-
Anordnung zur Abnahme elektrischer Ströme und Spannungen Für die Abnahme
elektrischer Ströme und Spannungen, insbesondere kleiner Meßströme und -spannungen
von bewegten Geräte- oder Maschinenteilen, sind die Abnahme über Schleifringe, die
Nullpunktmethode und die Induktionsmethode bekannt.
-
Die erste Methode, Abnahme über Schleifringe, ist sehr einfach, jedoch
nicht immer verläßlich. Ist z. B. ein Kupferschleifring vorgesehen, an dem mittels
einer Kupfer- oder Kupfergraphitbürste eine kleine Spannung abgenommen werden soll,
so ist durch die sich auf dem Schleifring bildende Oxydschicht eine Abnahme nur
bei übermäßig hohem Bürstendruck möglich. Durch den hohen Bürstendruck soll die
Oxydschicht zerstört und damit ein guter Kontakt geschaffen werden. Der hohe Bürstendruck
bedingt aber gleichzeitig starke Erwärmung und hohen Verschleiß (Fressen), so daß
der Kontakt nur kurzzeitig in Betrieb genommen werden kann. Kontinuierliche Messungen
(Dauerprüfungen) sind also mit dieser Methode nicht möglich. Bei Verkleinerung des
Bürstendruckes auf einen Wert, wie er normalerweise üblich ist, geht zwar der Verschleiß
um ein beträchtliches Maß herunter, dafür schwankt aber der Widerstand im Schleifkontakt
so sehr, daß Messungen von kleinen Strömen und Spannungen erheblich verfälscht werden.
-
Bei der Nullpunktmethode wird der Einfluß des Übergangswiderstandes
von Oxyd- wie überhaupt Fremdschichten dadurch ausgeschaltet, daß der zu messenden
Spannung eine veränderliche Spannung von bekannter Größe entgegengeschaltet wird.
In dem Zeitpunkt, wo ein in den Kontaktkreis geschaltetes, hochempfindliches Meßinstrument
(Galvanometer
) auf Null einspielt, ist die Meßspannung gleich der
entgegengeschalteten Spannung. Die Empfindlichkeit der Meßanordnung geht aber mit
dem Ansteigen des Kontaktwiderstandes zurück. Die gegenüber der einfachen Schleifmethode
zusätzlich notwendigen Meßgeräte komplizieren diese Art derSpannungsmesseng.
-
Um von den Schleifringen und deren unkontrollierbarem Übergangswiderstand
unabhängig zu werden, ist man zur Induktionsmethode übergegangen. Die kleinen zu
messenden elektrischen Ströme erzeugen magnetische Felder, welche durch die Bewegung
der stromführenden, die Magnetfelder erzeugenden Teile Spannungen in feststehenden.
Spulen erzeugen. Die dabei benutzten Magnetpole dürfen jedoch kein Eisen besitzen,
weil dieses wegen der Remanenz die Messungen verfälschen würde; also sind die vori
den Meßströmen erzeugten Felder und damit die Empfindlichkeit der Meßanordnung gering.
Außerdem ist die Meßmethode störanfällig gegenüber fremden magnetischen Feldern,
so z. B. schon gegenüber dem Erdfeld. Wollte man diese Störfelder kompensieren,
so brauchte.man dazu einen unverhältnismäßig großen Apparaturaufwand.
-
Zur Strom- bzw. Spannungsabnahme an hin und her gehenden Maschinenteilen
werden hauptsächlich zwei Methoden angewendet. Die Abnahme erfolgt im einen Fall
galvanisch durch Drähte, die mittels Hilfskonstruktionsteilen so angeordnet sind,
daß sie den Schwingungsbeanspruchungen durch den hin und her gehenden Maschinenteil
wenigstens für eine kurze Versuchszeit gewachsen sind. Im anderen Fall geschieht
die Stromabnahme nur kurzzeitig in einer Endlage des hin und her gehenden Maschinenteiles
über Hilfskontakte. Da bei dieser Meßart nur Stromstöße abgenommen werden, müssen
die Werte der zu messenden Spannungen nach der Nullpunktmethode bestimmt werden.
Sie ist also mit deren Nachteilen behaftet.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Abnahme elektrischer
Ströme und Spannungen von bewegten Geräte- oder Maschinenteilen, die nicht nur durch
große Einfachheit, sondern auch durch große Meßgenauigkeit ausgezeichnet ist. Darüber
hinaus ist sie auch über längere Betriebszeiten brauchbar. Erfindungsgemäß ist die
Anordnung derart getroffen, daß auf einer vorgegebenen Schleiffläche (Schleifring;
Schleifschiene od. dgl.) ein Stromabnehmer (Meßbürste) von vorzugsweise gleichem
oder in der Tkiermospannungsreihe zumindest benachbartem Werkstoff, wie dem der
Schleiffläche selbst, und außerdem mindestens eine Fremd- und Oxydschichten beseitigende
Hilfsbürste anderen Werkstoffes schleift. Durch die getroffene Wahl des Stromabriehmerwerkstoffes
ist das Auftreten störender Thermospannungen mit Sicherheit unterbunden.
-
Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Strom- und Spannungsabnahme geschieht hier über einen Schleifring i mittels
der Meßbürste 2. Ring i und Bürste 2 sollen dabei aus gleichen bzw. aus solchen
Metallen hergestellt sein, daß keine zusätzlichen Thermospannungen entstehen. Neben
der Bürste 2, die man als Gewebebürste ausbildet, ist zweckmäßig noch eine Hilfsbürste
3 (aus Elektrographit, Naturgraphit oder Elektrodenkohle) auf die Schleifringbahn
gesetzt. bedeutet eine Verbindungsleitung.
-
Die Anordnung einer Hilfsbürste ist, vom rein konstruktiven Gesichtspunkt
betrachtet; bekannt. So werden Hilfsbürsten als zusätzliches Schaltelement zwecks
Verbesserung der Kommutierungsverhältnisse auf Stromwendermaschinen verwendet. Die
Hilfsbürste ist dann an der Führung des Hauptbürstenstromes beteiligt und muß, um
ihren Zweck erfüllen zu können, einen möglichst hohen Übergangswiderstand gewährleisten.
-
Demgegenüber besteht das Neuartige der Erfindung darin, daß die Hilfsbürste
vollkommen stromlos ist und durch ihr Zusammenwirken mit der Hauptbürste 2 ein bei
beiden Bürsten vorhandener niedriger Übergangswiderstand zustande kommt: Durch die
Verwendung der Hilfsbürste ist es möglich, den Druck und Verschleiß der den Meßstrom
führenden Bürste 2 auf das normale, bei elektrischen Maschinen übliche Maß herabzusetzen.
Hierdurch geht die Betriebsdauer der Meßanordnung entsprechend hinauf (einige =o
Stunden), ohne daß der Übergangswiderstand die sonst bei hohen Bürstendrucken und
hohem Verschleiß sich ergebenden niedrigen Werte überschreitet. Die Wirkung der
Hilfsbürste (Kohlebürste) wird dadurch erreicht, daß sie ihrerseits durch ihre harten
Bestandteile und durch die Graphitschuppen verhindert, daß sich auf dem Schleifring
bei kleinen Drücken störende dicke Oxydschichten ausbilden können. Sie hat also
hierbei eine stark putzende Wirkung. Andererseits üben einige auf der Schleifringfiäche
sich festsetzende Graphitschuppen eine Schmierwirkung aus und verhindern so einen
übermäßig großen Verschleiß.
-
Der Übergangswiderstand eines solchen Schleifkontaktes liegt bei Strömen
von i mA bis =o mA unter r mP. Auch Ölfilme, die sich während des Betriebes auf
dem Schleifring absetzen können, beeinträchtigen diesen Übergangswiderstand nicht.
Er liegt damit in derselben Größenordnung wie der Übergangswiderstand von festen
unbeweglichen Kontakten. Die Messung über derartige Schleifkontakte erreicht damit
denselben Genauigkeitsgrad wie über Steckkontakte.
-
Bei der Messung z. B. von Thermospannungen zwecks Feststellung der
Temperaturen von bewegten Maschinenteilen über derartige Schleifringe liegt der
durch die Schleifringe hinzukommende Meßfehler weit unterhalb der Fehlergrenze des
Anzeigegerätes. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Abnahme elektrischer Ströme und
Spannungen läßt sich mit Vorteil auch bei Unipolarmaschinen verwenden. Hier führt
die Herabsetzung des Übergangswiderstandes zu einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrades.
-
Auch zum Abgreifen von elektrischen Meßgrößen an hin und her gehenden
Teilen läßt sich das beschriebene Meßverfahren verwenden. Abb. 2 zeigt ein entsprechendes
Ausführungsbeispiel. q. ist hierin eine mit dem Maschinenteil, an dem die Messung
vorzunehmen ist, beispielsweise mit einem auf Thermospannung zu messenden hin und
her gehenden Kolben, fest verbundene Schiene z. B. aus Kupfer. 2 ist die Meß- oder
Hauptbürste, wie sie auch in Abb. i vorhanden
ist. Um die gesamte
Laufbahn der Schiene, auf der sich die Bürste 2 hin und her bewegt, wie oben geschildert,
zu behandeln, sind hier zwei Hilfsbürsten 3 vorgesehen. Die Hilfsbürsten 3 müssen
hierbei so dicht an der Bürste :z auf der Schiene 4 überstreichen, d. h. der gegenseitige
Abstand der Hilfsbürsten 3 muß kleiner sein als der Hub der Schiene 4. Statt der
Schiene 4 kann selbstverständlich auch die Bürstenanordnung mit den hin und her
gehenden Teilen starr verbunden sein, sich mit diesen bewegen und auf einer von
den hin und her gehenden Teilen getrennten, feststehenden Schiene schleifen.