DE619772C - Einrichtung an elektrischen Maschinen und Apparaten zur Verringerung des Spannungsabfalls, der zwischen kontaktgebenden stromfuehrenden Elementen aus Kohle und Metall auftritt - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß beispielsweise zwischen den Bürsten elektrischer Maschinen, die aus Kohle bestehen, und dem Kommutator oder den Schleifringen, auf welchen die Bürsten gleiten, beträchtliche Verluste entstehen, die durch den Spannungsabfall zwischen den Bürsten und den damit zusammenarbeitenden stromführenden Teilen, z. B. dem Kommutator loder den Schleifringen, hervorgerufen werden. Diese Verluste setzen den Wirkungsgrad der Maschine herab und bedingen eine ausreichende Bemessung der Kommutatoren und Schleifringe, damit diese nicht unzulässig erwärmt werden. Auch bei Relaiseinrichtungen macht sich häufig der große Spannungsabfall an den zum Teil aus Kohle bestehenden Kontakten bemerkbar.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung an elektrischen Maschinen und Apparaten zur Verringerung des Spannungsabfalls, der zwischen stromführenden kontaktgebenden Elementen, beispielsweise den Kohlebürsten, einerseits und dem Kollektor oder Schleifringen einer elektrischen Maschine andererseits auftritt.

Nach der Erfindung wird bei kontaktgebenden stromführenden Elementen der erwähnten Art ein besonders kleiner Spannungsabfall zwischen den zur Konktaktgabe dienenden Kohleelementen und den damit zusammenarbeitenden metallischen Elementen dadurch erreicht, daß ein chemisch träges oder nicht oxydierendes gasförmiges Mittel . die kontaktgebenden Elemente umgibt und daß dieses gasförmige Mittel mit einer kleinen .Menge Quecksilberdampf durchmischt ist., ~ .' ■ .

Durch die Anwesenheit des Quecksilberdampfes wird, wie Versuche gezeigt haben, der Spannungsabfall an der Stromentnahmevorrichtung sehr bedeutend herabgesetzt. Versuche haben gezeigt, daß der geringste Spannungsabfall dann auftritt, wenn die bei der Stromsammeivorrichtung verwendeten Metalle dazu neigen, bei Anwesenheit yon Quecksilber sich in Amalgam umzuwandeln. Infolge der außerordentlichen Geringfügigkeit der vorhandenen Quecksilberdampfmenge findet jedoch eine Umwandlung der Metalle in Amalgam bei der Einrichtung nach der Erfindung nicht statt.

Im folgenden sei die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht.

Fig. ι zeigt als Ausführungsbeispiel zum Teil im Schnitt und zum Teil in Seitenansicht einen Einankerumformer, an dem die Erfindung angewendet ist,

Die Fig, 2 und 3 zeigen den Spannungsabfall zwischen aus Messing bzw. aus Kupfer bestehenden Schleifringen und Kohlebürsten für den Fall· der Anwesenheit von Luft und von trägem Gas, das mit Quecksilberdampf vermischt ist.

In Fig. ι bedeutet 1 einen Einankerumformer, der sowohl Schleifringe 4 wie einen zylinderförmigen Kommutator 5 besitzt. Auf den Schleifringen und dem Kommutator gleiten Bürsten 6, die aus ^ Kohle ^ hergestellt sind. Die Bürsten dienen zur Stromzuführung 'bzw. .zur Stromableitung von der Maschine. Die genannte Maschine ist in ein entspfechend ausgebildetes luftdichtes Gehäuse 10 eingeschlossen, das mit einem gasförmigen, nicht oxydierenden wärmeabführenden Mittel, beispielsweise mit Wasserstoff oder Stickstoff, angefüllt ist. Innerhalb des Gehäuses 10 ist an dem· einen Lager ein Behälter 12 angeordnet, der flüssiges Quecksilber 13 enthält. Dieser Behälter 12 ist zweckmäßigerweise an einem Teil der Maschine angeordnet, der während des - normalen Betriebs eine Temperatur von 40 bis 5a⁰JC.besitzt;, denn es hat sich gezeigt, daß bei dem in derartigen gasgefüllten Maschinen herrschenden Druck bei dieser Temperatur sich genügend Queck^ silberdampf entwickelt, um den erwünschten kleinen Spannungsabfall an den Bürsten der Stromsammeivorrichtung zu erzielen.

Durch die Anwesenheit des aus dem erwähnten Behälter 12 entwickelten Quecksilberdampfes wird der Spannungsabfall an den Bürsten 6, die auf dem Kommutator bzw. den Schleifringen gleiten, sehr bedeutend her-. abgesetzt." Dies beruht wahrscheinlich darauf, daß der Dampf sich zum Teil auf der Oberfläche der metallischen stromführenden Elemente, also beispielsweise den Lamellen dies;· Kommutators oder der Schleifringe, niederschlägt.

In Fig. 2 ist in Abhängigkeit von dem Belassungsstrom einer Bürste der Spannungsabfall zwischen der Bürste und einem Schleifring aufgetragen. Für den Fall, daß die gesamte Anordnung sich in Luft befindet, ergibt '·■ -- sich dabei die gekrümmte mit A bezeichnete Kurve! Man erkennt leicht, daß der Spango nungsabfall sich bei niedrigen Strömen sehr stark ändert, während er bei größeren Strömen, etwa von 40 Amp. an, sich nur noch unwesentlich ändert.

Die Kurve B zeigt den zwischen der Bürste und dem Schleifring auftretenden Spannungsabfall für den Fall, daß^ Bürste und Schleifring in einem chemisch trägen Gas,angeordnet sind, in dem Quecksilberdampf gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Es zeigt'sich, daß in diesem Fäll der Spannungsabfall eine lineare Funktion des Stromes- und außerordentlich klein ist. Während in Luft der gesamte Spannungsabfall bei höheren Strömen etwa 1,5 Volt beträgt, erreicht er bei Anordnung der Stromsammeivorrichtung in mit Quecksilber dampf angereichertem, chemisch trägem Gas seinen Maximalwert bei den größten Strömen mit 0,1 Volt.

Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm bezieht sich auf eine Anordnung, bei der ein Schleifring· aus Messing verwendet wurde.

Fig..'3 ^:_zeigt das entsprechende Diagramm für den Fall, daß der Schleifring aus Kupfer besteht. '

Es wurde bereits oben erwähnt, daß die erforderliche Quecksilberdampfmenge außerordentlich, gering ist. Wie Versuche gezeigt haben, reicht etwa eine Gasmenge von 2 g Quecksilber, die in jocb'nvdes tragen Gases verteilt ist, aus, um die angegebenen Vorteile der Erfindung zu- erreichen. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß eine -derartige geringfügige Quecksilberdampfmenge weder die Wicklung der Maschine noch Metallteile angreifen noch für das Bedienungspersonal der . Maschine -gefährlich, sein kann.

Die Erfindung ist nicht auf Stromsammeivorrichtungen bei elektrischen Maschinen beschränkt, sie kann auch in anderen Fällen Anwendung finden, beispielsweise bei Regeleinrichtungen, Relais, Schaltapparaten u. dgl.

'Im übrigen können Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispieles beliebig verändert werden.' Z. B. kann man nur die kontaktgebenden Elemente (Schleifringe o. dgl.) in an sich bekannter Weise-für- sich in einem Gehäuse anordnen, das mit einer Gasfüllung gemäß der Erfindung versehen ist. Auch der Quecksilberdampf kann auf anderem Wege, als Oben beschrieben ist, beispielsweise durch eine besondere Leitung, in das chemisch träge Gas eingeführt werden.

Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt ist von großer Bedeutung. Bei normalen hochbelasteten Maschinen mit Schleifringen und Kommutatoren gestattet die Verringerung des Spannungsabfalls an den Bürsten, die durch die Erfindung erzielt wird, wesentlich höhere Stromdichten bei den Bürsten der Stromsammeivorrichtungen no (Kommutatoren und Schleifringen) vorzusehen als bisher, ohne daß eine Überhitzung der Stromsammeivorrichtungen zu befürchten wäre. Infolgedessen können diese Teile bedeutend kleinere Abmessungen erhalten.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung an elektrischen Maschinen und Apparaten zur Verringerung des Spannungsabfalls, der zwischen kontaktgebenden stromführenden Elementen aus

   Kohle und Metall auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktgebenden Elemente in einem gasförmigen, chemisch inaktiven oder nicht oxydierenden Mittel angeordnet sind, das mit einer kleinen Menge Quecksilberdampf durchmischt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen, zur Kontaktgabe dienenden Elemente aus einem Metall hergestellt sind, das bei Anwesenheit von Quecksilber leicht in Amalgam umwandelbar ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen und Apparate in an sich bekannter Weise tg in einem mit einem chemisch inaktiven oder nicht oxydierenden Gas gefüllten Gehäuse angeordnet sind und daß in dieses Gehäuse Quecksilberdampf. eingeleitet wird oder daß in dem Gehäuse selbst Quecksilberdampf entwickelt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Maschinen oder Apparate einschließenden Gehäusen in der Nähe erwärmter Teile Behälter mit flüssigem Quecksilber angeordnet sind, aus denen der Quecksilberdampf entwickelt wird.

   Hierzu t Blatt Zeichnungen