DE2734749A1

DE2734749A1 - Buerste zur abrundung eines kommutators

Info

Publication number: DE2734749A1
Application number: DE19772734749
Authority: DE
Inventors: Ralph Whitcomb Avery
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-08-05
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE2734749C2; US4034249A; CA1075295A; GB1532588A

Description

Dr. rer. not. Horst Schüler ο ⁶⁰⁰° ^Fra"^IA"^f/^rtft"¹ O Koiierstrasse

PATENTANWALT _Telefon ,06,„ 235555

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GENERAL ELECTRIC COMPANY

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Bürste zur Abrundung eines Kommutators

Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Bürsten für dynamoelektrische Maschinen und besonders Bürsten, mit denen eine gleichmässige Kontaktfläche am Kommutator aufrecht erhalten werden kann.

Bei dynamoelektrischen Maschinen wie Motoren, Generatoren oder Wechselstromgeneratoren mit Bürsten, welche einen Kontakt zur Leitung des elektrischen Stroms mit einer

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radialen oder zylindrischen Fläche einer leitenden Struktur, beispielsweise eines Kommutators oder Schleifrings herstellen, verursacht der bewegte Kontakt zwischen den Elementen einen gegenseitigen Verschleiss, erstens durch einfachen mechanischen Reibungsverschleiss oder Abrieb und zweitens durch elektrische Erosion.

Der mechanische Verschleiss wird beispielsweise beeinflusst durch die Grosse der Kontaktfläche, den Kontaktdruck, Stösse, Vibration und andere Ungleichförmigkeiten. Zur Verringerung des mechanischen Verschleisses der leitenden Struktur werden die Bürsten aus einem weicheren Material hergestellt, so dass sie das Element mit dem Hauptverschleiss darstellen und nicht der Kommutator.

Die Hauptursa^he für Verschleiss auf der leitenden Struktur ist die elektrische Erosion. Besonders anfällig für diese Erosionswirkung ist eine dynamoelektrische Hochleistungsmaschine mit hoher Stromstärke, beispielsweise ein Lokomotivantriebsmotor. Der normalerweise auftretende elektrische Verschleiss entfernt durch Erosion Material an der Oberfläche der leitenden Struktur, beispielsweise des Kommutators oder Schleifringes, entlang der Kontaktbahn der Bürste auf der sich bewegenden Oberfläche. Diese Bahn wird daher leicht aufgerauht und erhält Vertiefungen sogar bei der normalen Funkenentladung über der Fläche des momentanen Kontaktes. Wenn diese Aufrauhung einmal begonnen ist, wird die Funken- oder Bogenentladung verstärkt und hierdurch steigt die Rauhigkeit noch schneller an, so dass eine Wechselwirkung zwischen den beiden Vorgängen besteht und sich die Kontakt fläche immer schneller verschlechtert.

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Neben der Bildung von Vertiefungen zeigt sich an manchen Kommutatoren ein wellenartiges Verschleissmuster, welches oft durch vier oder sechs ebene Flecken oder Vertiefungen gekennzeichnet ist. Wenn dies geschieht, dann bildet sich an den höheren Stellen am Umfang oft ein dünner gleichförmiger leitender Film. An diesen höheren Stellen tritt daher nur eine geringe oder keine Funkenentladung auf. An den benachbarten tieferllegenden Stellen ist jedoch die Funkenentladung verstärkt und auf ihnen entsteht ein dicker, nicht leitender Film, welcher die Stromleitung noch weiter behindert. Auf diese Weise wird das Kommutatormaterial fortschreitend in einer solchen Weise abgetragen, dass es eine nicht zylindrische Form annimmt. Zu den anderen Ursachen einer Ungleichfönnigkeit der Kommutatorobeifläche gehört die mechanische Verschiebung, weI..he durch mechanische Belastung am Kommutator verursacht wird. Das Ergebnis ist eine relatives Absenken oder Anheben einzelner Kommutatorstäbe und hierdurch ergibt sich eine Veränderung der elektrischen und der mechanischen Erosion auf der Oberfläche des Kommutators.

Durcli eine ungleichförmige Oberfläche des Kommutators oder des Schleifrings wird der mechanische Verschleiss der Bürsten und auch der leitenden Struktur vergrössert. Wenn die Ungleichförmigkeit stark genug ist, dann ergibt sich eine Vibration der Bürsten und dies führt schliesslich zu einem Bürstendefekt.

Während der Lebensdauer dieser Maschinen ist daher eine periodische Wartung erforderlich zum Austausch der Bürsten und zur Nachbearbeitung der Kontaktfläche der beweglichen Struktur. Der Rundlauf am Kommutator wird gewöhnlich dadurch wiederhergestellt, dass er aus der Maschine

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herausgenommen und in einer Drehbank überdreht wird. Wenn die Kosten für den Ausbau für dieses Verfahren zu gross sind, dann wird irgendeine Form einer tragbaren Schleifscheibe oder eines Lrehwerkzeuges verwendet ohne Ausbau der Struktur aus der Maschine. In jedem Falle ist ein Stillstand der Maschine während einer beträchtlichen Zeitdauer erforderlich.

Es wurde ein Verfahren zur automatischen Nacharbeitung der Oberfläche des Kommutators während des normalen Betrieb der Maschine angegeben, bei dem eine schleifende Bürste oder eine Bürste mit in ihrer Struktur verteiltem Schleifmaterial in dem normalen Bürstenhalter eingesetzt wurde. Diese Anordnung konnte entweder zeitweilig oder ständig verwendet werden, wobei das schleifende Element die normale Funktion einer normalen Bürste übernahm. Beide Anordnungen verursachten jedoch leicht einen übermässigen Verschleiss des Kommutators und" keine der beiden Anordnungen ist in der Lage einen unrunden Kommutator zu korrigieren, da die höheren Teile nicht selektiv mit grösserer Geschwindigkeit als die tieferliegenden Teile abgetragen wurden. In Wirklichkeit führten die mechanische Vibration und das Ansprechverhalten der Bürste gewöhnlich dazu, dass irgendwelche vorhandenen tieferliegenden Teile des Kommutators vertieft wurden und dadurch die Rauhigkeit vergrössert wurde.

Bei einer anderen Anordnung wurde ein automatisches periodisches Abschleifen des Kommutators dadurch erreicht, dass in Längsrichtung zwischen aufeinanderfolgenden normalen Teilen in der Bürste querverlaufende Diskontinuitäten eingefügt wurden. Durch eine solche Anordnung wird daher das Armaturmaterial eingespart, da die Oberfläche

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nicht ständig abgeschliffen wird. Wie bei den zuvor genannten Verfahren ergibt sich jedoch dabei keine Korrektur für unrunde Oberflächen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige und verbesserte elektrische Bürste zu schaffen, durch welche die periodische Wartung und die Maschinenstillstandszeit beträchtlich verringert werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von elektrischen Bürsten, durch welche die elektrische Erosion des in Kombination mit den Bürsten veränderten Kommutators bedeutend verringert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Erzielung eines automatischen Selbstrundlaufs an einem Maschinenkonunutator.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Erzielung eines selektiven Abschleifens oder Materialabtrags an einer Kommutatorfläche zur Erzielung und Aufrechterhaltung eines Kommutatorprofils mit Rundlauf.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Bürste, welche kostengünstig hergestellt ist, gute Betriebseigenschaften besitzt und im Gebrauch dauerhaft ist.

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben, Gesichtspunkte und Vorteile ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bürstenkonstruktion, bei der ein dünnes schleifendes Element oder Blätt-

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chen in eine Längsnut einer normalen Bürste eingesetzt ist. Dieses Schleifelement endet an der Kontaktfläche der Bürste und bildet einen mittleren Teil derselben, wobei es sich quer über den Kontaktweg der Bürste auf der Kommutatorfläche erstreckt. Die Kontaktfläche der Bürste besitzt ein konkaves Profil angepasst an den mittleren Radius des Kommutators. Daher ist das Schleifelement in Reibungskontakt mit der Kommutatoroberfläche an den erhabenen Stellen, an denen der Krümmungsradius des Kommutators kleiner ist als der mittlere Radius, und ist andererseits nicht in Kontakt mit dem Kommutator an den tiefliegenden Stellen, an denen der Radius grosser ist als der mittlere Radius.

Durch die selektive Schleifwirkung wird der mechanische Materialabtrag auf einer Geschwindigkeit gehalten, welche grosser ist als die Anfangsstufen der elektrischen Erosion. Dadurch wird die elektrische Erosion verringert und es besteht eine Tendenz dazu, die Kommutatoroberfläche auf einem praktisch runden Profil zu halten. Das automatische Runden des Kommutators ergibt eine längere Lebensdauer der Bürste und vergrössert die Zeitabstände zwischen der Überarbeitung der Lauffläche am Kommutator. Die Wartungsarbeiten und die Stillstandszeit der Maschine werden auf diese Weise in starkem Masse verringert.

Nachstehend wird die Erfindung im Detail in der Form eines rotierenden Kommutators als leitende Struktur beschrieben, wobei eine stationäre Bürste in Längsrichtung gleitend geführt und zum Kontakt mit dem Kommutator vorgespannt ist. Die offenbarten Merkmale der Erfindung können jedoch auch Vorteile bei einer anderen Art der Anordnung einer Bürste und unter anderen Umgebungsbedin-

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gungen ergeben, bei denen ein elektrisch leitender Kontakt zwischen einer relativ beweglichen Bürste und leitenden Elementen hergestellt wird.

Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der eingesetzten Bürsten in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform einer Bürste.

Die Figur 3 zeigt eine normale Zweiplatten-Duplexbürste in einer abgewandelten Form mit dem Schleifelement der bevorzugten Ausführungsform.

Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 5 zeigt schematisch die Beziehung zwischen der Abriebfläche an der Bürste und der Kommutatoroberfläche an einem hochliegenden Punkt auf der Kommutatoroberfläche.

Die Figur 6 ist eine schematische Ansicht der Verhältnisse an einem tiefliegendem Punkt auf der Kommutatorfläche

Die Figur 7 zeigt eine Bürstenform ähnlich der Form nach den Figuren 1 und 2, wobei jedoch die Achse und die Zustellrichtung der Bürste nicht radial zum Kommutator liegen.

Es folgt nachstehend eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, wobei zunächst auf die Figur 1 Bezug genommen wird. Sie zeigt ein Paar Bürsten Io als Ausfüh-

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rungsform der Erfindung, welche durch eine normale Bürstenhalteranordnung 12 in ihrer Betriebsstellung an einem Kommutator 11 gehalten werden. Der Kommutator 11 ist ein Teil eines Rotors einer dynamo-elektrischen Maschine 13, beispielsweise eines Motors oder Generators.

Nachstehend wird die Erfindung im Zusammenhang der Verwendung mit einem Kommutator beschrieben; sie kann jedoch genausogut mit anderen sich drel^enden leitenden Teilen verwendet werden, beispielsweise mit Schleifringen.

Die Maschine nach Figur 1 besitzt einen äusseren und einen inneren Bürstenlaufweg 14 und 16, wobei die Bürsten 1o die positiven Pole bilden und Bürsten 17 in Normalausführung als negative Pole dienen. Es kann jede beliebige Kombination von Bürsten verwendet werden. In der bevorzugten Anordnung wird jedoch eine der erfindungsgemässen Bürsten in jedem Laufweg oder Schleifweg angeordnet, so dass die Oberfläche des Laufweges in dem gewünschten rundlaufenden und glatten Zustand gehalten wird. Die Konstruktion der bevorzugten Ausführungsform der Bürste 1o wird in Figur gezeigt. Der Bürstenkörper 18 besteht aus einem kohlenstoffhaltigem leitenden Material und besitzt eine konkave Kontaktfläche 19, an welcher der Kommutator bei seiner Drehung gleitet. Die Bürste ist in Richtung der freiliegenden konvexen Oberfläche der elektrisch leitenden Segmente (gewöhnlich Kupferstäbe) des Kommutators durch geeignete Federn vorgespannt (siehe Figur 1). Der übliche Öberbrückungs- oder Anschlussdraht 21 ist mit dem äusseren Ende der Bürste verbunden.

In dem Bürstenkörper 18 ist in Längsrichtung verlaufend ein dünnes Schleifelement oder Blättchen 22 angeordnet,

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das sich mit seinem einen Ende 23 bis zur Kontaktfläche erstreckt und einen mittleren Teil derselben bildet. Dieser mittlere Schleifteil besitzt eine relativ geringe Fläche von weniger als etwa 4o% und vorzugsweise nur etwa 2ol der Gesamtoberfläche der Kontaktfläche 19. Wie am besten aus Figur 2 ersichtlich, erstreckt sich der Schleifteil über die Kontaktfläche der Bürste allgemein parallel zur vorderen und rückwärtigen Kante der Bürste und in der Mitte zwischen diesen beiden Kanten, so dass die Schleiffläche beim Drehen des Kommutators den gesamten Laufweg überstreicht. Die Art und Weise der Befestigung des Schleifelementes 22 in dem Bürstenkörper 18 bildet keinen kritischen Faktor für die Erfindung. Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird durch spanabhebende Bearbeitung ein Längsschlitz in dem Körper 18 ausgearbeitet und das Schleifblättchen wird dort eingesetzt und durch ein gewöhnliches Klebmittel befestigt.

Zum richtigen Betrieb der erfindungsgemässen Bürste ist es wichtig, dass ihre Kontaktfläche 19 ein konkaves Profil gemäss der Darstellung in Figur 2 besitzt, bevor die Bürste in der vorgesehenen Anordnung verwendet wird. Dies kann zweckmässigerweise beispielsweise durch ein Schleifverfahren erreicht werden, bei welchem die Bürste in eine geeignete Vorrichtung eingesetzt wird und ihre Kontaktfläche mit einer Schleifscheibe auf die gewünschte Form geschliffen wird, oder durch einen Handschleif Vorgang, bei dem die Bürste in dem Bürstenhalter auf einer dynamo-elektrischen Maschine eingesetzt wird, wobei dann mit einem zwischen Kommutator und Kontaktfläche eingefügten Blatt Schleifpapier der Kommutator von Hand hin und her bewegt wird. Unabhängig von dem zur Herstellung der konkaven Kontaktfläche verwen-

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deten Verfahren besitzt diese vorgefertige konkave Fläche vorzugsweise einen Krümmungsradius, welcher etwa gleich oder geringfügig kleiner ist als der mittlere Krümmungsradius der freiliegenden konvexen Oberfläche des Kommutators der Maschine, in dem die Bürste benutzt wird.

Die Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher eine häufig benutzte Zweiplatten-Duplex-Bürste gemäss der vorliegenden Erfindung abgewandelt wurde. Die normale Anordnung einer solchen Bürste umfasst ein Paar von parallelen zueinander ausgerichteten nicht miteinander befestigten Bürstenteilen 26 und 27, bei denen am Oberteil eine zweifach verzweigte Anschlussleitung 28 befestigt ist. Die Nut 29, in welche das Schleifelement eingesetzt ist, wird gebildet durch Wegnehmen eines Teils eines Plättchens 27. Sie kann jedoch auch durch Wegnehmen gleicher Teile von beiden Plättchen gebildet werden, wodurch das Element 22 in einer symmetrischen mittleren Stellung in der Bürste angebracht wird. Das Element 22 wird in der Bürste 24 durch einen Kleber befestigt, welcher auf den gegenüberliegenden Seiten 31 und 32 der Nut 29 angebracht wird, und auf diese Weise wird eine zusammengefügte Anordnung erhalten. In dar Kontaktfläche 19 wird ein konkaves Profil vorgeformt und im normalen Betrieb arbeitet die Bürste 24 in ähnlicher Weise wie die Bürste 1o nach Figur 2, wobei das Schleifelement 22 einen mechanischen Verschleiss oder Abrieb an der Kommutatorflache ergibt, wie dies noch nachstehend beschrieben wird. Bei dem Verschleiss der Bürste 24 bis zu einem Punkt, an dem das Element 22 aufgebraucht ist, nimmt dann die Bürste für den weiteren Gebrauch die Form einer normalen Zweiplatten-Duplexbürste an. Die Länge des Schleifplättchens 22 wird dabei so gewählt, dass man das gewünschte

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Betriebsverhalten erhält.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform wird eine Anzahl von kürzeren Schleifplättchen 22 im Hauptteil 18 der Bürste in Längsrichtung beabstandet gemäss Figur 4 angebracht, wobei man während des normalen Verschleisses der Bürste verschiedene Bereich enthält, in denen in der Kontaktfläche 19 kein Schleifeleraent vorhanden ist. Bei dieser Konstruktion ergibt sich dann eine periodische Schleifwirkung im Gegensatz zu einer ständigen Schleifwirkung, wodurch möglicherweise das Kupfer auf der Lauffläche des Kommutators geschont wird. Die Herstellung einer solchen Bürste ist jedoch komplizierter und die Metalleinsparung kann vernachlässigt werden im Hinblick auf den gesteuerten Abrieb der Anordnung mit kontinuierlichem Schleifplättchen, wie sie noch nachstehend beschrieben wird.

Die Zusammensetzung für das Schleifplättchen 22 besteht aus einem Gemisch von Grundmaterial, beispielsweise Kohlenstoff, und einem Schleifmaterial, welches in bestimmten Mengenanteilen dem Grundmaterial beigemischt ist. Das Grundmaterial muss nicht unbedingt ein elektrischer Leiter sein; elektrisch leitendes Material als Grundmaterial wird jedoch bevorzugt. Das Schleifmaterial muss eine solche Konsistenz besitzen, dass ein gewisser Teil der Kommutatoroberfläche durch Reibung mit demselben abgetragen wird. Es darf jedoch nicht so grob sein, dass sich in der Oberfläche Riefen bilden oder ein übermässig grosser Teil der Oberfläche abgetragen wird. Andererseits sollte es nicht so fein sein, dass die Kommutatoroberfläche zu glatt poliert wird und dadurch die Bildung eines sehr dünnen Kohlenstoff-Films verhindert wird, welche günstig ist für die Arbeitsweise der Normalbürsten 17, welche

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in dem gleichen Laufweg angeordnet sind (14 oder 16 in Figur 1). Obwohl eine Anzahl von anderen Schleifmitteln verwendbar sind, ist ein bevorzugtes Schleifmittel Siliciumcarbid mit Korngrösse 6oo. Vorzugsweise beträgt bei Verwendung von Siliciumcarbid der Anteil des Schleifmaterials in dem Gemisch etwa 15^?o.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die Kontaktverhältnisse zwischen der Kontaktfläche 19 der Bürste und der freiliegenden Oberfläche des Kommutatorlaufweges 14.

Der tatsächliche Krümmungsradius der konkaven Kontaktfläche der Bürste wird durch ihren Verschleiss oder Abrieb bestimmt und an der Fläche tritt dabei ein solcher Verschleiss ein, bei dem die Fläche an den mittleren Krümmungsradius des Kommutators angepasst wird. Wenn eine hochliegende Stelle an der Kommutatoroberfläche über diese Kontaktfläche gemäss der Abbildung in Figur 5 läuft, dann ist der Krümmungsradius der Kommutatorfläche kleiner als der Krümmungsradius der grössten Kontaktfläche und der mittlere Schleifteil 23 der Bürstenkontaktflache 19 kommt in Reibungseingriff mit der hochliegenden Stelle und es besteht eine Tendenz zum Abschleifen derselben. Wenn nach Figur 6 eine tiefliegende Stelle auf der Kommutatorfläche über diese Kontaktfläche läuft, dann ist der Krümmungsradius der Kommutatorfläche grosser als der Krümmungsradius der Kontaktfläche und nur die vordere und rückwärtige Seite des Kohlenstoff teils der Kontaktfläche 19 kommt in Eingriff mit der Kommutatoroberfläche.

Die beiden Verhältnisse nach den Figuren 5 und 6 stellen die extremen Abweichungen von dem gleichförmigen Kommutatorprofil dar. Im allgemeinen liegt der Zustand der

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Kommutatorfläche zwischen diesen beiden Extremen und die Anpassungsverhältnisse zur Bürstenkontaktfläche 19 ändern sich dementsprechend und man erhält ein verschiedenartiges Ausmass des Kontaktes mit dem Ende 23 des mittleren Schleifelementes 22, wobei die Bürste selbst ständig in Kontakt mit dem Kommutator bleibt. Daher ändert sich der auf irgendeinem Punkt an der Kommutatoroberfläche eintretende Materialabtrag gemäss dem Schleifkontakt und hierdurch wird eine Korrekturwirkung erzielt. Bei Verwendung der verbesserton Bürste mit einem unrunden Kommutator wird daher an diesem ein praktisch rundes Profil wieder hergestellt, und bei Verwendung mit einem rundlaufenden Kommutator besteht eine Tendenz zur Beibehaltung dieses Rundlaufprofils.

Um den gewünschten selektiven Materialabtrag durch Schleifwirkung zu gewährleisten, welcher die vorliegende Erfindung kennzeichnet, sollte an der Bürste eine konkave Kontaktfläche vorgeformt werden, welche angenähert an die Krümmung des Kommutators angepasst ist, wie dies zuvor beschrieben wurde. Wenn die Kontaktfläche eben wäre, dann wäre bei Verwendung in einer dynamoelektrischen Maschine die Bürste empfindlicher bezüglich der Druckänderungen infolge der Beschleu nigungskräfte beim Laufen der Bürste über die Erhebungen und Vertiefungen der Kommutatorfläche. Diese Empfindlichkeit neigt jedoch zur Erzeugung einer exzentrischen Bewegung der Bürste und kann zu einer unzulässigen elektrischen Funkenbildung und Erosion der Kommutatorfläche führen, und auch zu einem Prellen der Bürste und Brechen der Bürste führen, bevor die Kontaktfläche der Bürste ausreichend angeschliffen wird zur Anpassung, an die mittlere Krümmung des Kommutators.

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Beim Betrieb kommt der mittlere Schleifteil 23 der Bürstenkontaktfläche 19 selektiv in Eingriff mit irgendwelchen erhabenen Stellen auf der Kommutatorfläche und entfernt dort das Kupfer mit einer grösseren Geschwindigkeit als die üblicherweise auftretende elektrische Erosion. Die mechanische Erosion überschreitet jedoch nicht die praktisch zulässigen Grenzwerte infolge der relativ geringen Spannweite der Kontaktfläche 19, welche von dem mittleren Teil 23 eingenommen wird. Die Dicke des Schleifplättchens 22 gemessen zwischen der vorderen und rückwärtigen Kante der Bürste liegt im Bereich zwischen etwa o,4 bis 6,25 mm (1/64 bis 1/4 Zoll) und beträgt vorzugsweise etwa 3 mm (1/8 Zoll). Diese Abmessungen und der bestimmte Schleifmittelgehalt des Elementes 22 bestimmen die tatsächliche Geschwindigkeit, mit der Kupfer von der Kommutatorfläche abgetragen wird. Schätzungsweise sollte die Mindestabtraggeschwindigkeit etwa o,o25 mm (o,oo1 Zoll) (in radialer Richtung) für jeweils 25 Millionen Umdrehungen des Kommutators betragen. Für abwechselnde zeitweilige Verwendung der erfindungsgemässen Bürste ist eine maximale Geschwindigkeit für den mechanischen Verschleiss von etwa o,o25 mm (o,oo1 Zoll) für jeweils 7oo.ooo Umdrehungen befriedigend. Für eine ständig laufende Bürste sollte jedoch die maximale Abtraggeschwindigkeit bedeutend niedriger sein, beispielsweise etwa o,o25 mm (o,oo1 Zoll) pro 1o Millionen Umdrehungen. Für die Bürste nach Figur beträgt bei einer Dicke des Schleifelementes von circa 3 mm und einem Anteil Siliciumcarbid im Gemisch von 151 mit Teilchen der Korngrösse 6oo die Abtraggeschwindigkeit für Kupfer etwa o,o25 mm (o,oo1 Zoll) pro 15 Millionen Umdrehungen .

Vorstehend wurde die Erfindung im Hinblick auf die Ver-

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wendung mit Bürsten beschrieben, welche radial bezüglich des Kommutators zugestellt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass eine solche Anordnung auch den Betrieb in zwei Richtungen gestattet, wobei hierfür ein Bürstenhalter gemäss der Beschreibung der U.S.-Patentschrift No. 3.471.732 oder 3.526.797 besonders vorteilhaft ist. Die Erfindung kann ebenso gut angewendet werden auf eine Bürste, die gemäss Figur 7 unter einem Winkel zum Radius des Kommutators angesetzt ist. Das Schleifplättchen 22 ist in dem Bürstenkörper 18 in Längsrichtung angeordnet und dieser wird in Längsrichtung durch den Bürstenhalter 12 vorgespannt zum Eingriff mit dem Kommutator 11 an der Kontaktfläche 19.

Vorstehend wurden zur Erläuterung verschiedene Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch ohne weiteres andere mögliche Ausführungsformen erkennen.

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Leerseite

Claims

Dr. rer. nah Horst Schüler PATENTANWALT I.August 197"J Dr.Sch/WK/Hk 6000 Frankfurt/Main h Kaiserstraue 41 Telefon (0611) 235555 Telex: 04-16759 mopat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M. 4331-20TR-1224 GENERAL ELECTRIC COMPANY 1 River Road SCHENECTADY, N.Y./U.S.A. Bürste zur Abrundung eines Kommutators Ansprüche

1.) Elektrisch leitende Bürste des Typs zur Verwendung in einer dynamo-elektrischen Maschine mit einem sich drehenden Teil, beispielsweise einem Kommutator oder Schleifring, wobei dieses sich drehende Teil elektrisch leitendes Material, beispielsweise Kupfer, enthält mit einer freiliegenden konvexen Oberfläche, und die Maschine weiterhin Einrichtungen zur Halte-

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rung der Bürste und zur Vorspannung einer Kontaktfläche der Bürste in Richtung dieser freiliegenden Oberfläche zur Erzielung einer elektrischen Stromleitung und einen Gleitkontakt zwischen der Bürste und dem sich drehenden Teil besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung in der Bürste (18) ein S.hleifelement (22) eingefügt ist, dessen eines Ende sich über die Kontaktfläche (19) erstreckt und einen mittleren Teil derselben bildet, wobei dieser Teil eine relativ kleine Fläche besitzt und allgemein parallel und in der Mitte zwischen der vorderen und rückwärtigen Kante der Bürste (18) angeordnet ist, und diese Kontaktfläche (19) so angeordnet ist, dass bei einem ständigen Kontakt der Bürste (18) mit dem rotierenden Teil (11) der mittlere Teil dieser Kontaktfläche (19) in Reibungseingriff mit erhabenen Stellen auf der freiliegenden Oberfläche des sich drehenden Teils (11) ist, wo diese freiliegende Oberfläche einen Krümmungsradius besitzt, der kleiner ist als ihr mittlerer Krümmungsradius, jedoch nicht in Eingriff ist mit tiefliegenden Stellen der freiliegenden Oberfläche, an denen der Krümmungsradius grosser ist als der mittlere Krümmungsradius, und weiterhin das Schleifelement (22) solche Abmessungen und einen solchen Gehalt an Schleifmittel besitzt, dass es beim Betrieb das elektrisch leitende Material von der genannten freiliegenden Oberfläche des gedrehten Teils mit einer Geschwindigkeit abträgt, die grosser ist als die Geschwindigkeit der elektrischen Erosion des Materials, wodurch die verbesserte Bürste bei der Anwendung in den genannten Maschinen einen selektiven schleifenden Materialabtrafc von erhabenen Stellen auf der genannten freiliegenden

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Fläche ergibt und damit ein praktisch rundes Profil
an dem gedrehten Teil wieder herstellt und aufrecht
erhält.

2.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestgeschwindigkeit der Abtragung des elektrisch leitenden Materials von der freiliegenden Oberfläche durcli das genannte Element (22) etwa o,o25 mm (o,oo1 Zoll) (in radialer Richtung) für jeweils 25 Millionen Umdrehungen des gedrehten Teils beträgt.

3.) Bürste nach Anspruch 2, daduich gekennzeichnet, dass die maximale Geschwindigkeit des Abtrags des elektrisch leitenden Materials von der freiliegenden Oberfläche durch das genannte Element (22) etwa o,o25 mm (ο,οοΐ Zoll) (in radialer Richtung) für jeweils 7oo.ooo Umdrehungen des gedrehten Teils beträgt.

4.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Abtrags des elektrisch leitenden Materials von der genannten freiliegenden Fläche durch das genannte Element (22) etwa o,o25 nun (o,oo1 Zoll) (in radialer Richtung) für jeweils 15 Millionen Umdrehungen beträgt.

5.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifelement (22) ein Gemisch aus einem kohlenstoffhaltigem Material und harten nichtleitenden Teilchen enthält, wobei der Anteil der nichtleitenden
Teilchen in dem Gemisch etwa 15$ beträgt.

6.) Bürste nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse der nichtleitenden Teilchen etwa der
Körnung 600 entspricht.

7.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schleifende Element (22) ein Gemisch aus kohlen-

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stoffhaltigem Material und hartem nichtleitendem Material enthält, wobei die Korngrösse der nichtleitenden Teilchen etwa der Körnung 600 entspricht.

8.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relativ kleine Fläche des mittleren Teils der Kontaktflache (19) kleiner ist als etwa 4o°& der Gesamtfläche der Kontaktfläche (19).

9.) Bürste nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Schleifelementes (22) gemessen in der Richtung zwischen der vorderen und rückwärtigen Kante der Bürste (18) im Bereich von etwa o,4 mm bis etwa 6,25 mm (1/64 bis 1/4 Zoll) liegt.

1o.) Bürste nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifelement (22) eine Dicke von etwa 3 mm (1/8 Zoll) besitzt und ein Gemisch aus kohlenstoffhaltigem Material und harten nichtleitenden Teilchen umfasst, wobei der Anteil dieser harten Teilchen in dem Gemisch etwa 15% beträgt und die Grosse der Teilchen etwa der Korngrösse 600 entspricht.

11.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Schleifelementes (22) kleiner ist als die Gesamtlänge der Bürste (18) und hierdurch beim normalen Verschleiss der Bürste bei Verwendung in der Maschine ein Bereich vorhanden ist, in dem die Kontaktfläche (19) frei vom Schleifelement ist.

12.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifelement (22) zwischen zwei parallelen kohlenstoffhaltigen Plättchen (26, 27) befestigt ist.

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13.) Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verwendung in einer dynamoelektrischen Maschine die Kontaktfläche (1'>) der Bürste (18) konkav ist.

14.) Bürste nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Kontaktfläche (19) einen Krümmungsradius besitzt, welcher etwa gleich oder geringfügig kleiner ist als der mittlere Krümmungsradius der freiliegenden Oberfläche des gedrehten Teils der Maschine, in welcher die Bürste eingesetzt ist.

15.) Elektrisch leitende Bürste des Typs zur Verwendung in einer dynamoelektrischen Maschine mit einem sich drehenden Teil, beispielsweise einem Kommutator oder Schleifring, wobei dieses Teil elektrisch leitendes Material, beispielsweise Kupfer, mit einer freiliegenden konvexen Oberfläche enthält und die Maschine noch weiterhin Einrichtungen zur Halterung der Bürste und zur Vorspannung einer Kontakt fläche derselben in Richtung der freiliegenden Oberfläche zur Erzielung einer elektrischen Stromleitung und eines Gleitkontaktes zwischen der Bürste und dem gedrehten Teil besitzt,

dadurch gekennzeichnet, dass in die Bürste (18) in Längsrichtung ein Schleifelement (22) eingesetzt ist, bei dem sich ein Ende über die Kon taktfläche (19) erstreckt und einen mittleren Teil derselben bildet, wobei dieses mittlere Teil eine relativ geringe Fläche besitzt und allgemein para11e1 und in der Mitte zwischen der vorderen und rückwärtigen Kante der Bürste liegt, und weiterhin die Kontaktfläche (19) vor dem Einsatz der Bürste in der dynamoelektrischen

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Maschine ein konkaves Profil aufweist, so dass ihr mittlerer Teil in Reibungseingriff mit erhöhten Stellen auf der freiliegenden Oberfläche ist, wo diese freiliegende Oberfläche einen kleineren Krümmungsradius besitzt als die Kontaktfläche (19) der Bürste (18), jedoch nicht in Eingriff ist mit tiefliegenden Stellen auf der freiliegenden Oberrläche, an denen der Krümmungsradius grosser ist als der Krümmungsradius der Kontaktfläche (19) der Bürste (18), wodurch bei Verwendung der Bürste in der Maschine ein selektiver Reibungsabtrag von irgendwelchen erhabenen Stellen auf der freiliegenden Oberfläche und damit eine Wiederherstellung und Aufrechterhaltung eines praktisch runden Profils auf dem gedrehten Teil erzielbar ist.

16.) Bürste nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Kontaktfläche (19) der Bürste einen Krümmungsradius besitzt, welcher etwa gleich oder geringfügig kleiner ist als der mittlere Krümmungsradius der freiliegenden Oberfläche des gedrehten Teils der Maschine, in welche die Bürste eingesetzt ist.

17.) Bürste nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Kontaktfläche (19) durch ein Schleifverfahren gebildet ist.

18.) Bürste nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Kontaktfläche (19) durch ein Einschleifverfahren gebildet ist.

19.) Bürste nach Anspruch 15 zur Verwendung in einer

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dynamoelektrischen Maschine mit Einrichtungen zur Halterung und Zuführung der Bürste radial bezüglich des gedrehten Teils.

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