DE622084C - Scheibenkommutator fuer elektrische Maschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 17. DEZEMBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 2Id¹ GRUPPE

Scheibenkommutator für elektrische Maschinen

Zusatz zum Patent 586 8g6

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Dezember 1931 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 22. August 1929.

Gegenstand des Hauptpatents 586896 ist ein Scheibenkommutator, für elektrische Maschinen, der aus Lamellen mit in ihrer Längsrichtung gleichbleibendem Querschnitt in der Form von evolventenförmig gebogenen Metallstreifen zusammengesetzt ist.

Der Anspruch 2 des Hauptpatents betrifft ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Kommutator, und zwar soll dieser hierbei auf

to einem Innenring aufgesetzt und durch einen außen angeordneten Ring zusammengehalten werden. Erfindungsgemäß läßt sich ein derartiger Kommutator dadurch verbessern, daß der Innen- und Außenring gegeneinander durch speichenartige Glieder verspannt werden. Hierzu kann mit Vorteil der Außenring in einzelne Segmente unterteilt sein, die von etwa radial angeordneten Bolzen gehalten werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Lamellen mit großer Kraft aufeinandergepreßt, so daß der Kommutator im Betriebe sehr fest hält.

Bei der Verwendung eines geschlossenen Außenringes erscheint es jedoch vorteilhafter, die Speichen annähernd in der Richtung der Sehnen der die Gestalt der» einzelnen Lamellen bestimmenden Evolventehbögen zu führen.

Auf diese Weise werden bei der Verspannung des Kommutators die Lamellen in ihrer Längsrichtung auf Knickung beansprucht, so daß sie in der Richtung ihrer Krümmung sich auszubiegen bestrebt sind und sieh dadurch fest aneinander und gegen den äußeren und inneren Ring anpressen.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, einen oder beide dieser Ringe derart zahnförmig auszubilden, daß die normal zu ihrer Längsrichtung abgeschnittenen Lamellen sich an diesen Zähnen abstützen. Hierdurch wird trotz der genannten Knickbeanspruchung der Lamellen deren Ausgleiten an den einzelnen Ringen sicher vermieden, so daß eine gute Verspannung gewährleistet wird.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. ι der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist hierbei der innere Ring des Kommutators, mit 2 der äußere Spannring bezeichnet, zwischen denen die evolventenförmig gebogenen Lamellen 3 angeordnet sind. 4 stellt einen Zugbolzen dar, der in der Richtung der Sehne des Evolventenbogens verläuft. Das innere Ende dieses Zugbolzens ist in einem Gewindes ^mti dem inneren Ring verschraubt, während an dem äußeren Ring ein Absatz 6

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Kurt Schönfelder in Berlin-Charlottenburg.

normal zur Bolzeneinrichtung angeordnet ist, gegen den sich eine Mutter 7 des Zugbolzens abstützt. An den beiden Ringen 1 und 2 sind hierbei Zähne 8 und 9 angeordnet, an-.denen sich die Lamellen, die senkrecht zu ihrer Längsrichtung geschnitten sind, abstützen. Diese Zähne brauchen unter Umständen nicht mit den Druckringen aus einem Stück zu bestehen, sondern können eingeschoben sein und dann aus Isolierstoff bestehen. Zwischen den Lamellen untereinander und den Druckringen sind ferner Isolationsschichten 10 vorgesehen, die diese elektrisch voneinander trennen. Die Fahnen ii, durch die bekanntlich die Stromzuführung zu den Lamellen erfolgt, sind hierbei auf dem Durchmesser eines Kreises angeordnet, der dem Durchmesser des Kreises, auf dem die Wicklungsanschlüsse liegen, entspricht, so daß die Fahnen in gerader Linie zu der Wicklung führen. Die Enden der Fahnen sind in Ausnehmungen 12 der einzelnen Lamellen eingesetzt und beispielsweise in an sich bekannter Weise eingelötet.

Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, nicht für jede einzelne Lamelle einen Zahn anzuordnen, sondern für mehrere Lamellen gruppenweise Je einen gemeinsamen Zahn vorzusehen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 2 dargestellt. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß derartig verzahnte Ringe auch bei annähernd normal zu den Evolventenbögen angeordneten Bolzen Anwendung finden können. Hierbei sind immer fünf Lamellen 3 an einem einzelnen Zahn abgestützt. Bei dieser Anordnung ist zwecks weiterer Vereinfachung der äußere Druckring fortgelassen. Die Bolzen 4 sind hierbei in Ausnehmungen der Lamellen geführt und gegen diese durch Isolierrohre 13 geschützt. Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß die Lamellen bei dieser Anordnung an ihren äußeren Enden durch den Bolzen aufeinandergedrückt werden, so daß sich auch ohne Anwendung eines äußeren Druckringes die erforderliche mechanische Festigkeit des Scheibenkommutators erreichen läßt.

Um hierbei ohne Beschädigung der Lamel-· len, die meist aus einem verhältnismäßig weichem Material, wie Elektrolytkupfer oder auch Aluminium bestehen,' eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung zu erzielen, können die Bolzen an den äußeren Lamellen unter Verwendung von Plattenstücken 14 abgestützt werden, die der Krümmung der Lamellen entsprechend ausgebildet sind und so gewissermaßen einen in einzelne kurze Segmente zerlegten äußeren Druckring darstellen.

Zur weiteren Vereinfachung kann nur jedem zweiten Zahn ein Bolzen zugeordnet werden. Wenn man ferner die Ausnehmungen in den Lamellen als Langlöcher (in der Längsrichtung der Lamellen) ausbildet, die der Verschiedenheit der relativen Lage der Bolzen in bezug auf die einzelnen Lamellen Rechnung tragen, können sämtliche Lamellen gleichartig mit gleichen Ausnehmungen versehen werden. Dies ergibt eine Vereinheitlichung der Lamellenform.

Bei der Ausführungsform, bei der die Bolzen in den Ausnehmungen der Lamellen geführt sind, kann bei der Verwendung von genau passenden Isolierrohren als Einlage auch eine gute Stützung der einzelnen Lamellen in axialer Richtung erreicht werden. In den Fällen jedoch, in denen dies nicht möglich ist, sowie insbesondere dann, wenn die Spannbolzen oder sonstigen speichenartigen Glieder außerhalb der Lamellen geführt werden, ist eine besondere =Abstützung der Lamellen gegeneinander erwünscht, damit das Lamellensystem nicht unter dem großen" Druck der Verspannung sowie auch unter der Betriebsbeanspruchung in axialer Richtung ausweicht.

In diesen Fällen können nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes in das Lamellensystem auf dessen der Schleiffläche abgewendeten Seite Keile eingesetzt werden, die eine Versteifung der Lamellen, bilden.

Diese Keile können z. B., wie dies in Fig. 3 und -4 als Ausführungsbeispiel gezeigt ist, schwalbenschwanzförmig ausgebildet und in etwa senkrecht zu- den einzelnen Lamellen verlaufende Keilnuten eingetrieben werden. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, die Keilnuten erst in. den fertig verspannten Kommutator einzuhobeln oder einzufräsen. too

Die Ebene, in der die Keile liegen, braucht hierbei nicht auf der Achse des Kommutators senkrecht zu stehen, sondern kann zu dieser geneigt liegen, so daß sie auch mit der Schleiffläche der Lamellen einen Winkel einschließt. Die Keile liegen dann, wenn sie in radialer Richtung angeordnet sind, auf einem Rotationshyperboloid.·

Man kann ferner die Keile in kreisförmigen, auf der Rückseite des Kommutators eingefrästen Nuten anordnen. Um hierbei die Verwendung von gekrümmten Isolationsteilen zu vermeiden, kann man die einzelnen Isolationsteile so kurz ausbilden, daß sie sich der Krümmung ohne weiteres anpassen. Bei dieser Anordnung verbleibt die gesamte Keilnut innerhalb des Lamellensystems. Auch bei einer solchen Anordnung kann man geradlinige Keile verwenden, wenn man nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfihdungsgegen-Standes die Keilnut polygonförmig ausbildet, wie dies in Abb. 5 dargestellt ist. Die Nuten

werden hierbei mit Vorteil schwalbenschwanzförmig oder T-förmig gefräßt. Die Keile macht man am besten nach Art eines in der Längsrichtung gespaltenen Körpers zweiteilig (vgl. Fig. 6 und 7), so daß sie leichter in die Schwalbenschwanznut eingebracht werden können; die beiden Teile werden dann, etwa durch eingeschraubte Bolzen, auseinandergespreizt.

Es ist ferner möglich, die Keile der Länge nach beliebig zu unterteilen und die einzelnen kurzen Teile unabhängig voneinander in die Nut einzusetzen und zu spannen.

Dies bietet insbesondere den Vorteil, daß man die einzelnen Stücke auch als Tariergewichte verwenden kann,'

Eine andere Lösung für die Erhöhung der Seitensteifigkeit des Kommutators besteht in der Verwendung von quer zu ihrer. Längsrichtung profilierten Lamellen, wofür in Fig. 8 bis 10 einzelne Ausführungsformen gezeigt sind. Derartige Lamellen können in vielen Fällen für sich allein die erforderliche Steifigkeit gewährleisten, in anderen Fällen können sie jedoch auch mit den vorgenannten Versteifungsmitteln gemeinsam angewendet werden.

Falls durch die Lamellen Bolzen hindurchgeführt sind, können gemäß dem Hauptpatent beide Stirnflächen der Lamellen als Schleifflächen ausgenutzt werden. Insbesondere in diesem Falle können der Innen- und der Außenring derart ausgebildet sein, daß sie die Lamellenenden U- oder hakenförmig umgreifen und so an einer seitlichen Verschiebung hindern.

Auch kann man, um die Seitensteifigkeit des Kommutators zu erhöhen, die Lamellen anstatt rechteckförmig ,auch in bekannter Weise trapezförmig ausbilden, so daß die Schleifflächen keine Kreisscheiben, sondern Kegelstumpfmantelflächen darstellen. In diesem Falle kann ferner aus dem Inneren der Lamellen ein Dreieck ausgestanzt werden, so daß der Kommutator im Schnitt. V-förmig aussieht, wodurch sich eine große Material- und Gewichtsersparnis ergibt. Hierbei können auch, wie dies in Fig. ir gezeigt ist, diese V-förmigen Lamellen aus zwei Streifen zusammengesetzt werden, die an ihrem äußeren Ende, etwa durch Schweißen oder Löten, miteinander verbunden sind.

Um eine Wärmeausdehnung der Lamellen bei starker Erwärmung zu ermöglichen, kann man ferner die Lamellen wellenförmig (Fig. 12) vorbiegen, so daß das ganze Lamellensystem eine Art Blattfedersystem bildet. Die Wellenlänge dieser Wellen und ihre Durchbiegung bestimmt man hierbei am besten mit Rücksicht auf die Festigkeit des Werkstoffes, die Temperaturschwankungen, die im normalen Betriebe zu berücksichtigen sind, und den betriebsmäßigen Fliehkraftdruck.

Dieselbe federnde Wirkung kann man erfindungsgemäß in einfacherer Weise dadurch erreichen, daß man auf die Isolierung zwischen den einzelnen Lamellen in bestimmten Abständen einzelne Streifen auflegt oder auf andere Weise diese Isolierung knotenartig verstärkt. Hierbei werden die Streifen, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, in den einzelnen Lagen gegeneinander versetzt angeordnet, so daß eine Durchbiegung bei Wärmeaus dehnung ermöglicht wird. Auf diese Weise kann man das Vorbiegen der einzelnen Lamellen ersparen. Statt Isolationsstreifen können auch Metallstreifen angewendet werden, die gegebenenfalls gleich als Fahnen ausgenutzt werden.

Beim Verspannen der Lamellen machen sich nun Ungenauigkeiten in der Stärke der Lamellen und der Isolationszwischenlagen in ziemlich großem Maße bemerkbar. Aus diesem Grunde wird der Außendurchmesser des Lamellensystems und somit der erforderliche Innendurchmesser des äußeren Ringes, ausgenommen bei der Anwendung einer federnden Konstruktion mit wellenförmig vorgebogenen Lamellen oder stellenweise verstärkter Isolation, erst nach dem Zusammenbau des Kommutators genau bestimmt werden können. Bei diesen Konstruktionen empfiehlt es sich, die Ungenauigkeiten, die sich infolge der Maßverschiedenheiten der gelieferten Werkstoffe unvermeidlich ergeben, schon von vornherein bei der Wahl der Durchbiegung der genannten Wellen bzw. der Stärke und Anzahl der isolierenden Einlagen zu berücksichtigen. Ferner empfiehlt es sich, das Lamellensystem zunächst in einer Hilfseinrichtung bis auf den erforderlichen Durchmesser zusammenzupressen und erst dann mit dem äußeren Ring zu versehen. Um hierbei ein einfaches Auswechseln der Hilfsvorrichtung gegen diesen Ring zu ermögliehen, empfiehlt es sich, diesen sowie die Spannvorrichtung in axialer Richtung in zwei Teile zu zerlegen, so daß das Auswechseln schrittweise erfolgen kann. Die beiden Teilringe können schließlich durch Schrauben oder Klammern miteinander verbunden werden.

Eine weitere Verbesserung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, an Stelle von dicken Lamellen einzelne Blechlamellen, die durch Isolationsschichten, beispielsweise Papier oder anderen Stoff, voneinander getrennt sind, anzuwenden. Diese einzelnen Bleche werden hierbei in einer der erforderlichen Lamellenbreite entsprechenden Anzahl iao miteinander leitend verbunden. Hierdurch ist es möglich, die Wirbelstromverluste in

den Kommutatorlamellen, herabzusetzen, was insbesondere bei Maschinen mit großer Schleifgeschwindigkeit einen wesentlichen Vorteil bietet. Trotzdem tritt aber fast keine Verteuerung ein, da die dünnen, zueinander parallelen Blechstreifen, einfach herzustellen sind.

Die Kommutatorfahnenanschlüsse werden mit Vorteil an der Innenseite, und zwar entweder an der Rückseite des Kommutators oder bei doppelseitig benutzter Schleiffläche an dem Innendurchmesser angeordnet. Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, daß, da etwa auftretende Lichtbogen bzw. Rundfeuer infolge Blaswirkung- nach außen getrieben werden, im Unterschied zu den Walzenkommutatoren ein Überschlagen der Lichtbogen auf die Fahnen und Wicklungszweige ausgeschlossen ist.

ao Die Fahnenanschlüsse· werden zweckmäßig in Einsägungen bzw. Ausfräsungen der einzelnen Lamellen eingesetzt (eingelötet oder eingeschweißt). Anderenfalls können die Lamellen, besonders wenn ihre Anschlüsse an ihren Enden vorgesehen sind, auch an Verlängerungen-ihrer Enden abgebogen werden, so daß sie selbst die Fahnen bilden. Die Anschlußstellen der Fahnen können auch, wie bereits erwähnt wurde, und wie bereits im Hauptpatent angedeutet ist, an einer beliebigen Stelle des Scheibendurchmessers liegen. Mit besonderem Vorteil werden die Fahnen hierbei auf einem Tragkörper festgeklemmt, indem sie etwa auf einen besonderen Tragring isoliert aufbandagiert werden. Auf diese Weise erhöhen sie die mechanische Festigkeit und Seitensteifigkeit des Scheibenkommutators, so daß es möglich ist, den Werkstoffverbrauch in dem Kommutator selbst annähernd auf den aus rein elektrischen Gründen erforderlichen Wert herabzusetzen.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Scheibenkommutator für elektrische Maschinen mit evolventenförmig gebogenen Lamellen nach Patent 586 896, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen durch speichenartige Glieder in Richtung senkrecht zur Kommutatorachse verspannt werden.

   2. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen in einein Außen- (2) und einem Innenring (1) geführt werden.

   3. Seheibenkommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 'daß als Speichen radial angeordnete Bolzen dienen.

   4. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen in Richtung von Sehnen der die Gestalt der Lamellen bestimmenden Evolventenbögen verlaufen.

   5. Scheibenkommutator nach An- '65 Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide Ringe, gegen die sich die Lamellen abstützen, zahnförmig ausgebildet ist, so daß die rechtwinklig abgeschnittenen Lamellenenden sich an den einzelnen Zähnen abstützen.

   6. Scheibenkommutator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Lamellen gruppenweise je ein gemeinsamer Zahn zugeordnet ist.

   7. Scheibenkommutator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem zweiten Zahn ein Verspannbolzen zugeordnet ist.

   8. Scheibenkommutator nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lamellen in der Längsrichtung verlaufende Langlöcher für den Durchtritt der Speichen vorgesehen sind.

   9. Scheibenkommutator nach Anspruch ι oder 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Lamellen auf ihrer der Schleiffläche abgewandten Seite, zwecks Versteifung in der Achsrichtung des Kommutators, Keile eingesetzt sind, die jeweils mehrere Lamellen miteinander verbinden.

   10. Scheibenkommutator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile in einer polygonförmig verlaufenden Nut untergebracht sind (Fig. 5).

   ■ii. Scheibenkommutator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile aus einzelnen kurzen Stücken bestehen, die als Tariergewiehte dienen.

   12. Scheibenkommutator nach Anspruch ι bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen quer zu ihrer Längsrichtung profiliert sind.

   13. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinandergepreßten Flächen der Lamellen Trapezform aufweisen.

   14. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die •Lamellen, in Richtung auf ihre aufeinandergepreßten Flächen betrachtet, aus zwei Streifen zusammengesetzt sind, die an ihrem äußeren Ende V-förmig miteinander verbunden sind.

   15. Scheibenkommutator nach' Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen in ihrer Längsrichtung wellenförmig vorgebogen sind.

   16. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolierung zwischen den einzelnen

   Lamellen, auf aufeinanderfolgende Isolierungen bezogen, gegeneinander versetzte Streifen in bestimmten Abständen aufgelegt sind.

   xj. Scheibenkommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ring aus zwei in der Achsrichtung nebeneinanderliegenden Teilen besteht.

   18. Scheibenkommutator nach Anspruch ι bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lamellen ihrerseits aus einer Reihe aufeinandergeschichteter dünner Bleche bestehen.

   19. Scheibenkommutator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bleche einer derartigen Lamelle nur an den beiden Enden miteinander leitend verbunden, an den übrigen Stellen aber durch dünne Isolationszwischenlagen elektrisch voneinander getrennt sind.

   20. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnenanschlüsse in Ausnehmungen der einzelnen Lamellen eingesetzt sind.

   21. Scheibenkommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen etwa in der Mitte der Lamellen angeordnet sind und die Lamellen in axialer Richtung abstützen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen