F i g. 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche den veränderlichen elektrischen Übergangswiderstand verschiedener Werkstoffe vorteilhaft ausnützt Bei der in diesen beiden Figuren dargestellten Anordnung besteht ein Kommutator 5 aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Segmentpaaren, wobei jedes zweite Segment aus einem Werkstoff mit gegenüber einer Kohlefaserbürste niedrigem elektrischem Übergangswiderstand besteht und mit r bezeichnet ist. Die dazwischenliegenden Segmente bestehen aus einem anderen Werkstoff mit hohem elektrischem Widerstand und sind mit R bezeichnet. Die Segmente r und R eines Segmentpaares sind miteinander verbunden und an einen Anzapfungspunkt einer Ankerwicklung 6 angeschlossen. Die beiden Segmente eines Segmentpaares sind so angeordnet, daß eine damit zusammenwirkende Bürste 7 mit ihrer in Bewegungsrichtung zusammenwirkende Bürste 7 mit ihrer in Bewegungsrichtung vorderen Kante des Segments R mit hohen Widerstand und mit seiner hinteren Kante das Segment r mit dem niedrigen Widerstand berührt. Infolgedessen liegt stets ein niedriger Übergangswiderstand parallel mit einem hohen Übergangswiderstand und der Gesamtwiderstand zwischen der Bürste und der Ankerwicklung ist gering. Bei der Weiterbewegung der Bürste kommt ihre Vorderkante mit dem Segment rmit niedrigem Widerstand des nächsten Segmentpaars in Berührung und der Kontakt mit dem niederohmigen Segment des ersteren Segmentpaares wird unterbrochen. Infolgedessen fließt nun der größte Teil des elektrischen Stromes zur nächsten Anzapfung des Kommutators und es muß ein kleinerer Strom an der Hinterkante der Bürste unterbrochen werden, welche mit dem hochohmigen, am vorhergehenden Anzapfungspunkt angeschlossenen Segment in Berührung steht. Diese neue Bürstenstellung ist in F i g. 3b dargestellt.

Steht die Bürste in der in Fig.3b dargestellten Stellung und handelt es sich bei der Maschine um einen Wechselstrommotor, so ist einzusehen, daß in der kommutierten Ankerspule ein durch Transformatorwirkung induzierter Strom i_c zirkuliert, wobei der Stromkreis ein hochohmiges Kommutatorsegment R eines Segmentpaares enthält und dadurch die Stromstärke des zirkulierenden Stromes begrenzt wird.

Eine praktische Konstruktionsmöglichkeit eines Kommutators der in den F i g. 3a und 3b gezeigten Art ist in F i g. 4 dargestellt Es handelt sich dabei um einen scheibenförmigen Kommutator 7 mit Segmentpaaren 11, die jeweils durch spiralartig ausgebildete Isolationsabschnitte 12 voneinander isoliert sind. Jedes Segment eines Segmentpaares besteht aus verschiedenenen Werkstoffen entsprechend dem Kommutator gemäß den F i g. 3a und 3b und weist ein radial inneres niederohmiges Segment 13 und ein radial äußeres hochohmiges Segment 14 auf. Bei Drehung des Kommutators haben die Bürsten 8 und 9 abwechselnd mit einen niederohmigen Segment 13 und einem hochohmigen Segment 14 Kontakt und gehen allmählich und fortschreitend von einem Segmentpaar auf das andere über.

Die in Fig.4 dargestellte grundsätzliche Konstruktion ergibt modifiziert einen trommeiförmigen Kommutator 10 gemäß F i g. 5, wobei die einzelnen Segmentpaare jeweils durch schraubenlinienförmige Isolierabschnitte voneinander getrennt sind.

Das für die hochohmigen Segmente der Kommutatoren nach den F i g. 4 und 5 geeignete Material hängt von der Spannung der Maschine und der Größe der durch Transformatorwirkung in der kommutierten Ankerspule induzierten Spannung ab. Als Werkstoffe sind beispielsweise Zink und Aluminium geeignet

Die Grenzen zwischen dem hochohmigen Segment und dem niederohmigen Segment eines Segmentpaares brauchen nicht den Darstellungen nach den F i g. 4 und 5 zu folgen. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, diese Grenzen in der in F i g. 6 dargestellten Weise zu modifizieren.

Der in F i g. 6 dargestellte scheibenförmige Kommutator 20 weist eine Anzahl von Segmentpaaren 21 auf. Jedes Segmentpaar 21 enthält ein niederohmiges Segment 22 und ein hochohmiges Segment 23. Mit dem Kommutator wirken Bürsten 24 zusammen und zwar derart, daß sie jeweils zuerst mit dem niederohmigen Segment 22 und danach mit dem hochohmigen Segment 23 eines Segmentpaares Kontakt haben. Die Grenzen zwischen den einzelnen Segmentpaaren verlaufen so, daß die Bürsten 24 jeweils das folgende Segment mit einem stetig zunehmenden Teil ihrer Kontaktfläche kontaktieren und der mit dem jeweils vorhergehenden Segment in Kontakt stehende Bürstenflächenbereich zunehmend abnimmt. Wie außerdem ersichtlich ist, kontaktieren die Bürsten während der ICommutierung jeweils das hochohmige Segment 23 des jeweils nächsten Segmentpaares und das niederohmige Segment 22 des jeweils vorhergehenden Segmentpaares. Die Segmente sind so geformt, daß trotz der Breite der Bürsten 24 sichergestellt ist, daß eine Bürste niemals mehr als zwei Segmentpaare gleichzeitig kontaktiert.

Die Segmente 22 und 23 bestehen aus geeigneten Werkstoffen mit verschiedenen Widerstandswerten. Alternativ dazu ist in F i g. 7 ein Kommutator 30 dargestellt, der ähnlich demjenigen nach F i g. 6 ausgebildet ist u.id Segmentpaare 31 mit jeweils einem hochohmigen Segment 32 und einem niederohmigen Segment 33 aufweist. Der hohe Widerstand des Segments 32 ist dabei durch über dessen Oberfläche verteilte Löcher 34 erzeugt. Die Segmente 32 und 33 können entweder aus

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dem gleichen Werkstoff bestehen, wobei der höhere Widerstand des Segments 32 vollständig durch die Löcher 34 erzeugt ist, oder das Segment 32 kann aus einem hochohmigeren Material als das Segment 33 hergestellt sein.

Die Oberflächen der Segmente 32 können leicht mit Hilfe bekannter Ätztechniken hergestellt werden, wie sie bei der Produktion gedruckter Schaltungsplatten Anwendung finden. Die Löcher 34 brauchen selbstverständlich keine kreisrunde Form aufzuweisen und auch nicht gleichförmig über die Segmentoberfläche verteilt zu sein.

Die in den Fig.6 und 7 anhand scheibenförmiger Kommutatoren dargestellten Anordnungsweisen lassen sich in ähnlicher Weise auch bei trommeiförmigen Kommtuatoren anwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

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sich, daß der Übergangswiderstand zwischen der

Patentansprüche: Schleifkontaktbahn und der Kohlefaserbürste nicht nur

von dem Werkstoff der Schleifkontaktbahn, sondern

1 Elektrische Schleifkontaktbahn, beispielsweise auch von der Stromrichtung abhängig ist, also davon, ob Kommutator oder Schleifring, deren mit einer Bür- 5 der Strom von der Kohlefaserbürste in die Schleifkonste zusammenwirkende Kontaktfläche aus zwei ver- taktbahn fließt oder umgekehrt

schieden leitfähigen Werkstoffen gebildet ist, da- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elek-

durchgekennzeichnet, daß die Kontaktflä- trische Schleifkontaktbahn der eingangs genannten

ehe in mindestens zwei aus jeweils einem der beiden Gattung so auszubilden, daß ein gleichförmiger LJber-

Werkstoffe bestehende gesonderte Flächenbereiche io gangswiderstand auch bei Verwendung von Kohlefaser-

(4,5) unterteilt ist bürsten erreicht wird.
2 Schleifkontaktbahn nach Anspruch 1, dadurch Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verschiedenen gelöst, daß die Kontaktfläche in mindestens zwei aus Werkstoffe jeweils so gewählt sind, daß sie im Zu- jeweils einem der beiden Werkstoffe bestehende gesonsammenwirken mit einer Kohlefaserbürste einen 15 derte Flächenbereiche unterteilt ist stromrichiungsabhängigen, nämlich für die eine und Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gedie andere Stromflußrichtung verschiedenen Über- genstand der Unteransprüche.

gangswiderstand erzeugen. Beispielsweise ist der Übergangswiderstand zwischen
3. Schleifkontakibahn nach Anspruch 1 oder 2, da- einer Kohlefaserbürste und Kupfer oder Messing bei durch gekennzeichnet, daß die aus den verschiede- 20 negativem Bürstenpotential hoch und bei positivem nen Werkstoffen bestehenden gesonderten Flächen- Bürstenpotential niedrig. Beim Übergangswiderstand bereiche (4,5) in Schleifrichtung nebeneinander ver- zwischen einer Kohlefaserbürste und Zinn herrschen l_auf_en umgekehrte Verhältnisse. Wenn also eine Kontaktflä-
4. Schleifkontaktbahn nach einem der Ansprü- ehe eines Kommutators zur Hälfte aus Kupfer und zur ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der eine 25 Hälfte aus Zinn besteht so ergibt sich ein niedrigerer Werkstoff Kupfer oder Messing und der andere Gesamtübergangswiderstand, da die Stromleitung bei Werkstoff Zinn enthält. positivem Bürstenpotential hauptsächlich zwischen
5. Schleifkontaktbahn nach Anspruch 1 oder 2, da- Bürste und Kupfer und bei negativem Bürstenpotential durch gekennzeichnet, daß dieselbe als Kommutator hauptsächlich zwischen Bürste und Zinn stattfindet.

mit zusammengeschalteten Segmentpaaren (r, R 30 Ein Kommunator kann demgemäß so ausgebildet

bzw. 13, 14 bzw. 22, 23) ausgebildet ist und jedes werden, daß zur Verbesserung der Kommutierung der

Segmentpaar in Schleifrichtung aufeinanderfolgend relativ hohe Widerstand gewisser Kontaktwerkstoffe

ein Segment aus einem Werkstoff und ein Segment ausgenützt wird. Ein Kommutator kann demzufolge aus

aus dem anderen Werkstoff aufweist. Segmentpaaren aufgebaut sein, wobei die einzelnen
6. Schleifkontaktbahn nach Anspruch 5, dadurch 35 Segmente eines Segmentpaares abwechselnd einen gekennzeichnet, daß das hochohmigere Segment niedrigen und einen hohen Übergangswiderstand auf-(32) innerhalb seiner KontaktHäche isolierende Flä- weisen und so angeordnet sind, daß eine damit zusam-

g» chenbereiche (34) enthält. menwirkende Bürste nacheinander mit den beiden Seg-

j|
7. Schleifkontaktbahn nach Anspruch 5 oder 6, da- menten jedes Segmentpaares in Kontakt kommt.

d_urch gekennzeichnet, daß die Segmente so gestal- 40 Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß die

tet sind, daß eine damit zusammenwirkende Bürste in Drehrichtung hintere Kante einer Kohlefaserbürste

|| allmählich vom vorhergehenden Segment auf das in beim Übergang der Bürste von einem Segmentpaar auf

te' Schleifrichtung nachfolgende Segment übergeht. das nächste Segmentpaar mit einem Segment mit hohen

fi
8. Schleifkontaktbahn nach Anspruch 7, dadurch Widerstand Berührung hat, so daß in der kommutierten

',<> gekennzeichnet, daß die Segmente so gestaltet sind, 45 Spule eine schnellere Stromstärkenänderung stattfin-

.,; daß eine damit zusammenwirkende Bürste stets den kann.

[·' nicht mehr als zwei Segmente gleichzeitig berühren Die Erfindung ist gleichermaßen bei trommelförmi-

j kann. g^{en unQl} scheibenförmigen Kommutatoren anwendbar.

i
9. Schleifkontaktbahn nach einem der Ansprü- Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

f ehe 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seg- 50 werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden

.!' mente so angeordnet sind, daß eine damit zusam- Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigt

H menwirkende Bürste in Schleifrichtung jeweils zu- F i g. 1 einen trommeiförmigen Kommutator nach der

{ erst mit einem niederohmigen Segment und dann Erfindung,

Γ mit einem hochohmigen Segment eines Segment- F i g. 2 einen scheibenförmigen Kommutator nach der

'-' paares Kontakt hat. 55 Erfindung,

F i g. 3a und 3b einen für verbesserte Kommutierung

j ausgebildeten Kommutator nach der Erfindung mit ei-

1, ner in aufeinanderfolgenden Stellungen gezeichneten

Kohlefaserbürste, [ Die Erfindung betrifft eine elektrische Schleifkon- 60 Fig.4 eine Konstruktion eines scheibenförmigen

taktbahn, beispielsweise Kommutator oder Schleifring, Kommutators entsprechend den Fig. 3a und 3b,

deren mit einer Bürste zusammenwirkende Kontaktflä- F i g. 5 eine Konstruktion eines trommeiförmigen

>' ehe aus zwei verschieden leitfähigen Werkstoffen gebil- Kommutators entsprechend den Fig. 3a und 3b,

(j_c, j_st Fig.6 eine alternative Konstruktion eines schcibcn-

■ Aus der DI-AS 10 60 031 ist es bekannt, eine elektri- μ förmigcn Kommutators, und

' sclie Schleil'konlaklbahn aus einer Legierung von Nik- Fig. 7 eine noch weiter abgewandelte Ausl'ühruugs-

kel und Kupier herzustellen. form eines scheibenförmigen Kommutators.

Bei Verwendung von Bürsten aus Kohlefasern zeigt Fig. 1 zeigt einen trommelförniigen Kommutator 1