DE27187C - Herstellung der Kommutatorbürsten bei elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 24. Juni 1883 ab.

Beim Arbeiten der dynamo-elektrischen Maschinen mit'continuirlichem Strom oder elektrodynamischen Motoren bewegt sich die neutrale Linie oder die linie, welche am wenigsten Funken liefert, bei Vermehrung der Ladung dieser Maschinen im Sinne der Rotation, indem sie sich von der Arbeitslinie oder der Linie des Maximums der elektrischen Kraft entfernt; die letztere befindet sich stets auf der Armatur in centraler Stellung zwischen den Polfiächen der Inductionsmagnete. Bisher hat man für nöthig befunden, die Commutatorbiirsten oder Stromsammler gegen die neutrale Linie vorrücken zu lassen, um die zerstörend wirkenden Funken zu vermeiden, die von der Theilung der durch die Polarität der Kernarmatur erzeugten Kraftlinien herrühren, wobei die Polarität von dem durch die Armaturspulen, kreisenden Strom herrührt. Die Entfernung der Bürsten von der elektromotorischen Maximalkraftlinie eines Generators vermindert aber dabei die elektromotorische Kraft der Maschine.

Bei elektrodynamischen Motoren vergröfsern sich diese Schwierigkeiten ganz erheblich, da die Leistung derselben sich schnell ändern kann, und findet, wenn die Bürsten für die mittlere Leistung eingestellt sind, durch die Entfernung der neutralen Linie von den Bürsten eine übermäfsige Funkenbildung statt, die sofort den Commutator und die Bürsten zerstören kann.

Nach vorliegender Erfindung sollen die Stromsammler oder Commutatorbiirsten auf den Punkten des Maximums der Arbeit oder der elektromotorischen Kraft des Generators oder Motors stehen bleiben, ohne dafs eine erhebliche und zerstörend wirkende Funkenbildung eintritt, wodurch die Stärke der Maschine sehr erhöht wird.

Bisher war es auch in der Praxis üblich, für die Commutatorbürsten dieser Art von Maschinen Kupfer oder ein beliebig anderes, die Elektricität gut leitendes und guten elektrischen Contact herstellendes Metall zu verwenden.

Es hat sich herausgestellt, dafs die Kupferbürsten wegen ihrer grofsen Leitungsfähigkeit und ihres guten Contactes zwischen den Commutatorstäben Stromkreise von sehr schwachem Widerstände bilden, wenn die Bürsten über die Stäbe hinweggehen und allmälig die die Commutatorstabpaare verbindenden Spulen kurz schliefsen, indem dann die Spulen oder Spiralen einen kräftigen Localstrom erzeugen. Dabei erzeugt die beim Weggang der Bürsten von einem Commutatorstab stattfindende Unterbrechung dieser Kurzschliefsung die Bildung des zerstörenden Funkens.

Durch den starken localen Strom wird auch die Maschine stark erhitzt und tritt infolge dessen ein dementsprechender Verlust an Energie ein.

Nach der vorliegenden Erfindung wird nun die bisherige Praxis umgekehrt, insofern, als gegenüber dem bisher angewendeten Kupfer nunmehr Stromsammler von geringerer elektrischer Leitungsfähigkeit und geringerem elektrischen Contact zur Verwendung kommen sollen, so dafs die von jeder Bürste quer über die Commutatorstäbe gebildete Brücke im Vergleich zu den localen Spulen einen grofsen Widerstand enthält, wobei der Stromkreis dieser

Spulen in der Maschine durch die Bildung der Brücke über die Commutatorstäbe geschlossen wird; hierdurch wird der locale Strom ein sehr schwacher und die Funkenbildung relativ gleich Null.

Mit den Stromsammlern nach vorliegender Erfindung wird es, wie schon eingangs erwähnt, ermöglicht, dieselben auf den Stellen des Maximums der elektromotorischen Arbeit oder Kraft zu belassen; bringt man eine" gewisse Anzahl solcher Collectoren an, so kann man die gewünschte Gesammtleitungsfähigkeit und Bildung des Contactes erzielen, um den Hauptstrom ohne Funkenbildung abzuleiten.

Die Stromcollectoren in Form metallischer Drahtbürsten oder flacher Federn oder in beliebig anderer Gestalt werden aus einem beliebigen Metall oder aus beliebiger Legirung hergestellt, die im Vergleich zu Kupfer geringere Leitungsfähigkeit und Contactbildung, sowie einen Wphen Schmelzpunkt besitzt.

Hierzu kann man Nickel, Eisen, Stahl, Kobalt, Platin, Palladium oder Legirungen, wie Bronze oder Phospjiorbronze, benutzen; es eignet sich aber hierzu Neusilber aus dem Grunde am besten, weil es einen sehr grofsen AViderstand besitzt und durch Erhitzung seine Festigkeit nicht verliert, wie dies bei den meisten Legirungen der Fall ist.

Werden die Stromcollectoren als Bürsten gebildet, so bestehen sie aus Metalldrahtschichten, welche durch Metallplatten getrennt sind. Das Ganze wird dann an einem Ende zu einem festen Körper verlöthet.

Zur Vermehrung des Widerstandes der von der Bürste gebildeten Brücke werden die Drahtschichten von einander isolirt, indem man die trennenden Metallplatten mit Firnifs überzieht.

Die Metalldrähte können selbst auch mit Firnifs überzogen werden, und können dann die Zwischenplatten wegfallen oder auch nicht. An Stelle dieser metallischen Trennungsplatten können Glimmerstreifen oder Streifen aus einem anderen isolirenden Materia verwendet werden, obgleich mit Firnifs überzogenes Metall vorzuziehen ist.

Das Ende der Bürste liegt auf dem Commutatorcylinder auf, so dafs alle oder fast alle Drahtenden mit diesem in Berührung stehen.

Geht der Strom von dem einen Stab durch die Bürste nach dem anderen, so mufs er in dem einen Theil der Drähte nach dem festen Ende der Bürste steigen und darauf durch den anderen Theil der Drähte nach dem anderen Stab niedergehen, so dafs der durch die Länge der Drähte bestimmte Widerstand in den localen Stromkreis eingeschaltet ist.

Der hohe Widerstand richtet sich nicht allein nach dem durch das Metall der Stromcollectoren dargebotenen Widerstand, sondern hauptsächlich auch nach dem geringen elektrischen Contact der Collectoren mit dem Commutatorcylinder, was eintrttt, wenn für die Collectoren Metalle oder Legirungen von im Vergleich zu Kupfer geringerer Leitungsfähigkeit verwendet werden.

Man kann auch den Contactwiderstand dadurch bereits vermehren, dafs man die Commutatorstäbe mit einem Metall oder mit einer Legirung belegt, die, wie oben beschrieben, im Vergleich zu Kupfer einen geringen elektrischen Contact herstellt.

Aufser der localen Funkenbildung findet noch eine solche durch die Verzögerung (retrait) des Hauptstromes statt. Dieselbe wird natürlich durch den von diesen Stromcollectoren gebildeten geringen Contact vermehrt. Den Uebelstand dieser Funkenbildung kann man dadurch verringern, dafs man die Zahl der Collectoren oder der dieselben bildenden Theile dergestalt vermehrt, dafs die vom Hauptstromkreis herrührenden Funken durch Zertheilung auf das Minimum reducirt werden.

Fig. ι ist eine dynamo-elektrische Maschine oder ein elektrodynamischer Motor mit der Anordnung der Commutatorbürsten nach vorliegender Erfindung. Fig. 2 ist eine Ansicht des Commutators mit mehreren Bürsten; Fig. 3 eine vergröfserte Ansicht zweier Commutatorstäbe und der verbesserten Bürste; Fig. 4 ein Querschnitt der letzteren. Fig. 5 zeigt die Bewegungsrichtung des localen Stromes durch die elektrisch getheilten Bürsten und Fig. 6 den Weg des localen und des Hauptstromkreises.

PN, Fig. i, sind die polaren Verlängerungen des Inductionsmagnetes des Generators oder Motors; A ist die Armatur, B der Commutatorcylinder mit seinen Bürsten C C. Die auf dem Cylinder B veränderliche neutrale Linie ist durch x-x und die Linie des Maximums der elektromotorischen Kraft durch y-y dargestellt. Die Umwickelungen der Armatur sind mit den Commutatorstäben an zwischenliegenden Stellen verbunden, wie in Fig. 1 angedeutet ist, wobei sich die Stellen des Maximums der elektromotorischen Kraft auf dem Commutator, dem Centrum zwischen den Polflächen der Iuductionsmagnete gegenüberliegend, befinden.

Die neutrale Linie x-x und die Linie y-y für das Maximum der elektromotorischen Kraft auf dem Commutator stehen senkrecht zu den entsprechenden Linien auf der Armatur.

Bisher wurden zur Verhinderung der Funkenbildung die Bürsten an die Linie x-x herangeführt; es ist aber durch die eigenthümliche Anordnung der Stromcollectoren und der Commutatorstäbe (entweder durch Anwendung der einen oder der anderen oder auch beider zugleich) möglich, dieselben ohne Funkenbildung auf der Linie y-y zu belassen. Man verwendet zwei oder mehrere Commutatorbürsten, die an einer Seite des Commutatorcylinders mit ein-

ander verbunden sind, um den Strom nach Art der Fig. 2 abzuleiten.

Eine jede Bürste kann aus metallenen Drahtschichten a, aus Neusilber oder einem anderen, weniger leitenden Metall oder einer dergleichen Legirung bestehen, welche Schichten dann durch metallene Platten b von einander getrennt sind. Drähte α und Platten b - werden durch Verlöthen am äufseren Ende c der Bürste zu einem Ganzen verbunden und mit Firnifs überzogen, um eine gute elektrische Theilung der Bürste zu erzielen.

Letztere ruht mit den Enden sämmtlicher Drähte auf dem Commutatorcylinder auf.

Der Weg des localen Stromes ist durch die kleinen Pfeile in den Fig. 5 und 6 dargestellt, während der Lauf des Hauptstromes durch die gröfseren Pfeile in Fig. 6 gekennzeichnet ist. Der Stromkreis in der localen Spirale d, Fig. 6, wird mit dem Commutator durch die als Brücke dienende Bürste geschlossen, welche Brücke indessen im Vergleich zur Spirale d aus den oben angeführten Ursachen, der geringen Leitungs- und elektrischen Contactfähigkeit des Metalles der Bürsten, ihrer elektrischen Theilung an ihrem inneren Ende, von hohem Widerstände ist.

Der locale Strom mufs aufser dem durch die Länge der Drähte dargebotenen Widerstand auch noch den Hauptstrom auf der einen Seite der Brücke überwinden, die durch die Bürste hergestellt wird.

Die Stäbe e des Commutators B können aus Neusilber oder einem anderen geeigneten Metall oder einer Legirung bestehen oder mit denselben belegt werden, welche im Vergleich zu Kupfer einen geringeren elektrischen Contact besitzen, wodurch der Widerstand des Contactes vermehrt und an den durch die Bürsten gebildeten Brücken ein höherer Widerstand erzeugt wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Zum Zweck der Verminderung der Funkenbildung bei den Commutatorbürsten die Herstellung derselben aus abwechselnden Drahtschichten α und Platten b, Fig. 3 und 4, die durch Lack oder andere Mittel von einander isolirt und an dem dem Commutator entgegengesetzten Ende zu einem Körper vereinigt werden, wobei diese Bürstentheile aus einem Material hergestellt sind, das weniger leitungsfähig als die Commutatorstäbe ist, so dafs der Widerstand in der Bürste gröfser als an der Contactstelle zwischen Bürste und Commutatoroberfläche ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.