DE26252C - Konstruktionen für den Kommutator, hauptsächlich bestimmt, um Funkenbildung zu vermeiden - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Generatoren, die aus einem Magnet, einer mit drei isolirten und nachher verbundenen Drahtspulen umwickelten Armatur, einem aus drei isolirten, abnehmbaren Segmenten bestehenden Commutator, sowie aus vier auf dem Commutator verschiebbaren Commutatorbürsten bestehen, und auf Generatoren von mehr als Soo Volts bewegender elektrischer Kraft, in denen ein besonderes Kaltluftgebläse sich befindet, um die Isolirung an den Einschnitten zwischen den Commutator-Segmenten aufrecht zu erhalten. Hierdurch ist man im Stande, mit bestem Erfolg, wie praktische Versuche dargethan haben, bei einer Spannung von 1500 Volts und wahrscheinlich auch bei einer solchen bis zu 3000 Volts mit nur einem Commutator, der drei Segmente von je 120⁰ hat, zu arbeiten, wobei auch OeI zum Schmieren der Flächen nach Belieben angewendet werden kann.

In den Zeichnungen sind F¹F¹, Fig. 1, die Füfse des Generators, MM die Magnetspulen und BBB Eisenstangen, welche eine Art Gitterwerk um die Maschine bilden. X ist die Welle, A die Armatur und K der Commutator, auf dem vier Kupferbürsten C¹C² C³ C⁴ aufliegen, i? ist der Regulator zum Bewegen der letzteren.

In Fig. 2 sind FF die Seitenträger der Maschine mit den Lagern F² F² zur Aufnahme der Welle X. P ist das Ende der Welle X zur Aufnahme der Riemscheibe. M¹ M¹ ist die Eisenhülse der Magnete, die mit den Drahtspulen MM umwickelt ist und die eine kugelförmige Armatur A zwischen ihren gegenüberliegenden hohlen Flächen einschliefst. K ist der Commutator mit den auf ihm aufliegenden Commutatorbürsten. R ist der Regulirungsmagnet zum Bewegen der letzteren und B² ein kleines rotirendes Gebläse auf der Welle, welches dazu dient, einen Luftzug zur Aufrechterhaltung der Isolirung des. Commutators zu erzeugen.

Die Armatur besteht aus einem Eisenkern, der zwei gewölbte Enden oder Flantschen C hat, von denen in der Zeichnung nur das eine im Schnitt dargestellt ist und zwischen denen die Verbindungsstücke B³ gehalten werden, die eine äufsere Drahtumwickelung haben. Das Ganze bildet eine eiserne Hülse in Form einer plattgedrückten Kugel von weniger als einem Zoll Wandstärke. Um diese Kugel wird aufsen ein isolirter Kupferdraht gewickelt, während Oeffnungen in derselben einen freien Luftzug von der Armatur nach aufsen gestatten.

Die Hülsentheile M¹ M¹ sind bei m m mit Flantschen versehen, um sie mit den Stäben B B und dem Rahmen FF zu verbinden. Die Drähte der Armatur werden durch die Welle nach dem Commutator geleitet.

Aufser mit den magnetisirenden Spulen MM kann man auch die Magnete M¹ M¹ mit einem geschlossenen Kupferstreifen oder Conductor umgeben und hierdurch eine geschlossene Leitung von geringem Widerstand herstellen.

Hierdurch vermeidet man plötzliche magnetische Oscillationen und macht dadurch den erzeugten Strom zu einem gleichmäfsigen. Die Streifen können aus Kupferblech oder Kupferdraht bestehen.

In Fig.. 3 ist die vom Ende der Welle X aus gesehene Armatur A zur Hälfte im Durchschnitt

dargestellt. Aufsen an den einen Theil des Armaturkernes bildenden Verbindungsstücken _5³ sind Ansätze angebracht, um die Drahtumwickelungen in Position zu halten, zu welchem Zweck auch starke Dralltstreifen angewendet werden. An der Welle kreuzen sich die Spulen.

Die Verbindungen werden durch Fig. 4 veranschaulicht, und zwar ist α die Verbindung der Enden der drei Armaturdrähte h b b und K ein Commutator, der aus drei Segmenten besteht, von denen jedes mit einem Ende der Armaturwelle verbunden ist. Diese Anordnung ist einer schon früher vom Erfinder benutzten ähnlich.

Fig. 5 veranschaulicht eine andere Armaturform, die aus einem von Speichen E E getragenen Ring und aus sechs in diesen Ring eingewickelten Drahtspulen besteht. Fig. 6 zeigt die obere Ansicht dieser Armatur. Die Verbindungen sind in Fig. 7 angedeutet und sind den bereits beschriebenen ähnlich.

Fig. 8 und 9 veranschaulichen eine andere Armatur, bei der die Spulen auf sechs Ansätze/yy einer Nabe aufgewickelt sind. Die Armatur ist aus vielen Platten zusammengesetzt und ihre Drahtspulen sind wie vorher getheilt und haben drei freie Enden, wie in Fig. 10 gezeigt ist.

Das ganze Spulensystem der Armatur besteht also einfach aus einem dreitheiligen Conductor, wobei jedes freie Ende dieser drei Theile mit dem entsprechenden Commutator-Segment verbunden ist.

Der erzeugte Strom wird von den auf dem Commutator ruhenden Commutatorbürsten aufgenommen. Um den durch schlechtes Justiren der letzteren erzeugten Funken abzuschwächen, bringt man in gewissen Fällen einen dreifachen ' Condensator, d. h. einen Condensator mit drei gegenüberstehenden Folien an, die sorgfältig isolirt und einzeln mit jedem Segment des Commutators verbunden sind. Jede Folie sollte 10 bis 20 Quadratfufs Fläche von gewöhnlichem Condensationsvermögen darbieten und den schädlichen Funken condensiren und unschädlich machen. In der Praxis hat sich indefs gezeigt, dafs der erzeugte Funke, wenn die Commutatorbürsten gehörig justirt gehalten werden, selbst ohne den Condensator nur unbedeutend ist, und dafs bei Anwendung der weiter unten beschriebenen Gebläsevorrichtung der Funke fast aufgehoben und der Condensator also nicht nöthig wird.

Fig. 11 veranschaulicht die Art und Weise* wie die Armaturenden mit der dreifachen Condensatorfläche zu verbinden sind. Die Folien sind in der Zeichnung mit d^l d? d³ und die übrigen Theile wie vorher bezeichnet.

Fig. 12 zeigt eine bequeme Art der Anbringung des Condensators, der in einem Kasten auf der Welle X sitzt und mit dieser rotirt. Er kann, eventuell auch mit der Armaturspule umwunden sein.

Fig. 13 ist eine Ansicht des Commutatorendes der Welle X, welche den Luftgebläseapparat IP, die abgebrochen gezeigten Tragarme L¹ L² für die Commutatorbürsten und den eigentlichen Commutator K trägt. Die Segmente des letzteren werden von der Welle und von einander gehörig isolirt und von zwei Flantschen G G gehalten, von denen je einer an den beiden Seiten des Commutators sich befindet. Jedes Segment ruht auf Stützen, die von Stangen r r gebildet werden, deren Enden in isolirten Oeffnüngen der Flantsche G G stecken. Auf diesen Stangen befinden sich starke Verbindungsringe, an denen die Segmente mittelst Schrauben festgemacht sind, die durch seitlich an den Segmenten angebrachte Vorsprünge gehen, wie ails'* der Endansicht, Fig. 14, zu ersehen. Die Flantsche G G sind mit einer Isolirschicht aus Hartgummiplatten so bedeckt, dafs keine leitenden Flächen blofsliegen und eine entschiedene Isolirung zwischen den Segmenten hergestellt ist. Hierdurch wird einem sonst durch Ansammlung von Sand und Staub entstehenden Stromverlust vorgebeugt.

Die Segmente sind aus dünnem Kupfer hergestellt und ruhen fest auf den kleinen Vorsprüngen der Stützen S S'. Die Drähte von den Wellen- oder Armaturenden sind an den Stützen der Segmente zweckentsprechend befestigt.

Bei Benutzung dieser Construction ist es das Werk einiger Augenblicke, die Segmente zum Zweck des Reinigens, Ausbesserns oder Erneuerns abzunehmen, während eine ununterbrochene Kupferfläche von jedem Segment den aufliegenden Commutatorbürsten dargeboten wird. Um die Isolirung noch weiter zu vervollkommnen, umgiebt man in einigen Fällen auch die Welle unter den Segmenten mit einer Isolirröhre und firnifst alle offenliegenden Metalltheile, mit Ausnahme der äufseren Flächen der Segmente. Auf diese Weise wird eine äufserst vollkommene Isolirung der Segmente erzielt, welche hinreichend ist, um einer Spannung- von 1000 bis 2000 Volts ohne Verlust zu widerstehen.

In Fig. 15 ist die Art und Weise der Anbringung der Commutatorbürsten am Commutator im Entwurf dargestellt und sind die Verbindungen der Stromleitung im ganzen Generator angedeutet, wobei die Stromrichtung durch Pfeile bezeichnet ist. h b b deuten die Armaturspulen, k^l P k? die Commutator-Segmente, C¹C^ die mit einander verbundenen positiven und c^s c^l die negativen Commutatorbürsten an. MM sind die Hauptdrahtspulen und der Funke zwischen denselben bezeichnet den äufseren Widerstand beim Zusammentreffen der beiden Ströme, durch welchen das Licht erzeugt wird. In

Fig. 15 ist auch die Anwendung einer Gebläsevorrichtung mit Düsen JJ angedeutet, durch die ein ziemlich starker Luftstrom gerade vor die Spitzen der vorderen positiven und negativen Commutatorbürsten und gegen die Einschnitte im Commutator geblasen wird.

Bei Anwendung von Generatoren von mehr als 500 Volts elektromotorischer Kraft ist es schwierig, den Strom aus einem einzigen Commutator herauszuleiten; man wendet deshalb gewöhnlich zwei oder mehrere Commutatoren und Armaturspulensysteme an und verbindet dieselben serienweise. Dies ist aber nicht zu empfehlen, da hierdurch zu viele Theile nöthig werden und durch Nachlässigkeit oder Unwissenheit der Angestellten leicht etwas aufser Ordnung kommt. Bei Benutzung eines aus drei Sectionen bestehenden Commutators würde es unmöglich sein, ohne einen Condensator oder eine Gebläsevorrichtung eine Spannung von 1000 Volts in die Commutatorbürsten hinüberzuleiten; ohne dieselben würden die Einschnitte öfters von Flammenbogen gekreuzt werden, woraus ein momentanes Nachlassen des erzeugten Stromes resultiren würde. Aufserdem lassen sich Commutator - Segmente, die solche hohe Spannung aufnehmen, nicht ölen oder schmieren. Um dabei serienweise ange^ ordnete Lichtbogenlampen in Betrieb zu setzen, müfste zwischen den Commutatorbürsten ein Spannungsunterschied von ungefähr 1400 Volts vorherrschen.

Ein aufmerksames Studium der Ursachen, welche den elektrischen Strom gegen OeI so empfindlich machen und das Kreuzen oder Ueberspringen der Einschnitte zwischen den Commutator-Segmenten hervorrufen, führte den Patentinhaber zu der Annahme, dafs ein Strahl einer isolirenden Flüssigkeit, wie Luft, in dem Augenblick, wo das Segment oder der Einschnitt die Commutatorbürste verläfst, in beliebiger Richtung durch die Einschnitte hindurchgeblasen, diesen Uebelstand aufheben und die Isolirung der Einschnitte sichern würde.

Dies erwies sich als richtig; es gelang, mit bestem Erfolg mehr als 30 Lichtbogenlampen, welche eine Spannung von je 40 Volts erforderten, von einem einzigen, aus drei Segmenten bestehenden Commutator aus zu speisen, unter gleichzeitiger, Oelung der Flächen der Segmente. Die einfachste Art und Weise der Anwendung eines Luftstrahles ist die beschriebene. Die Düsen werden von einer beliebigen Quelle aus mit einem Luftstrom gespeist und die Commutatorbürsten so justirt, dafs sie einen kleinen Funken erzeugen, auf den das Gebläse einwirkt. Ein weiterer Vortheil des Gebläses ist der, dafs es den vorhandenen kleinen Funken derart kühlt und zertheilt, dafs keine Verbrennung oder Schädigung des Metalls eintritt, und dafs deshalb die Segmente einzig der Abnutzung durch Reibung, welche ihrerseits wieder durch reichliches Oelen verringert wird, ausgesetzt sind. Segmente, die viele Tage lang ununterbrochen in Thätigkeit waren, zeigten folglich keine Abnutzung. Die Anbringung derartiger Gebläsevorrichtungen kann verschieden sein, doch wurde die beschriebene für sehr praktisch befunden. Der Gebläsestrahl kann auch von unten auf die Einschnitte einwirken und mit dem Commutator rotiren. In diesem Fall benutzt man drei Düsen, die in ihrer Anordnung mit den Einschnitten correspondiren, wie in Fig. 15 durch punktirte Linien angedeutet ist. Um eine aufsen liegende Luftquelle für das Gebläse zu vermeiden, bringt man ein kleines Gebläse auf der Welle der Maschine an. Je stärker der Druck des Gebläses, desto vollkommener wird die Wirkung auf die höchsten Spannungen sein; für gewöhnliche Spannungen von 1000 bis 2000 Volts wird ein richtig angewendeter Druck von Y₂ Pfund auf den Zoll genügen. Die Mündung der Düsen besteht aus einem Schlitz, der so lang ist wie die Segmente breit sind und eine Oeffnungs weite von 0,1 Zoll hat. Natürlich wird sich ein Gebläse irgend welcher Construction für den vorliegenden Zweck benutzen lassen, wenn die Luftstöfse in dem Augenblick erfolgen, wo die Einschnitte an den Spitzen der Commutatorbürsten vorübergehen.

Das in Fig. 16, 17, 18 und 19 veranschaulichte Gebläse ist für alle Fälle der Praxis besonders gut geeignet. Es besteht aus einer auf der Welle X der Maschine aufgekeilten und mit derselben rotirenden Nabe oder Scheibe D, die in einem nicht rotirenden länglichen Gehäuse B² sitzt und das Innere des letzteren in zwei halbmondförmige Räume theilt. Die Scheibe D hat drei tiefe radiale Einschnitte, in denen sich drei lose Kolben hhh bewegen, die beim schnellen Rotiren der Scheibe infolge der Centrifugalkraft gegen die Seiten des Gehäuses B* gedrückt werden und dazu dienen, die Luft in den vor ihnen liegenden leeren Räumen vor sich her zu drücken. Zum Einlassen von Luft sind im Kasten Oeffnungen 1 und 2 vorgesehen, während Düsen JJ in den Auslafsöffnungen zur Abführung der von dem Kolben verdrängten Luft angebracht werden. Diese Düsen JJ bestreichen die Fläche der Commutatorsegmente auf die oben beschriebene. Weise. Die Kolben hhh werden am besten aus Hartgummi, ungegerbten Häuten oder geprefstem Leder hergestellt, da diese Materialien in diesem Falle besser sind als Metall. Die Scheibe D ist so zu den Commutatoreinschnitten angeordnet, dafs die stärksten Luftstöfse in dem Augenblick erfolgen, wo die Commutatoreinschnitte an den Spitzen der Commutatorbürsten vorübergehen.

Es werden nur zwei Düsen erforderlich, wenn dieselben vor den positiven und negativen Commutatorbürsten angebracht sind, die während des Rotirens des Commutators zuletzt von den Segmenten berührt werden. Selbstredend läfst sich diese Gebläsevorrichtung auch bei anders geformten Commutatoren anwenden.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Die Combination eines aus drei Segmenten bestehenden Commutators und eines Armaturspulensystems, welches einen dreitheiligen Conductor bildet, und eines dreifachen Condensators, von dessen Folien jede an einem der Commutator-Segmente angebracht ist.

2. Die Combination eines Commutators oder einer die Stromleitung ändernden Vorrichtung mit einem Gebläse, durch welches Luft oder eine andere gasartige Flüssigkeit in dem Augenblick zwischen die Contactflächen geführt wird, wo der Contact zwischen den letzteren aufgehoben wird, um dadurch der Bildung von Schliefsungsbögen oder Funken vorzubeugen.

3. Ein Gebläseapparat 2?², welcher auf der Welle. X oder anders angeordnet werden kann, mit feststehendem Gehäuse und beweglichem inneren Kolben h, welcher Luft oder eine andere Isolirflüssigkeit durch Düsen JJ in dem Augenblick in die Einschnitte des Commutators prefst, wo dieselben an den Commutatorbürsten C C² vorbeipassiren.

4. In einem Commutator isolirte Metallstützen rr für die Segmente, die mit einer die Segmente an keiner Stelle berührenden Isolirschicht bedeckt sind, wobei die Segmente auf einem Rahmenwerk ruhen.

5. In einem Commutator-Segmente eines Ringes mit seitlich vorstehenden Ansätzen, in Verbindung mit einem mit Befestigungsschrauben versehenen, in Fig. 13 und 14 dargestellten Rahmen, an welchem die Segmente mittelst der Schrauben befestigt werden.

6. Ein aus metallenen, an einem offenen Rahmen angebrachten Segmenten bestehender Commutator, bei dem der genannte Rahmen seinerseits wieder durch Flantsche G G, von denen er isolirt ist, auf einer Welle X gehalten wird, so dafs die Segmente an allen Seiten von einem Luftraum umgeben, während die Flantsche mit einer Isolirschicht bedeckt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.