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Stromabnehmer für elektrische Maschinen Die Erfindung bezieht sich
auf einen Stromabnehmer für elektrische Maschinen, insbesondere Kleinmaschinen,
wie sie in den. verschiedensten Zweigen der Technik, beispiels-@veise als schnell
laufende Verstellmotoren in Luftfahrzeugen., Verwendung finden. Des näheren: bezieht
sich. die Erfindung auf die Anordnung der Kollektorbürsten für den Fall, daß zur
Stromzuführung bzw. -abnahme Scheibenkollektoren vorgesehen sind, bei denen bekanntlich
die federbelasteten Schleifbürsten auf einer Kollektorschleifflüche gleiten, die
senkrecht zur Maschinenwelle angeordnet ist. Bei Kommutatormas:chinen ebenso wie
bei Elektromotoren und Generatoren mit Schleifringen können sich hierbei Unzuträglichkeiten
leicht dadurch ergeben, daß die in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen, bestehenden
beschränkten Raumverhältnisse ein- Herankommen an die in den meisten Fällen versteckt
und unübersichtlich angeordneten Schleifbürsten nur unter großen. Schwierigkeiten
gestatten, so daß der bei Abnutzung notwendig werdende Austausch der Bürsten mühevoll
ist und großen Zeitaufwand erfordert.
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Bei einer bekannten Bürstenanordnung für Scheibenkollektoren sind
die, Schleifbürsten
in metallenen, im Lagerdeckel der Maschine unverrückbar
gehalterten Hülsenkörpern geführt und durch auf die Bürsten aufgesetzte Schraubenfedern,
die ebenfalls innerhalb der Hülsenkörper untergebracht sind, gegen die Kollektorschleiffläche
angepreßt. Von außen her in die Hülsenkörper einschraubbare Gewindebolzen, die sich
über die genannten Schraubenfedern auf die Bürsten abstützen, gestatten dabei die
Einstellung des Kontaktdruckes zwischen Bürsten und Kollektorschleiffläche. Da während
des Laufes der Maschine naturgemäß mit einer sehr starken Erwärmung der Bürsten
und ihrer Halterung gerechnet werden muß, die unter Umständen leicht zu Beschädigungen
dieser Teile führen kann, muß für eine ausreichende Wärmeableitung von den Bürsten
und ihren Führungsteilen an die Außenluft gesorgt werden. Bei der bekannten Einrichtung
ist diese Wärmeableitung unzureichend, da die Führungshülsen für die Bürsten auf
ihrer Außenseite von dem Gehäuse der elektrischen Maschine dicht umschlossen sind
und außerdem das die Führungshülsen tragende Gehäuse aus einem Isoliermaterial,
z.. B. Bakelite, also aus einem Wärme schlecht leitenden Stoff besteht.
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Beim Gegenstand der Erfindung sind die sich an der senkrecht zur Maschinenwelle
verlaufenden Kollektorschleiffläche abstützenden Bürsten ebenfalls in eine Metallführung
nachstellbar eingesetzt und an dem auf der Kollektorseite liegenden Lagerschild
der Maschine gehaltert. Dabei ist jedoch eine gleichmäßig gute und eine hohe Strombelastung
der Bürsten gewährleistende Kühlung erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die einzelnen
Metallführungen für die Bürsten derart am Lagerschild befestigt sind, daß sie auf
allen Seiten frei im Durchlüftungsstrom des Motors liegen. Dabei kann die Anordnung
insbesondere so getroffen sein, daß die in die Metallführungen eingesetzten Bürsten
durch im Lagerschild vorgesehene, für die Belüftung der Maschine dienende Öffnungen
hindurch auswechselbar und nachstellbar sind.
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Die nachfolgende Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels offenbart weitere Merkmale der Erfindung. Es zeigt Fig. i einen
Längsschnitt durch dien Kollektorteil mit Lagerschild einer elektrischen Maschine
mit Bürstenanordnung, Fig. 2 eine Vorderansicht des Lagerschildes mit der erfindungsgemäßen
Bürstenanordnung; Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Bürstenhalterung längs der
Linie II-II der Fig. 2 und Fig. 4 eine Ansicht des Trägers für die Bürstenfedern
von vorn.
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Die den Anker i der elektrischen Maschine tragende Motorwelle 2 ist,
wie Fig. i erkennen läßt, von einem Kugellager 3 geführt, «-elches in den als Abschluß
für das Motorgehäuse 4 dienenden Lagerschild 5 eingesetzt ist. Ein zwischen Kugellager
3 und Motoranker i die Ankerwelle 2 umschließendes hülsenförmiges Glied 6 ist mit
letzterer fest verbunden, vorzugsweise auf ihr aufgekeilt, und stützt sich mit seinem
rechtwinklig nach oben abgebogenen Flansch 7 gegen den Motoranker i ab. Ein rohrförmiger
Metallzylinder 8, der über seinen Umfang gleichmäßig verteilte axial verlaufende
Schlitze trägt, ist an der Hülse 6 über eine isolierende Vergußmasse io, in welche
er mit seinem ringförmigen Ansatz g eingreift, fest gehaltert und bildet so einen
Kollektorkörper mit einzelnen durch die genannten Schlitze voneinander elektrisch
getrennten Stromwenderstegen, dessen eine Stirnseite eine senkrecht zur Ankerwelle
i angeordnete Bürstenschleiffläche darstellt. An der Innenseite des Lagerschildes
5 ist an geeigneter Stelle mit Hilfe einer Nietverbindung i i (Fig. 3) unter Zwischenschaltung
isolierender Abstandsplatten 12, 13 ein winkelförmig abgebogener Träger
1:I aus Stahl befestigt, der in einer Bohrung 15 (Fig. q.) einen schaftförmigen
Zapfen 16 zur Aufnahme einer Schraubenfeder 17 aufweist. Am Umfang seines Kopfendes
besitzt der Träger 14 eine Anzahl Aussparungen bzw. Nuten 18, in welche das eine
Ende 17' der sich um den Zapfen 16 windenden Schraubenfeder 17 je nach Bedarf
eingesetzt werden kann. Das andere Ende 17" der Feder ist mehrmals entsprechend
den örtlichen Verhältnissen abgebogen, greift durch eine in der Bürstenhalterung
ig vorgesehene Aussparung 20 und legt sich gegen das obere Ende der in der Bürstenhalterung
verschiebbar geführten Schleifbürste 21 an. Die Bürstenhalterung ig, welche einen
trapezförmigen Querschnitt hat, ist gemäß Ausführungsbeispiel mittels eines flanschförmigen
Gliedes 22 über eine Nietverbindung 23 fest an der Innenseite des Lagerschildes
5 gehaltert. Die. Befestigung erfolgt unter einem bestimmten Winkel zur Kollektorschleiffläche,
und zwar in der Weise, daß die von dem Teil ig geführten und unter dem Druck der
Schraubenfeder 1.7 stehenden Schleifbürsten 21 den Stromwenderbelag des Kollektors
8 derart überstreichen, daß die in Längsrichtung verlaufende Bürstenmittellinie
mit der Längsachse der Ankerwelle i einen spitzen Winkel einschließt, wobei gleichzeitig
die Umlaufachse des Ankers und die genannte Bürstenmittellinie in einer gemeinsamen
senkrecht auf den Kollektor 8 auftreffenden Ebene angeordnet sind. Durch die geneigte
Anordnung der Bürstenhalterung ig gegenüber dem Kollektor ist eine längere
Führung
der Bürsten gewährleistet; eine Maßnahme, durch die , sich eine bessere und raschereDämpfung
der während des Betriebes auf die Bürsten einwirkenden Schwingungen und Vibrationen
ermöglichen läßt.
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Der trapezförmige Aufbau der Bürstenhalterung und damit der Bürsten
gestattet eine größere Toleranz in der Ausbildung der Bürsten und ihrer Halterung,
so daß die Herstellungskosten dieser Teile stark vermindert werden können. Die Bürsten
sind ferner in einer senkrecht die Mitte der Lagerung für die Motorwelle durchdringenden
Ebene führt, so daß sich die auf Vibrationen der Maschine beruhenden Schwingungserscheinungen
der Bürsten in sehr kleinen Grenzen bewegen, da in solchen Fällen keine oder nur
sehr geringe Kräfte auf die Bürsten ausgeübt `,verden. Durch die beschriebene Anordnung,
bei der die Bürsten in der Ebene der Motorach.s,e gegenüber der Kollektorschleiffläche
geneigt auf dieser aufsitzen, kann ferner erreicht werden, daß die Bürstenauflagefläche
,auf dem Kollektor gegenüber dem Bürstenquerschnitt größere Abmessungen aufweist,
wodurch der Bürstenübergangs.widerstand eine Verringerung erfährt. Auch gestattet
diese Anordnung eine Berührung zwischen Bürsten und Schleiffläche bereits, in der
Nähe der Lagerung für die Motorwelle, also, nur wenig über bzw. unter dem Lager
3. Hierdurch lassen sich schädliche Einwirkungen auf die Kentaktgebung der Bürsten,
die auf Lose in den Lagern, Durchbiegung derAnkerwelle oder auf ähnliche Erscheinungen
zurückzuführen sind, auf einen geringen Wert herabsetzen. Dadurch, daß die Kollektorschleiffläche
scheibenförmig ausgebildet ist, tritt an keiner Stelle des Kollektors ein Schlag
auf, so, daß auch bei hohen Motordrehzahlen mit einem Bürstenabheben nicht gerechnet
zu werden braucht und daher auch eine entsprechende Verringerung des Bürstendruckes
ohne weiteres, zulässig ist. Das einwandfreie Aufliegen der Bürsten auf der Schleiffläche
gestattet außerdem eine geringere =Entstörung, da sich Funkenbildung auch während
eines sehr raschen Laufes, nicht ergeben.
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Das Einstellen der Federspannung der Bürstenfeder 17 erfolgt
in der Weise, daß je nach dem Abnutzungsgrad der verwendeten Kohlebürste 2z das
eine Ende 17' der Feder im Stillstand., aber auch beim Lauf der Maschine
von außen her, also ohne daß der Lagerschild 5 vom Maschinengehäuse 4 abgenomen
zu werden braucht, in die betreffende Aussparung i$ des Federträgers, 16 unmittelbar
eingesetzt wird, und zwar durch die im Lagerschild vo=rgesehene Öffnung 24 hindurch,
die außerdem zur Durchlüftung der elektrischen Maschine dient. Auf diese Weise läßt
sich also der Federdruck auf die Bürsten: entsprechend dem Abnutzungsgrad der Bürsten
und entsprechend der Leistung der Maschine stufenweise einregem. Diese Anordnung
besitzt einen beachtlichen Vorteil insofern, als hierbei immer die gleiche Feder
verwendet werden kann und ein Austausch gegen andere, etwa stärkere, Federn, zur
Erzielung des je-
weils, notwendigen Bürstendruckes nicht vorgenommen zu,
werden braucht. Die Anordnung der Öffnungen 24 im Lagerschild 5 gestattet ferner
ein müheloses Herankommen an die Bürsten und damit ein leichtes Auswechseln der
durch Verbrennen schadhaft oder auf andere Weise unbrauchbar gewordenen Bürsten
ebenfalls von außen her, also mit' aufgesetztem Lagerschild, sowohl bei Stillstand
als. auch während des Betriebes der Maschine.
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Im Rahmen der Erfindung besteht durchaus die Möglichkeit, die Halterung
1g der Bürsten sowie die Befestigung der Bürs,tenfedierträger 14 am Lagerschild
5 auch in anderer Weise als oben beschrieben auszubilden. So können z. B. die -Bürstenhalterung
r9 und ebenso auch die Federträger 14 mit Kunätharzpreßstof an -den Lagerschild
5 isoliert angegossen sein.
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Durch Schaumarken, die einerseits am Lagerschild 5 und anderseits
am Gehäuse 4 der elektrischen Maschine in geeigneter Weise angeordnet sind, läßt
sich außerdem die Stellung der Bürsten bzw. des Lagerschildes gegenüber dem Maschinengehäuse
einregeln und überprüfen. Die durch die erfindungs@ gemäße Ausbildung des Lagerschildes
erzielbare gedrängte Bauform der Maschine gestattet ferner einen gegenüber bekannten
Ausführungen verkleinerten Abstand der Ankerwellenlager. Die hierbei erforderlich
werdende verkürzte Welle besitzt im Gegensatz zu gewöhnlichen, gleich starken, aber
längeren Wellen eine- höhere kritische Drehzahl, so daß die beschriebene Anordnung
auch für Maschinen mit entsprechend hoher Umdrehungszahl ohne weiteres. Verwendung
finden kann. Es ergibt sich also einerseits eine verminderte Baulänge der Maschine
und damit anderseits eine: beachtliche Gewichtsersparnis., so daß die durch die
Erfindung vorgeschlagene Einrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Luftfahrzeuge,
gegenüber den bisherigen Bauformen beachtliche Vorteile besitzt. Einer dieser Vorteile
besteht auch darin, daß trotz der kürzeren Maschinenbaulänge mehr Platz zur Aufnahme
der Feldwicklung zur Verfügung steht, so daß sich entweder ein Wicklungsdraht mit
starkem Querschnitt verwenden läßt oder die Feldspulen. auf einfachere und leichtere
Weise als bisher eingelegt bzw.
untergebracht werden können. Schließlich
ist noch zu erwähnen, daß der tote Raum im Innern der elektrischen Maschine bei
der erfindungsgemäßen Anordnung sehr klein wird, wodurch sich die hier eingeschlossene
Luft verhältnismäßig schnell erwärmt. Dieser Temperaturanstieg kommt jedoch nicht
voll zur Geltung und zeigt auch keine ungünstige Wirkung, da die, Wärmeabgabe an
die die Maschine umgebende Außenluft sehr rasch erfolgt.