DE816716C - Kollektor fuer Gleichstrom- oder Wechselstrommaschinen - Google Patents

Kollektor fuer Gleichstrom- oder Wechselstrommaschinen

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DE816716C
DE816716C DEP19038A DEP0019038A DE816716C DE 816716 C DE816716 C DE 816716C DE P19038 A DEP19038 A DE P19038A DE P0019038 A DEP0019038 A DE P0019038A DE 816716 C DE816716 C DE 816716C
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DE
Germany
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collector
coal
copper
carbon
wear
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Expired
Application number
DEP19038A
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English (en)
Inventor
Franklin Dr-Ing E H Punga
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Individual
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04Commutators
    • H01R39/045Commutators the commutators being made of carbon

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

  • Kollektor für Gleichstrom- oder Wechselstrommaschinen Beim Bau von Kohlekollektoren treten folgende Nachteile auf: i. Die Steifigkeit des Kollektors ist mangelhaft; 2. die Übergänge von den Kollektorlamellen zum Ankerkupfer sind schwierig herzustellen. Beide Nachteile werden in der folgenden Konstruktion vermieden.
  • Zu diesem Zwecke wird der Kollektor erfindungsgemäß so gebaut, daß die Kohle zu der Steifigkeit des Kollektors nicht herangezogen wird. Es wird also nur der für die Abnutzung vorgesehene Teil des Kollektors aus Kohle hergestellt, der eigentliche Teil aber in bisheriger Weise aus Kupfer, gegebenenfalls aus Bronze oder galvanisiertem unmagnetischem Eisen, wenn hierdurch eine Preisreduktion ohne Verminderung der Steifigkeit möglich ist. Der der Abnutzung zur Verfügung gestellte Teil der Lamellen wird nun mit dem Kupferteil mechanisch verbunden und verlötet. r11s Beispiel ist in Abb. i eine Befestigung durch kleine Schwalbenschwanznuten gezeigt; doch lassen sich auch rechteckige Nuten mit kleinen durch das Lot auszufüllenden Löchern benutzen, wie in Abb. 2 angedeutet. In der Längsrichtung wird der Kohleteil erfindungsgemäß unterteilt, um erstens schädliche Einflüsse der verschiedenen Ausdehnung von Kohle und Kupfer zu vermeiden, und um auch bei der Herstellung des Kollektors in der Mitte desselben einen sehr starken Schrumpfdruck auszuüben, ohne die Struktur der Kohleteile zu gefährden. Durch eine entsprechende Dimensionierung wird dafür Sorge getragen, daß der durch Schrumpfen auf den Kohleteil ausgeübte Druck innerhalb zulässiger Grenzen bleibt. Der zu einer jeden Kupferlamelle gehörende Kohleteil ist in peripherer Richtung unterteilt, aber durch isolierend wirkende Klebstoffe wieder untereinander verbunden. Jede Kohleteillamelle wird auf diese Weise sehr dünn, etwa i bis 2 mm dick. Dies ermöglicht eine Verringerung der Bürstenbreite gegenüber den normalen Lamellen von 4 bis 5 mm Breite, und da die an den Enden der Bürste auftretende Spannung nicht von der Transformatorspannung einer einzigen Lamelle, sondern aller Lamellen, die von einer Bürste kurzgeschlossen werden, abhängt, so ist eine beträchtliche Verbesserung zu erzielen, die sich in einer Erhöhung der zulässigen Transformatorspannung pro Lamelle auswirkt.
  • Für das Zusammenpressen des Kupferteils während der Fabrikation werden an den Aussparstellen zunächst Segmente eingelegt, die den Durchmesser über den Kohleteilen erhöhen, und dann Schrumpfringe darübergezogen, die vorher auf eine hohe Temperatur gebracht worden sind. Beim Erkalten erhält man den gewünschten Druck auf den Kupferteil. Um die Schrumpfringe bequem entfernen zu können, sind sie vorteilhafterweise elektrisch durch eingebaute Widerstände beheizbar gemacht. Man kann auch den Kupferteil an den Aussparstellen mit vergrößertem Durchmesser anfertigen und diese Stellen mit Schrumpfringen versehen, die im Betriebe an Ort und Stelle verbleiben. In Abb. i ist dies durch punktierte Linien angedeutet. 3 soll ein Teil der Kupferlamelle, 4 eine aus Asbest oder Glimmer bestehende Isolation und 5 ein Schrumpfring sein.
  • Der geschichtete Kohlekollektor gestattet auch, die mittlere Segmentspannung bei Gleichstrommaschinen höher zu wählen, wodurch die Grenzen der Gleichstrommaschinen erweitert wenden sowohl in Richtung einer vergrößerten Spannung als auch in Richtung einer vergrößerten Länge bei gegebenem Durchmesser, was besonders bei Motoren, die ein kleines GDE besitzen sollen (Reversiermotoren), von großer Bedeutung ist.
  • Da die Abnutzung, also die Lebensdauer eines geschichteten Kohlekollektors, einen ausschlaggebenden Einfluß auf die Anwendung desselben ausüben wird, mögen noch einige Überlegungen angestellt werden, in welcher Weise bei der Konstruktion einer Maschine, im besonderen eines 50-Hz-Einphasenkollektormotors eine Rücksichtnahme auf diesen wichtigen Faktor ausgeübt .werden kann.
  • Wenn die Höhe der zulässigen Abnutzung h mm, die Abnutzung einer auf einem Kupferkollektor schleifenden Kohlebürste a mm pro iooo Lokomotivkilometer und das Verhältnis der Kollektoroberfläche zur Bürstenoberfläche b beträgt, so wird die Lebensdauer des Kohlekollektors in Lokomotivkilometer: Lokomotivkilometer sein. Der Faktor b erklärt sich ohne weiteres durch den Umstand, daß in jedem Augenblick nur der Teil der Kollektorfläche der Abnutzung unterworfen ist. h wird zwischen 15 und 2o mm gewählt werden können, d kann gewissermaßen in zwei Komponenten zerlegt werden, wovon die eine das reine mechanische Abscheuern darstellt und bei gut ausgewuchteten zentrisch laufenden Kollektoren kleiner als etwa o, i mm ist, während die andere Komponente ein von der Belastung abhängiges Abbrennen darstellt und im allgemeinen zwischen o, i und 0,3 mm liegt, aber bei Strecken mit starker Beanspruchung bis zu o,5 mm und noch höher ansteigt. Dieses Abbrennen erklärt sich daraus, daß die Temperatur an der Auflagefläche der Bürste wesentlich größer sein muß als die des Kollektors, weil ja die erzeugte Wärme von da aus nach den Stellen fließen muß, wo sie an die umgebende Luft abgegeben wird, das ist aber die Kollektorfläche, und hierzu ist offenbar ein Temperatursprung notwendig. Wenn also der Motor eine nach den VDE-Vorschriften zulässige Kollektortemperatur hat, so wird die Auflagefläche der Bürste eine wesentlich größere Temperatur haben, die sich nun in den Steigungen usw. noch stark erhöhen kann und damit den Abbrand begünstigt. Ganz anders liegen die Verhältnisse beim Kohlekollektor. Hier tritt bei einer starken Beanspruchung der Bürsten keine lokale Vergrößerung der Temperatur in irgendeiner gerade unter den Bürsten liegenden Kohlelamelle ein, weil sie sich ja nur einen Bruchteil einer Millisekunde darunter befindet und in dieser kurzen Zeit keine meßbar größere Temperatur als die anderen Lamellen annehmen kann. Wenn nun der 5o-Hz-Einphasenkollektor von vornherein für niedrige Temperaturerhöhung entworfen wird, so kann eine Abnutzung durch Abbrand überhaupt nicht eintreten. Der Wert a dürfte also zu o,i mm oder noch niedriger geschätzt werden können, wobei natürlich Ausnahmefälle auftreten können, verursacht durch Unrundlaufen des Kollektors, schlechtes Auswuch-' ten, Verschieben einer Lamelle relativ zu den benachbarten usw. Um einen großen Wert b zu erhalten, wird man schon beim Entwurf des Motors darauf zu achten haben, daß die Kollektoroberfläche reichlich, der Bürstenquerschnitt dagegen klein gewertet wird. Das erstere ist bei Einphasenmotoren für 5o Hz möglich, weil ja immer zwei Motoren pro. Achse gewählt werden können und weil die Ankerlänge schon mit Rücksicht auf die zulässige Transformatorspannung klein gewählt werden muß. Der Bürstenquerschnitt kann aber durch Benutzung von Bürsten von großer Leitfähigkeit, die eine große Stromdichte zulassen, heruntergesetzt werden. b läßt sich auf diese Weise oberhalb 25 bringen, wodurch die wahrscheinliche Lebensdauer des Kohlekollektors zu = 3,7 # ioB Lokomotivkilometer geschätzt werden könnte.
  • Die obigen Überlegungen gelten für die laufende Lokomotive. Wenn die Lokomotive von dem Ruhestand anläuft, werden die Lamellen vorher einige Sekunden unter den Bürsten liegen und sich dann wesentlich stärker erwärmen als die anderen Lamellen, so daß sich bei ungünstiger Belastung ein Abbrand ergeben kann. Bei der Bürstenabnutzung in Verbindung mit Kupferkollektor ist diese Erscheinung sehr gut bekannt und gefürchtet. Man muß deshalb bei der Anfahrt von Zügen auf Steigungen sehr vorsichtig sein. Ein Abbrennen der Bürste in mehr oder wenig starkem Maße tritt dann immer auf, besonders dann, wenn der Kollektor von der vorhergehenden Fahrt noch seine hohe Temperatur nahezu beibehalten hat. Beim Kohlekollektor ist es insofern günstiger, als der Kollektor eine mit der Zugkraft wachsende elastische Verdrehung ausführt und sich mithin die Erwärmung auf mehrere Lamellen verteilt. Auch hier wirkt es sich günstig aus, wenn die Temperaturerhöhung des Kollektors schon beim Entwurf niedrig gehalten wird, und wenn beim Anlaufen der Kraftlinienfluß künstlich verkleinert wird.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kollektor für Gleichstrom- oder Wechselstrommaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Abnutzung bestimmte Teil des Kollektors aus Kohle besteht, die auf den aus Kupfer oder Eisen bestehenden Lamellen aufgelötet ist.
  2. 2. Kollektor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohleteil so dimensioniert wird, daß bei dem während der Herstellung erforderlichen Schrumpfen des Kollektors nur ein stark verminderter oder gar kein Druck auf den Kohleteil übertragen wird.
  3. 3. Kollektor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohleteil an einer oder mehreren Stellen derart unterteilt ist, daß das Schrumpfen in dem von Kohle freien Teil der Kollektorlänge vorgenommen werden kann.
  4. 4. Kollektor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Kupfer- bzw. Eisenlamelle mehrere voneinander isolierte Kohleschichten gehören.
DEP19038A 1948-10-21 1948-10-21 Kollektor fuer Gleichstrom- oder Wechselstrommaschinen Expired DE816716C (de)

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DE (1) DE816716C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1035501B (de) * 1953-10-16 1958-07-31 Botho Von Grumbkow Kraftangetriebenes Zweirad
EP1298775A1 (de) * 2001-10-01 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Kommutator einer elektrischen Maschine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1035501B (de) * 1953-10-16 1958-07-31 Botho Von Grumbkow Kraftangetriebenes Zweirad
EP1298775A1 (de) * 2001-10-01 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Kommutator einer elektrischen Maschine

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