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Kohlebürste für Kommutatormaschinen Die Kohlebürste von Kommutatormaschinen
muß im wesentlichen zwei Forderungen erfüllen: r. müssen durch sie die Kurzschlußströme,
die in den kurzgeschlossenen Spulen durch die vom Hauptfeld induzierten Spannungen
hervorgerufen werden, auf bestimmte Werte begrenzt werden, 2. muß sie den Strömen
gewachsen sein, .die infolge nicht beseitigter Selbstinduktionsspannung (Stromwendespannung)
auftreten, welche eine Verzögerung der Stromwendung und damit ein Zusammendrängen
des Stromes an der Ablaufkante der Bürste bewirkt.
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Beiden Forderungen wird bekanntlich durch Verwendung von Schichten-
oder Stufenbürsten entsprochen, .durch die die Bürste quer durchsetzende Kurzschlußströme
herabgesetzt werden bzw. bei denen ;gleichzeitig durch Anordnung von Zonen erhöhten
elektrischen Widerstands an den Bürstenkanten eine entsprechende Drosselung des
die Bürstenkanten belastenden Stromes erzielt wird. Derartige Bürsten haben sich
in allen Fällen bewährt, in denen es nicht möglich ist, die Stromwendespannurig
auf andere Weise, z. B. durch Hilfsfelder in der Maschine, in entsprechendem Maß
unschädlich zu machen. Hierher gehören z. B. alle Wechselstromkommutatormaschinen,
die mit Bürstenverschiebung arbeiten.
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Bei Maschinen dagegen, bei denen die Stromwendespannung durch Wendefelder
ganz oder zu einem wesentlichen Teil aufgehoben werden kann, hat sich nun ;gezeigt,
daß entgegen der bisherigen Anschauung eine wesentlich bessere Stromwendung
gewonnen
werden kann, wenn dem Strom bis izu seiner endgültigen Unterbrechung wenn möglich
kein Hindernis in den Weg gelegt wird, sondern ein möglichst gleichbleibender und
möglichst geringer Bürstenwiderstand gegenübersteht. Die Erklärung hierfür dürfte
darin zu suchen sein, daß das überschalten von einer Windung oder Spule der.Ankerwicklung
auf die nächste gleichmäßiger vor sich geht, wenn der spez. Bürstenwiderstand und
die Stromdichte bis zum letzten Augenblick annähernd dieselben bleiben. Außerdem
ergibt sich eine bessere elektrische Ausnutzung der Bürstenlauffläche.
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Nach der Erfindung wird diesen Verhältnissen dadurch entsprochen,
:daß eine in .der Kommutatorumfangsrichtung in ihrem elektrischen Widerstand gestufte
Bürste verwendet wird, die zum Unterschied von den bisherigen Ausführungen von Stufenbürsten
im mittleren Teil mit erhöhtem Widerstand ausgeführt ist, während ihre beiden äußeren
Teile vorzugsweise aus Kohle mit hoher elektrischer Belastungsfähigkeit bestehen,.
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In Fig. i ist eine beispielsweiseAusführung. einer solchen Bürste
gezeigt. Die beiden äußeren Zonen. i und 2 der Bürste- bestehen aus Kohle, die bei,
entsprechender elektrischer Belastbarkeit .die für die Arbeitsstromentnahme nötige
gute Leitfähigkeit besitzen; die Zone 3 in der Mitte der Bürste hat dagegen erhöhten
elektrischen Widerstand. Während die Kurzschlußströme; wie durch die gestrichelt
eingezeichnete Linie q. angedeutet ist, durch die mittlere Bürstenzone besonders
günstig erfaßt und gedrosselt-werden, wird zugleich jede Beeinträchtigung der Stromwendung
im Bereich der ablaufenden Bürstenkante insofern vermieden, als die höchstzulässige
Stromdichte bis zur endgültigen Abschaltung des Stromes unverändert- aufrechterhalten
bleibt.
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Gegenüber den sogenannten Schichtenbürsten, die durch Aneinanderkleben
einzelner Kohleschichten mit Hilfe von Isolierzwischenlagen, vorzugsweise aus Kunstharz,
hergestellt werden, zeichnet sieh ,die Bürste gemäß der Erfindung dadurch vorteilhaft
aus, daß sie einheitlich und durchgehend .aus gleichem Grundwerkstoff, nämlich Kohle,
aufgebaut ist, und @daß die ziemlich großen Schwierigkeiten, die sich bei Schichtenbürsten
bei der mechanischen Verbindung der einzelnen Schichten untereinander und beim elektrischen
Anschluß an die gemeinsame Stromableitung ergeben, vollständig wegfallen, Die Bürste
nach der Erfindung läßt sich, wie an sich bei Stufenbürsten schon vorgeschlagen
worden ist, in einem Stück, beispielsweise - aus bakelitgebundenem Naturgraphit
unter Beimischung entsprechender Zusätze zur Gewinnung der verschiedenen Widerstandszonen,
pressen. Bekanntlich können gepreßte Bürsten so hergestellt werden, daß ihr elektrischer
Widerstand in der Bürstenquerrichtung wesentlich größer ist als in der Bürstenlängsrichtung.
Auch hiervon kann bei der Erfindung mit Erfolg Gebrauch gemacht werden. Um die Bürste
gegen höhere Stromdichten und Überlastungen an .der An- und Ablaufkante unempfindlich
zu machen.; kann mit besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Bürste Natur-
und Elektrographit kombiniert verwendet werden, wobei zweckentsprechend die äußeren
Teile der Bürste mindestens im Bereich der An- und Ablaufkante aus Elektrographit
bestehen. Elektrographit hat den Vorteil, @daß er hinsichtlich Bewältigung der Stromwendung
sehr leistungsfähig und gegenüberlastungen unempfindlich ist. Wegen der hohen Graphitierungstemperatur
ändert sich auch beim Aufglühen an der Lauffläche und bei Bürstenfeuer das Gefüge
von Elektrographit nicht nennenswert. Die Verwendung von Natur- und Elektrographit
läßt auch eine besonders günstige Herstellung für eine den Forderungen,der Erfindung
entsprechende Bürste zu.
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In Fig. 2 ist eine beispielsweise Ausführung einer aus Natur- und
Elektrographit aufgebauten Bürste gemäß der Erfindung wiedergegeben. Die Teile i
und 2 bestehen aus Elektrographit. Die Mittelschicht 3 besteht aus Naturgraphit,
der durch passende Zusammensetzung einen höheren elektrischen Widerstand hat als
die Teile i und 2. Die Herstellung einer solchen Bürste erfolgt zweckmäßig ,so,
däß fertige Stücke aus Elektrographit entsprechender Form und Abmessungen mit einer
Mischung aus Naturgraphit und Bindemittel und widerstandsbeeinflussenden Zusätzen
zusammengepreßt und gemeinsam gebacken werden, wodurch ein fest zusammenhängender
einheitlich aus Kohle bestehender Bürstenkörper entsteht. Zur Stromabnahme können
die Elektrographitteile bis an das obere Ende der Bürste reichen und dort je mit
einer Stromanschlußlitze versehen sein.
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Eine andere vorteilhaftere Ausführungsmöglichkeit, die zugleich besondere
Widerstände außerhalb der Bürste entbehrlich macht; kann wie gezeichnet dadurch
erhalten werden, daß der Stromanschluß für die Bürste in ,deren gegen den; Bürstenkopf
zu erweiterten. Mittelzone höheren Widerstands angebracht ist. Dadurch, .daß die
Stromanschlußlitze 5 in der Mitte der verbreiterten Zone 3 angeordnet i-st,,wird,
gleichzeitig erreicht, .daß für-beide Teile i und 2 symmetrische Stromabnahmeverhältnisse
erzielt werden, und daß die nötigen Widerstandsstrecken zwischen den gut leitenden
Bürstenteilen und der gemeinsamen. Stromanschlußstelle vorhanden sind, und zwar
innerhalb der Bürste -selbst.