DE667588C

DE667588C - Device for discharging the gases and vapors occurring on the grinding surfaces of the brushes of electrical machines

Info

Publication number: DE667588C
Application number: DE1930667588D
Authority: DE
Inventors: Kurt Schoenfelder
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1930-11-16
Filing date: 1930-11-16
Publication date: 1938-11-15

Description

Bei elektrischen Kommutatormaschinen tritt betriebsmäßig, insbesondere bei Überlastung und Kurzschlüssen, unter den Bürsten eine verhältnismäßig große Stromdichte auf, durch die eine starke Erwärmung der Bürsten und der dazugehörigen Schleifelemente verursacht wird. Infolge dieser Erwärmung können sich an der Übergangsstelle Dämpfe sowie gegebenenfalls auch Verbrennungsgase bilden, die ähnlich wie Stichflammen unter der Schleiffläche austreten. Diese Dämpfe bzw. Verbrennungsgase besitzen eine gute elektrische Leitfähigkeit, so daß unter Umständen die geringen Spannungen, die zwisehen den einzelnen Teilen, z. B. zwischen den benachbarten Elementen eines Kommutators, bestehen, einen Überschlag oder Lichtbogen herbeiführen können. In vielen Fällen, in denen zwar die Spannung an der Entstehungsstelle dieser Gase oder Dämpfe nicht zu einem Überschlag ausreicht, werden diese leitenden Dämpfe infolge Drehung der Maschine an andere Stellen gebracht, an denen eine ausreichende Spannungsdifferenz besteht, so daß plötzlich an dieser Stelle ein Überschlag eintritt, für den man bisher meist keine Erklärung finden konnte. Man hat bereits versucht, in verschiedenster Weise die schädlichen-Wirkungen der an .den Bürsten auftretenden Dämpfe oder Verbrennungsgase zu vermeiden. Beispielsweise ist eine Anordnung bekanntgeworden, bei der zwischen den einzelnen Bürsten mehrere in der Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Sperrwände aus Isoliermaterial angeordnet sind, die auf der Kommutatoroberfläche schleifen. Diese Anordnung bezweckt, daß durch die geneigten Seitenteile der Sperrwände die Gase und Dämpfe wenigstens teilweise von der Kommutatoroberfläche abgeleitet werden. Diese bekannte Einrichtung weist jedoch sehr erhebliche Nachteile auf. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Sperrwände, wenn sie wirksam sein sollen, an der Kommutatoroberfläche gleiten müssen. Hierdurch werden aber infolge der großen Anzahl der erforderlichen Sperrwände beträchtliche Bremskräfte auf den Kommutator ausgeübt. Weitere Nach-' teile dieser bekannten Einrichtung bestehen darin, daß durch die Sperrwände, wenn sie auf den Kommutator anliegen, der Bürstenstaub in die Schlitze zwischen den einzelnen Kommutatorlamellen hineingepreßt wird. Hierdurch können aber unter Umständen Kurzschlüsse einzelner Segmente verursacht werden. Infolge der angegebenen Nachteile hat diese bekannte Einrichtung keinen erheblichen Eingang in die Technik gefunden.In electrical commutator machines occurs operationally, especially when overloaded and short circuits, a relatively high current density under the brushes, which causes the brushes and the associated grinding elements to heat up excessively will. As a result of this heating, vapors and possibly also combustion gases can form at the transition point form, which emerge similar to jets of flames under the grinding surface. These fumes or combustion gases have good electrical conductivity, so that under certain circumstances the low voltages between the individual parts, e.g. B. between the adjacent elements of a commutator, exist, a flashover or arc can bring about. In many cases where the tension is at the point of origin If these gases or vapors are not sufficient to cause a flashover, they become conductive Vapors due to the rotation of the machine are brought to other places where there is sufficient There is a voltage difference, so that suddenly a flashover occurs at this point, for which one could not find an explanation so far. One has already tried in the most varied of ways the harmful effects of the brushes occurring Avoid vapors or combustion gases. For example, an arrangement has become known in which a plurality of barrier walls arranged one behind the other in the circumferential direction between the individual brushes are arranged from insulating material, which grind on the commutator surface. These The purpose of the arrangement is that the gases and through the inclined side parts of the barrier walls Vapors are at least partially derived from the commutator surface. These known device, however, has very significant disadvantages. One of those drawbacks is that the barrier walls, if they are to be effective, on the commutator surface have to slide. As a result of the large number of required Barrier walls exerted considerable braking forces on the commutator. More after- ' parts of this known device are that through the barrier walls when they resting on the commutator, the brush dust in the slots between each Commutator bars is pressed into it. However, this can cause short circuits in individual segments under certain circumstances will. As a result of the specified disadvantages, this known device does not have any significant Found its way into technology.

*,i Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden: *, i The patent seeker stated as the inventor:

Kurt Schönfelder in Berlin-Charlottenburg.Kurt Schönfelder in Berlin-Charlottenburg.

Weiter sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen vor oder hinter der Bürste die auf dem Kommutator befindliche Luftschicht· abgesaugt wird. "Bei diesen bekannten Eiife' richtungen sind an dem Bürstenhalter unmit? telbar neben dem die Bürste aufnehmenden Raum Luftkanäle vorhanden, durch welche das Absaugen der Luft von der Kommutatoroberfläche vor oder hinter der Bürste erfolgt. ίο Diese Luftableitungskanäle sind dabei an besondere weitere Kanäle angeschlossen, durch welche die Ableitung der Luft erfolgt. Wenn auch bei diesen bekannten Einrichtungen die schädlichen Einwirkungen von Dämpfen oder Gasen, die an den Kommutatorbürsten entstehen, beseitigt werden können, so sind doch diese bekannten Einrichtungen insofern wenig vorteilhaft, als die Bürstenhalter mit Rücksicht auf die Ableitung der von der Kommutatoroberfläche abgesaugten Luft eine verhältnismäßig komplizierte und ungünstige Ausbildung besitzen müssen. Dazu kommt, daß die Wirksamkeit dieser bekannten Einrichtungen dadurch erheblich beeinträchtigt wird, daß infolge Absaugung der Luft durch den Bürstenhalter und daran angeschlossene weitere Leitungen ein verhältnismäßig hoher Druckverlust eintritt, weil wiederholte scharfe Umlenkungen der durch den Bürstenhalter von der Kommutatoroberfläche abgesaugten Luft erforderlich sind.Next arrangements have become known in which in front of or behind the brush the layer of air on the commutator · is sucked off. "With these well-known eggs' directions are right on the brush holder? directly next to the one receiving the brush Space air ducts are available through which the suction of the air from the commutator surface takes place in front of or behind the brush. ίο These air discharge channels are special further channels connected through which the air is discharged. if even with these known facilities, the harmful effects of vapors or Gases that arise at the commutator brushes can be removed, but they are These known devices are of little advantage in that the brush holder with consideration on the dissipation of the air sucked off the commutator surface a relatively have to have complicated and unfavorable training. In addition the effectiveness of these known facilities is thereby significantly impaired, that as a result of suction of the air through the brush holder and other connected thereto Lines a relatively high pressure loss occurs because of repeated sharp Deflections of the suctioned from the commutator surface by the brush holder Air are required.

Weiter ist eine Anordnung bekanntgeworden, bei der die Kommutatoroberfläche durch von außen zugeführte Luft bespült wird, die ³S durch besondere Kanäle wieder von dem Komutator abgeleitet wird. Bei dieser bekannten Anordnung sind an dem Kommutator in den Zwischenräumen segmentförmige Luftführungsteile vorgesehen, an welche besondere Luftzuführungs- und -ableitungskanäle angeschlossen sind. Auch diese Anordnung ist ; praktisch mit außerordentlichen Nachteilen \^rerbunden. Bei Maschinen mit größeren Polzahlen ergibt sich beispielsweise, daß eine der Polzahl entsprechende Anzahl von Luftzuführungsteilen und die doppelte Anzahl von Luftzuführungs- und -ableitungskanälen erforderlich sind.Furthermore, an arrangement has become known in which the commutator surface is flushed with air supplied from the outside, which ³ S is diverted from the commutator again through special channels. In this known arrangement, segment-shaped air guide parts are provided on the commutator in the spaces, to which special air supply and discharge channels are connected. This arrangement is also; virtually erbunden with extraordinary disadvantages \ ^r. In the case of machines with a larger number of poles, it results, for example, that a number of air supply parts corresponding to the number of poles and twice the number of air supply and discharge channels are required.

Ein weiterer Nachteilder bekannten An--Ordnung besteht darin, daß die Abdichtung der Luftführungsteile gegenüber der Kommutatoroberfläche in der Umfangsrichtung besondere Schwierigkeiten bereiten muß.Another disadvantage of the known arrangement is that the seal of the air guide parts relative to the commutator surface in the circumferential direction Must cause difficulties.

Nach der Erfindung wird eine wesentlich verbesserte Vorrichtung zum Abführen der an den Schleifflächen der Bürsten elektrischer Maschinen auftretenden Gase und Dämpfe durch neben den Bürstenführungskästen, insbesondere parallel zu diesen verlaufende luftdurchströmte Kanäle dadurch erzielt, daß der Kommutator völlig gekapselt und der nur durch die Kanäle mit der Außenluft verbundene Innenraum unter Überdruck gehalten wird. Infolge dieses Überdruckes kann die Luft durch die Luftableitungskanäle aus- : ströjnen, wobei unmittelbar neben den Bürsten j-eiliei' intensive Luftbespülung des Kommus-ifiitors stattfindet.According to the invention, a significantly improved device for discharging the to gases and vapors occurring on the grinding surfaces of the brushes of electrical machines by air flowing through next to the brush guide boxes, in particular parallel to them Channels achieved by the fact that the commutator is completely encapsulated and the only The interior space, which is connected to the outside air through the ducts, is kept under overpressure will. As a result of this overpressure, the air can escape through the air discharge ducts. : flow, being immediately next to the brushes j-eiliei 'intensive air purging of the commus ifiitor takes place.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert werden, die in den Figuren der Zeichnung wiedergegeben sind.In the following the invention is intended to be closer to Hand some embodiments are explained in the figures of the drawing are reproduced.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bedeutet 1 den Kommtator, 2 einen Reaktionsbürstenhalter, in dessen schräg gestellter Bürstentasche 3 eine Bürste 4 angeordnet ist. Diese wird durch eine Feder 5 an die Schleiffläche jedes Kommutators angepreßt. - Unmittelbar an der Bürstentasche neben der Bürste ist ein Abzugskanal 6 angeordnet, der auf der Seite der ablaufenden Bürstenkante liegt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Bürstenhaltern sind durch Isolierplatten annähernd luftdicht abgedeckt. Auf diesem Wege entsteht eine bis auf die Luftableitungskanäle geschlossene Kommutatorspule. Die Luft innerhalb dieser Kapsel wird nun auf beliebige Weise unter Druck gehalten. Infolge dieses Druckes strömt durch die Luftabzugskanäle 6 Luft aus, die insbesondere an den engen Querschnittsstellen unmittelbar vor dem Luftableitungskanal eine große Geschwindigkeit aufweist. Infolgedessen findet unmittelbar hinter der ablaufenden Bürstenkante eine sehr intensive Bespülung des Kommutators mit einem Luftstrom statt, wodurch Dämpfe und Gase, die von der Kommutatoroberfläche mitgerissen sind, entfernt werden. Gleichzeitig hat diese Anordnung noch den Vorteil zur Folge, daß eine wirksame Kühlung der Kommutatoroberfläche hinter den Bürsten stattfindet. Unter Umständen kann es auch bei "stark belasteten Maschinen oder Maschinen, die mit wechselnder : Drehrichtung laufen, vorteilhaft sein; auf beiden Seiten der Bürste Ableitungskanäle vorzusehen. Derartige Anordnungen sind in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung wiedergegeben. Fig. 4 zeigt eine weitere abgeänderte Anordnung, bei der statt eines Abzugskanals uo zwei hintereinanderliegende Abzugskanäle auf der Seite der ablaufenden Bürstenkante angeordnet sind. In diesem Fall ist in dem der Bürste benachbarten Kanal ein bequemer Weg für die mit großer Geschwindigkeit unter der Schleiffläche austretenden Gase gegeben, während in dem zweiten Kanal 8 die entgegen der Richtung des Drehsinnes aus der Kapsel auströmende Luft ins Freie gelangt und hierbei etwaige Reste der Dämpfe, die bis 12a zu dieser Stelle vordringen, mit sich reißt. Bei dieser Anordnung bietet es besondere Vor-In the embodiment shown in FIG. 1, 1 denotes the commtator, 2 a reaction brush holder, in the inclined brush pocket 3 of which a brush 4 is arranged is. This is pressed against the grinding surface of each commutator by a spring 5. - Immediately on the brush pocket next to the brush there is a discharge channel 6, which lies on the side of the trailing brush edge. The spaces between the individual brush holders are almost airtight covered by insulating panels. In this way, a commutator coil is created that is closed except for the air discharge channels. The air inside this capsule is now kept under pressure in any way. As a result of this pressure flows through the air exhaust ducts 6 air out, particularly at the narrow cross-sectional points directly has a high velocity in front of the air discharge duct. As a result, takes place immediately behind the expiring Brush edge a very intensive purging of the commutator with a stream of air takes place, whereby vapors and gases are released from the Commutator surface are entrained, must be removed. At the same time this arrangement has nor the advantage that an effective cooling of the commutator surface takes place behind the brushes. In certain circumstances it can also apply to "heavily loaded machines or machines that are subject to changing: Direction of rotation run, be advantageous; on both Provide drainage channels on the sides of the brush. Such arrangements are in the Fig. 2 and 3 of the drawing reproduced. Fig. 4 shows a further modified arrangement, where instead of one exhaust duct there are two exhaust ducts lying one behind the other are arranged on the side of the trailing brush edge. In this case is in that the brush adjacent channel a convenient way for those at great speed given under the grinding surface exiting gases, while in the second channel 8 the air flowing out of the capsule against the direction of rotation enters the open air and in doing so, any remnants of the vapors that penetrate up to 12a to this point will be carried away with it. With this arrangement it offers special advantages

teile, wenn in dem ersten Kanal hinter der ablaufenden Bürstenkante ein überdruck erzielt wird. Auf diese Weise entsteht unter der Trennwand der beiden Kanäle eine beson-S ders intensive Strömung in der Drehrichtung¹ des Kommutators, die die" Kommutatorober-·: fläche vollständig von Gasresten und Dämpfen freimacht.parts when an overpressure is achieved in the first channel behind the trailing edge of the brush. In this way, a particularly intense flow arises under the dividing wall of the two channels in the direction of rotation ^{1 of} the commutator, which completely frees the "commutator surface" of gas residues and vapors.

In Fig. 5 ist eine etwas abgeänderte Ausführungsform wiedergegeben, bei der der Spalt zwischen dem Bürstenhalter und der Kommutatoroberfläche auf der der Bürste abgewandten Seite des Luftableitungskanales 6 durch einen Schleifkörper 9 aus Isoliermaterial abgedichtet ist, der durch eine Feder gegen die Koinmutatoroberfläche angedrückt wird.In Fig. 5 is a slightly modified embodiment reproduced with the gap between the brush holder and the commutator surface on that of the brush remote side of the air discharge channel 6 by a grinding body 9 made of insulating material is sealed, which is pressed by a spring against the Koinmutatorfläche will.

Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht in einfachster Weise, an der Kommutatoroberfläche entstehende Gase oder Dämpfe mit Sicherheit zu entfernen. Verwickelte Luftableitungen sowie eine komplizierte Ausbildung der Bürstenhalter selbst sind dabei infolge Anwendung einer unter Druck stehenden Kommuatorkapselung, aus der die Luft einfach durch die Luftabteilungskanäle an den Bürsten abströmen kann, vermieden. Die Anwendung der Kommutatorkapsel hat überdies noch den Vorteil zur Folge, daß das ganze Bürstenhaltersystem durch die zwischen den Bürstenhaltern angeordneten Platten wesentlich versteift ist, wodurch Schwingungen der Bürstenhalter bzw. Bürstenhalterträger vermieden sind.The device according to the invention allows in the simplest way on the commutator surface to safely remove any gases or vapors. Tangled air vents as well as an intricate one Training of the brush holders themselves are due to the use of a pressurized commutator encapsulation that the air can easily flow out through the air ducts on the brushes, avoided. The use of the commutator capsule also has the advantage that the entire brush holder system is substantially stiffened by the plates arranged between the brush holders, whereby Vibrations of the brush holder or brush holder carrier are avoided.

Claims

Patent claims:

1. Device for removing the electrical from the grinding surfaces of the brushes Machines occurring gases and vapors through next to the brush guide boxes, in particular parallel to them channels through which air flows, characterized in that the collector completely encapsulated and the interior space, which is only connected to the outside air through the ducts, is kept under overpressure.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the encapsulation is formed by plates of insulating material, which the individual brush holders or connect the associated beams with one another.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that at each Brush box two in the circumferential direction one behind the other in the direction of rotation of the collector are provided behind the brush arranged exhaust ducts, of which the first under relative overpressure, the second is kept under relative negative pressure.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that one of the the flue duct on the brush holder delimiting walls partially made of insulating material exists and is pressed resiliently against the commutator.

1 sheet of drawings

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