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Stromwenderanordnung aus Kohle Die Erfindung betrifft eine Stromwenderanordnung
für elektrische Maschinen, bei der die Stromwenderlamellen und die Bürsten aus Kohle
bestehen. Derartige Stromwender haben gegenüber den Stromwendern mit Lamellen aus
Metall (Kupfer) den Vorteil, daß sich der Stromwender nicht mit einer schlecht leitenden
Metalloxydschicht überziehen kann, da die Oxydationsprodukte des Kohlenstoffes gasförmig
sind. Die Stromspannungscharakteristik von Kontakten Kohle auf Kohle verläuft daher
fast geradlinig. Trotz der schlechten Leitfähigkeit der Kohle gegenüber Metall ist
der Übergangswiderstand der Kontakte Kohle auf Kohle wesentlich geringer als bei
einem Kontakt Kohle auf Metall. Bei einer Strombelastung von io Amp./cm= Kontaktfläche
beträgt der Spannungsabfall als Maß für den Übergangswiderstand bei einer Unifangsgeschwindigkeit
des Kollektors von 22 m/s an einem Kontakt Elektrographit-Kupfer etwa 2 bis 2,5
Volt und an einem Kontakt Elektrographit-Kohle etwa 0,4 bis o,8 Volt. Dies bedeutet,
daß ein Kontakt Kohle auf Kohle höher belastet werden kann als ein Kontakt Kohle
auf Metall, da bei gleicher Strombelastung der an der Berührungsfläche durch den
Übergangswiderstand erzeugte Stromwärmeverlust kleiner ausfällt. Ein weiterer Vorteil
der Stromwender aus Kohle mit Kohlebürsten gegenüber den Stromwendern reit Kupferlamellen
und Kohlebürsten besteht darin, daß bei parallel geschalteten Bürsten die Stromverteilung
auf die einzelnen Bürsten gleichmäßiger ist als bei Stromwendern mit Metallamellen.
Die sich im Betrieb fortlaufend ändernde Oxydschicht der Metallamellen bedingt bekanntlich
eine sehr ungleichmäßige Stromverteilung, die dazu führen kann, daß einzelne der
auf dem gemeinsamen Stromabnehmerbolzen angeordneten Bürsten stark überlastet werden.
Die Auswirkung, von schlechter Stromverteilung kann so weit gehen, daß einzelne
Bürsten bis zum Glühen kommen und der Betrieb unterbrochen werden muß.
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Trotz der günstigen Eigenschaften der Kontakte Kohle auf Kohle gegenüber
den Kontakten Kohle auf Kupfer sind bisher Stromwender mit Kohlelamellen in größerem
Umfang
nicht verwendet worden, obwohl Kohlestrornwender schon seit
Jahrzehnten bekannt sind. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Kontakt Kohle auf Kupfer
die Kon-Imutierungsverhältnisse unter Umständen _günstiger sind als bei -einem Kontakt
Kohle auf- Kohle, da die bei der Stromwendung entstehenden, über die Bürsten verlaufenden
Kurzschlußströme durch den höheren Übergangswiderstand bei einem Kontakt Kohle-Kupfer
kleinere Werte annehmen.
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Durch die Erfindung sollen die Kurzschlußströme bei Stromwendern mit
Kohlelamellen verringert werden. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch,
daß der Übergangswiderstand zwischen Bürste und Stromwenderlamelle durch Verwendung
von Kohle erhöht wird, deren Bindegerüst aus nichtleitendem, gehärtetem Kunstharz
besteht und deren leitende Bestandteile, gegebenenfalls durch Zusatz, geeigneter
nichtleitender Teile vermindert ist. Auf diese Weise werden alle Vorteile, die sich
aus dem oxydfreien Kontakt Kohle-Kohle ergeben, beibehalten, während der Übergangswiderstand,
z. B. durch Auswahl einer entsprechenden Bürste oder einer entsprechenden Kohle,
für die Stromwenderlamelle beliebig hoch gewählt werden kann. Bürsten, deren Leitfähigkeit
durch Kunstliarzzusätze verringert ist und die als Mehrstoffbürsten bezeichnet werden,
sind an sich bekannt und bisher nur für Stromwender mit Metallamelle verwendet.
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Im Gegensatz zu den sogenannten Einstoffbürsten, die aus Kohlepulv
er bestehen und durch ein beim Brennen verkokendes Bindemittel, wie z. B. Teer oder
Pech, zusammengehalten werden, wird bei den Mehrstoffbürsten eine Mischung aus Kunstharz.
und Kohlepulver als Ausgangsmaterial verwendet; so daß nach dein Brennen die Kohle
durch ein nichtleitendes Bindegerüst zusammengehalten wird. Als Material für dieses
Bindegerüst eignen sich vor allem gehärtete bzw. halb verkokte, noch nicht leitende
Kunstharze, die nicht nur eine relativ hohe Temperaturbeständigkeit besitzen, sondern
auch gute Gleiteigenschaften aufweisen.
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Die elektrische- Leitfähigkeit einer solchen Mehrstoffbürste ergibt
sich durch den unmittelbaren Kontakt der einzelnen Pulverteilchen untereinander,
die durch das nichtleitende Bindegerüst zusammengehalten wer-, den, während bei
den üblichen Kohlebürsten in erster Linie das Bindegerüst aus Kohle den Strom-,veg
bestimmt. Je nach dem 'verhalten von leitendem Pulver zu nichtleitendem Bindegerüst
kann die Leitfähigkeit solcher Kohlebürsten stark verändert werden und damit auch
der Übergangswiderstand beim Lauf auf Stromwendern mit Kohlelamellen. In besonderen
Fällen kann man auch dem Ausgangspulver aus Kunststoff geeignetes nicht leitendes
Pulver zusetzen, wodurch sich der spezifische Widerstand der Bürsten weiterhin erhöhen
läßt. Der Übergangswiderstand läßt sich nicht nur durch Wahl entsprechender Bürsten
erhöhen, sondern bei Verwendung normaler, Kohle- oder Elektrographitbürsten können
dabei die gleichen Widerstandsverhältnisse geschaffen werden, wenn die Lamellen
des Stromwenders in derselben Weise her-!, gestellt sind wie die Mehrstoffbürsten.
Ertvähnt sei, daß sowohl die Bürsten als auch die Stromwenderlamellen aus Kohle
mit hunstliarzzusätzen gefertigt werden können. Es ist auch denkbar, die Bürsten
oder die Stromwenderlamellen oder Bürsten und Stromwenderlamellen aus senkrecht
zur Laufrichtung des Kollektors angeordneten Schichten verschiedener Zusammensetzung
zu bilden. Zweckmäßig wird die im ablaufenden Teil von Bürste und Stromwenderlamelle
befindliche Schicht aus Kohle mit Kunstharzzusätzen hergestellt, während der auflaufende
Teil aus Kohle-oder Graphit normaler Zusammensetzung gefertigt ist, so daß beim
Kurzschluß zweier benachbarter Stroniwenderlamellen der Übergangswiderstand in dem
Kurzschlußkreis erhöht ist.
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Durch die vorliegende Stromwenderanordnung werden nicht nur alle Schwierigkeiten
in bezug auf das Parallelarbeiten der Bürsten beseitigt,- sondern es kann sogar
die spezifische Belastung der Kohlebürsten, die bisher meist nur mit io Amp./cm=
begrenzt war, beträchtlich erhöht werden. Da durch die spezifische Belastung der
Bürsten die _'lbrnesstriigen des Stromwenders und damit der Bau der ganzen elektrischen
Maschine bestimmt sind, ergeben sich durch die neue Anordnung auch konstruktive
Vorteile, die den Bau solcher Maschinen bei gleichzeitiger Erhöhung ihrer Leistung
vereinfachen.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel einer für den vorliegenden
Zweck bestimmten Mehrstoffbürste beschrieben.
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Die Bürste besteht aus 75 Teilen Graphit und 2; Teilen gehärtetem
Kunstharz. Eine, solche Bürste hat einen Spannungsabfall von' 2 Volt an der Übergangsstelle
zwischen Bürste und Stromwenderlainelle; wenn die, Bürste mit io Amp./cm= bei einer
Umfangsgeschwindigkeit des Kollektors von 22 m,lSek. belastet ist. Die Lamellen
des -Stromwenders sollen hier aus Hartkohle oder Elektrographit bestehen.