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Kommutator für elektrische Maschinen oder Apparate, insbesondere Kohlekommutator
Die Erfindung bezieht sich auf Kommutatoren der sogenannten Ge«'ölbebauart, bei
denen bekanntlich der Lamellenkörper an seinen Enden oder gegebenenfalls auch noch
an weiteren Stellen, z. B. in der Mitte, durch außen aufgesetzte Schrumpf-, Preß-,
Druckringe oder gleichwertig wirkendeTeile zusammengepreßt wird, die mittels im
wesentlichen radial und konzentrisch gerichteter Druckkräfte die Lamellen in ihrer
Lage hälten. Die dadurch an den Lamellen entstehenden Gegenkräfte werden als Gewölbedruck
bezeichnet und sind für diese Kommutatorbauart kennzeichnend. Die Erfindung bezrAeckt,
die Bäegungsbeanspruchungen der Lambllen, die bei solchen Kommutatoren durch das
Zusammenpressen der Lamellen entstehen, weitgehend auszuschalten. Dies ist insbesondere
bei Kohlekommutatoren von wesentlicher Bedeutung, weil Kohle gegen Biegungsbeanspruchungen
besonders empfindlich ist, jedoch auch bei Kommutatoren mit Metallamellen von grundsätzlichem
Vorteil, da hier die verringerte mechanische Beanspruchung vor allem eine schwächere
Ausbildung der Lamellen und damit eine Metallersparnis erzielen läßt.
Nach
der !Erfindung wird der vorgenannte Zweck dadurch erreicht, daß die Lamellen des
Kommutators vorzugsweise nur im Bereich der den Lamellenkörper zusammenhaltenden
Preßteile dem Gewölbedruck ausgesetzt sind, im dazwisehenliegenden Bereich, mindestens
aber in einem Teil dieses Bereiches, hiervon entlastet sind.
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In der Zeichnung ist in Fig.i eine beispielsweise Kommutatorausfwhrung
gemiäß Erfindung im Längsschnitt gezeigt, Fig.2 zeigt die zugehörige Draufsicht
auf den Kömmutator. In den Figuren 3 und 4 sind weitere Ausführungsmöglichkeiten
der Erfindung in: Draufsicht wiedergegeben.
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Mit i sind die Lamellen des Kommutators bezeichnet; für die in diesem
Fall Kohle als Baustoff vorausgesetzt ist. 2 sind Schrumpfringe, die in an sich
bekannter Weise unter Zwischenschaltung der Isolationsschichten 3 den Lamellenkörper
an seinen Eikien konzentrisch zusammenpressen. q: ist die Kommutatornabe mit einem
ringförmigen konisch ausgebildeten Zentrierfortsatz 5, 6 ist ein weiterer ebenfalls
konisch ausgebildeter, auf der Nabe beweglicher Zentrierring. Zur Einstellung der
Zentrierflächen der Teile 5 und 6 dienen die Schraubenbolzen 7. Zur Isolierung dies
Lamellenkörpers von der Nabe bzw. vom Zentrierring sind Isolierzwischenlagen ä vorgesehen.
Die Entlastung der Lamellen vom Gewölbedruck außerhalb des Bereiches der Schrumpfringe
wii d, wie besonders Fig. 2 erkennen läßt,' dadurch herbeigeführt, daß die Lamellen
im genannten Bereich mit verschmälerter Stegbreite ausgeführt sind und ihre volle
Breite nur im Bereich der Schrumpfringe besitzen. Nur in diesem Bereich stehen also
die Lamellen unter Druck; auf der übrigen Länge der Lamellen ist dagegen jede Preßwirkung
der Lamellen aufeinander infolge der Aussparungen ausgeschaltet. 9 ist die Lamellenzwischenisolation,
io sind die metallischen Anschlüßschienen zur gut leitenden Stromverbindung zwischen
Kohlelamellen und Wicklung.
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Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die durch den Gewölbedruck
bedingte Druckbeanspru- -chung der Lamellen nur auf eine verhältnism@äßig kurze
Strecke der Lamellen konzentriert ist, ist sie zwar in diesem Bereich wesentlich
vergrößert, doch entstehen hieraus keinerlei Schwierigkeiten:, da die Druckbeanspruchungsmöglichkeit
auch bei Kohle eine entsprechend hohe ist. Dagegen fällt jede Biegungsbeanspruchung
der Lamellen infolge des Gewölbedruckes praktisch weg, nachdem dieser nur im Bereich
der Schrumpfringe vorhanden ist, wo er unmittelbar von diesem selbst aufgenommen
wird. Der an den Preßstellen konzentrierte höhere Druck im Lamellenkörper trägt
zugleich auch dazu bei, daß zwischen Kohlelamelle und metallischem Anschlußstück
sich besonders gute Kontaktverhältnisse ergeben.
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Die Entlastung der Lamellen von Biegungsbeanspruchungen im Bereich
außerhalb der Preßstell:en,des Lamellenkörpers kann in gleicher Weise auch dadurch
erreicht werden, daß statt der Lamellen: die Lamellenzwischenisolation oder die
metallischen Anschlußstücke in dem außerhalb der Preßstellen gelegenen Bereich mit
verschmälerter Breite ausgeführt sind oder auch dadurch, daß die Lamellenisolation
in diesem Bereich unter Belässung eines entsprechenden freibleibenden Raumes zwischen
denLamellen weggelassen ist bzw. kürzere Stromanschlußstücke nur an einer oder beiden
Preßstellen des Lanzellenkörpers vorgesehen sind, durch die die Lamellen im übrigen
Bereich in einem entsprechend freien Abstand voneinander gehalten werden.
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Die Erfindung ermöglicht in ganz besonders vorteilhafter Weise zugleich
eine sehr wirksame Küh,-lung, des Kommutators, wenn die zur Entlastung der Lamellen
notwendigenZwischenräume zwischen diesen, die für den genannten Zweck selbst nur
ganz geringe Größe haben brauchen, also z. B. ganz schmale Ausnehmungen sein können,
mit derartigen Abmessungen ausgeführt werden, daß eine Luftströmung durch die Lamellenzwischenräume
zur unmittelbaren Kühlung des Lamellenkörpers möglich ist. Fig. 2 der Zeichnung
gibt eine derartige Anordnung wieder. Dadurch, daß dort die Kohlelamellen selbst
im Bereich zwischen den Preßringen 2 in ihrer Breite entsprechend stark abgesetzt
sind und ferner die Lamellenisolätion in diesem Bereich weggelassen ist, können
verhältnismäßig große Luftspalte i i zwischen den Lamellen gewonnen werden, die
den Durchtritt ausreichender Kühlluftmengen in radialer Richtung durch den Lamellenkörper
selbst ermöglichen. Die gesamte Anordnung der Kühlluftführung kann wie in Fig. i
durch Pfeile angedeutet, eine derartige sein, daß ein in bekannter Weise seitlich
in den Kommutatorkörper eintretender Kühlluftstrom 12 innerhalb des Kommutators
sich für zwei Teilluftströme gabelt, von denen der eine, 13, den Kommutator in axialer
Richtung durchströmt, der andere; 14, durch die Luftzwischenräume i i in wesentlich
radialer Richtung durch den Lamellenkörper geblasen wird. Außer einer vorzüglichen
unmittelbaren K Üblung der Lamellen bei größter Flächenberührung mit der Kühlluft
werden durch den letztgenannten Luftstrom zugleich äußerst günstige Verhältnisse
hinsichtlich Funkenlöschung und Kohlenstaubentfernung am Kommutatorumfang erhalten.
Hierdurch sind aber gleichzeitig alle Vorbedingungen für eine wesentliche Steigerung
der Lamellenspannung gegeben: Wird die Lamellenisolation im Sinn der Erfindung,
wie in Fig. 2 gezeigt ist, auf den, von den Kommutatorbürsten nicht bestrichenen
Raum unter den Schrumpfringen beschränkt, so entfällt dadurch auch die Forderung
nach. Verwendung eines besonderen, gegen Funkeneinwirkung hoch widerstandsfähigen
Isoliermaterials fÜr die Lamellenisolation.
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Es können in diesem Fall z. B. ohne weiteres Hartpapier, Glas, keramische
oder Preßmassen oder ähnliche Isolierstoffe als Lamellenisolation verwendet werden,
die vor allem nur die entsprechende Druckfestigkeit aufweisen müssen.
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Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile hinsichtlich der Kühlung
des Lamellenkörpers sind
nicht nur an den Kohlekommutator gebunden,
sondern wirken sich auch beim Kommutator mit Metallamellen in gleich günstiger Weise
aus.
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Der Luftdurchtrittsquerschnittdurch den Lamellenkörper kann dadurch
weiter vergrößert werden, daß man nur die verschmälerte Kohlelamelle durchgehend
ausführt und die Lamellenisolation sowie bei Kohlekommutatoren auch die metallischen
Stromanschlußstücke im mittleren Teil des Lamellenkörpers wegläßt. Eine derartigeAusführungsform
zeigt Fig. 3. Das Stromanschlußstück io erstreckt sich hier nur über den Bereich
des einen Schrumpfringes, ebenso ist die Lamellenisolation 15
nur in diesem
Bereich vorhanden. Die Isolation 16 am anderen Ende der Lamellen muß in diesem Fall
so stark sein wie die Teile io und 15 zusammen.
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Es ist auch möglich, die Kohlelamellen mit durchgehend gleicher Stegbreite
auszuführen und die Entlastung der Lamellen im mittleren Teil nur durch Weglassung
der Isolation oder gegebenenfalls auch des Stromanschlusses in diesem Bereich herbeizuführen.
Fig. .4 zeigt eine Ausführungsform der (Erfindung, die insbesondere für Kommutatoren
mit schmalen Lamellen geeignet erscheint. Hier haben die Kohlelamellen i gleichbleibende
Stärke und gleichbleibendes Profil über ihre ganze Länge, ebenso laufen die Stromanschlußschienen
io in unveränderter Stärke durch. Die zur Entlastung der Lamellen und zur Luftdurchleitung
dienenden Spalte i i im Lamellenkörper kommen hier lediglich dadurch zustande, daß
die Isolation 9 zwischen den Preßstellen des Lamellenkörpers ausgespart ist. Zur
Vergrößerung der Breite der Spalte i i können gegebenenfalls auch die Stromanschlußschienen
io im Bereich außerhalb der Schrumpfringe verschwä;lert oder ganz unterbrochen sein.
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Besonders geräumige Kühlluftwege und daher eine sehr gute Kühlung
des Kommutators können insbesondere dadurch erzielt werden, daß als Träger für den
erfindungsgemäß mit radialem Kühlluftdurchtritt ausgebildeten Kommutator eine Welle
verwendet wird, die in an sich bekannter Weise axial verlaufende, insbesondere aufgeschweißte
Stege besitzt oder ganz aus solchen Stegen aufgebaut ist. Eine derartige Ausführung
zeigen. die Fig. 5 und 6. Die Lamellen i werden. in diesem Fall z. B. durch drei
Schrumpfringe 2 zusammengepreßt, zwei an. den beiden Enden und einem in der Mitte
des Lamellenkörpers. Zwischen zwei 'Schrumpfringen sind die Lamellen dadurch vom
Gewölbedruck entlastet, daß sie in diesem Bereich verschmälert ausgeführt sind und
daß ferner zwecks weiterer Vergrößerung des Durchtrittsquerschnittes für die Kühlluft
auch die Isolation g in den betreffenden Lamellenbereichen weggelassen ist. Auf
der Welle 17 sind Stege i8 aufgeschweißt, auf denen die Kommutatornabenhülse 4.
sitzt. Das Zen, trieren des Lamellenkörpers auf der Nabe erfolgt durch die Konusflächen
der Teile 5 und 6 mittels der Ringmutter i9. In diesem Fall steht dem axial in das
Kommutatorinnere eintretenden Kühlluftstrom 12 ein: besonders großer Querschnitt
zwischen den verhältnismäßig schmalen Stegen der Welle unmittelbar zur Verfügung.
Die Kühlung kann also mit ziemlich großen Luftmengen, die kleine Strömungswiderstätnde
finden, durchgeführt werden. Um den Übertritt der radial strömenden Kühlluft in
den Lamellenkörper zu ermöglichen, ist die an den Wellenstegen abgestützte Nabenhülse
q. mit Durchbrechungen 2o versehen.