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Bürstenhalter für elektrische Maschinen Eine der wichtigsten Forderungen
im Gleichstrommaschinenbau: ist die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Stromverteilung
auf die einzelnen Bürsten. Hierfür wurden bereits folgende Maßnahmen, vorgeschlagen:
a) Die Stromzuführung zu den Lamellen auf die eine Seite und die Stromabnahme von
.den -Bürstenträgern auf die .entgegengesetzte Seite zu legen; b) durch besondere
Formgebung der Lamellen oder durch Anwendung besonderer Materialien für die Lamellen
oder durch eine bestimmte Ausbildung der Bürstenhneal:e die Spannungsabfälle zwischen
den einzelnen Bürsten. in ,der Lamelle und im Bürstenlineal gleich groß zu halten.
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Durch diese Maßnahmen werden zwar gewisse Verbesserungen erreicht,
aber dis Ursacht der Schwierigkeiten wird .dadurch nicht beseitigt. Die Stromverteilung
auf die einzielnen Bürsten eines Kupferstromwenders wird hauptsächlich von der Leitfähigkeit
der Bürsten und dem Übergangswiderstand zwisch@en dem Stromwender und den Bürsten
becinflußt. Die Leitfähigkeit der Bürsten und der Üibergangswid!erstand zwischen
Stromwender und Bürsten ist aber von der Bürstentemperatur abhängig, und -zwar nimmt
der ÜbergangswHerstand m-it zunehmender Bürstentemperatur ab. Eine stärker erhitzte
Bürste bekommt demnach eine größere Stromdichte zugeteilt. Der Übergangswiderstand
ist außerdem noch bestimmt durch die Oxvdschicht, die sich auf der Oberfläche des
Kiropferstromw end.ers ausbildet: Die Dicke der Oxydschicht ist aber ihrerseits
wiederum abhängig von der Temperatur der einzelnen Bürsten und damit an .den einzelnen
Bürstenauf1agestellen verschieden. Die Stromvertei-(ung auf die einzelnen Bürsten
ist folglich nur .tann gleichmäßig, wenn die Bürsteneine annähernd
gleiche
Temperatur .haben und damit auch die unter den einzelnen Bürsten liegende Oxydschicht
jeweils einigermaßen gleich beschaffen ist. Dies ist aber im praktischen Betrieb
nicht,der Fall. Je größer ein Kollektor ist, desto schwieriger wird es, eine einigermaßen
gleichmäßige Belüftung und Kühlung der Bürsten zu erzielen. Andererseits wird, die
sich bildende Oxydschicht auch durch Feucliri!gkeit und die Zusammensetzung der
Luft, durch die Temperatur und die .mechanische Reibung stark -beeinflußt, so daß
die Stromverteilung zwischen den einzelnen Bürsten schon aus dieseln Grunde zu Verschiebungen
neigt. Steigt die Stromdichte an einer Stelle, so wird die betreffende Bürste mit
ihren Zuleitungen .entsprechend stärker erwärmt und nimmt ihres negativen Temperaturkoeffizienten
wegen noch mehr Strom auf. Sie kann infolgedessen zu feuern beginnen. Auf diese
Weise kommt es leicht vor, daß anfangs bestehende kleine Ungleichmäßigkeiten in
der Stromverteilung im Laufe des Betriebes sich so verstärken, daß sich ernstliche
Betriebsschwierigkeiten ergeben. Dies gilt ganz besonders für Stromwender mit großer
axialer Länge und vielen parallelen Bürsten, die für große Betriebsstromstärken
bestimmt sind.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, diese Schwierigkeiten
zu beseitigen, d. h. eine gleichmäßige Stromverteilung auf die parallel geschalteten
Bürsten sicherzustellen. Sie bezieht sich auf einen Bürstenhalter für elektrische
Maischinen mit einer Einrichtung zum Zuführen von Kühlluft zu den parallel arbeitenden
Bürsten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kühlluft den
einzelnen Bürsten zwecks gleichmäßiger Stroni.verteilung in jeweils einstellbarer
Menge zugeleitet wird. Nach der Erfindung wird also die Temperaturabhängigkeit des
Bürsten@vidersiatides sowie des Übergangswid:erstan.des zwischen Stromwender und
Bürste dazu benutzt, die Größe der einzehren Widerstände so einzustellen, daß über
jede Bürste der gleiche Strom fließt.
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Zweckmäßig erfolgt diie Zuführung der Kühlluft zu den einzelnen Bürsten
oder Bürstensätzen durch ein. Luftleitung, die parallel zum Bürstenausleger liegt
und Düsen besitzt, durch die die Kühlluft zu den Bürsten austritt. An Stelle einer
besonderen Luftleitung kann auch der Bürstenausleger hohl ausgeführt werden .und
selbst als Luftleitung dienen. Mit Hilfe geeigneter Mittel, z.B.m.ittels Stellschrauben,
können die Düsenöffnungen in ihrer Größe verstellt werden und damit die Kühlluftmen.gen
entsprechend einer gleichmäßigen Stromverteilung eingestellt werden.
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Es muß hier noch erwähnt werden, daß es an sich schon bekannt ist,
daß parallel zu den Bürstenauslegern verlaufende Luftleitungen verwendet werden,
bei denen die Luft zur Kühlung .derBürsten und deren Auflagestellen dient. Auch
die N7er%vendung des hohlen Bürstenauslegers an Stelle einer besonderen Luftleitung
ist bereits bekannt. Diese bekannten Einrichtungen haben jedoch lediglich dieAufgabe
zu erfüllen, a11geinein eine Herabsetzung der Bürstenteniperatureil zu ermöglichen,
um damit ein unzulässiges Misteigen der Stromdichte je Bürste und die daraus entstehende
FunkenbilJung zu vermeiden. Dein Zwecke einer gleichmäßigen Stromverteilung auf
die einzelnen. Bürsten sollten diese bekannten Einrichtungen dagegen nicht dienen
und besaßen daher auch keine Vorrichtungen zur Änderung des Düsenquerschnittes und
damit zur Regelung der Kühlluftmengen.
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Die beiliegenden Abbildungen zeigen zwei Ausführungsbeispiele: Beide
stellen einen Querschnitt durch den Stromwender und die Bürsten dar. Die Oberfläche
.des Stromwenders ist mit A, eine darauf schleifende Bürste mit B, der zugehörige
Bürstenhalter m,it C und das Bürstenlineal, an dem die Bürstenhalter befestigt sind,
mit D bezeichnet. In Abb. i ist ferner eine Luftleitung L angegeben; die parallel
zum Bürstenausleger verläuft und durch Düsen _1I .die verschiedenen Bürsten B bebläst.
Die aus den einzelnen Düsen <II a:üstretende Luftmenge kann durch entsprechende
Stellschrauben X eingestellt werden. Entsprechend Abb.2 kann zweckmäßig der Bürstenträger
D selbst als Luftleitung dienen und zu diesem Zweck hohl ausgebildet werden. Auch
hier sind die Stellschrauben N angebracht, die die an jeder Düse 1-I austretende
Luftmenge einzustellen gestatten. Es ist ersichtlich, daß die Anwendung der Erfindung
nach Abb. 2 keinen besonderen praktischen Schwierigkeiten begegnet, weil im Gegensatz
zti _ der Anordnung nach Abb. i für die Luftleitung kein besonderer Platz erforderlich
ist. Wie Versuche ergeben haben, eignet s:ch Jie Erfindung ini besonderen Maße für
die Beeinflussung der Stromwendung von grollen Generatoren finit erheblichen Stromstärken,
wie sie z. B. für Elektrolysezwecke gebraucht werden.
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Die Luft zur Beblasung der Bürsten kann entweder durch einen besonderen
Drucklufterzeuger oder durch einen auf der Maschinenwelle aufgebrachten Ventilator
geliefert werden. Bei Inbetri-ebnahine der Maschine werden die einzelnen Kühlluftöffnun
gen mitHilfe der Stellschrauben so eingestellt, daß die Stromverteilung auf die
verschiedenen Bürsten gleichmäßig ist. Dabei kann die Temperatur der betreffenden
Bürsten unter Umständen erheblich voneinander verschieden sein. Ge;gebenenfalls_können
auch in Weiter-
Nildung der vorliegenden Erfindung die einzelnen
Kühlluftöffnungen selbsttätig in Abhängigkeit vom Bürstenstrom geregelt werden,
was, beispielsweise mit Hilfe von Bi, metallstreifen möglich ist.
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Die Erfindung erlaubt es, die Stromdichte an den Bürsten über die
bisher üblichen Grenzen hinaus zu erhöhen, so daß die Anzahl der für eine Maschine
erforderlichen Bürsten und damit die Länge des, Stromwenders herabgesetzt werden
kann. Hierdurch- verkürzt sich .die Baulänge der ganzen Maschine. Durch die vorliegende
Erfindung können daher erhebliche Materialmengen erspart und -d'le Betriebssicherheit
derMäschine gehobenwerden.