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Abwälzkontakt Bei elektrischen Maschinen wurde das Problem des Stromüberganges
von dem rotierenden Teil zum festen Anschluß oder zu den festen Klemmen im allgemeinen
so gelöst, daß auf der Rotorachse je nach der Art der Maschine entweder Schleifringe
oder ein Kollektor aufgebracht waren, die bzw. dessen Lamellen in Verbindung mit
den entsprechenden Spulen standen. Die sich drehenden Teile rotierten zwischen mehreren
feststehenden Bürsten, die, durch Federkraft gegen Schleifring und Kollektor gedrückt,
einen leitenden Übergang zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Teil bildeten.
Diese Art und Weise der Bewerkstelligung des Stromüberganges weist viele Nachteile
auf, die für die Entwicklung auf den Gebieten des Elektromaschinenbaus in großem
Maße hemmend wirkten. Ganz. abgesehen von dem typischen Flächenkontakt und den .damit
verbundenen Schwierigkeiten bei Kommutatoren, wird die Qualität des Überganges von
sich entgegenwirkenden Faktoren beeinflußt. Will man z. B. den Bürstenübergangswiderstand
verringern durch ein stärkeres Aufpressen der Kohlen, so ist der Kohleverschleiß
ein ungeheurer. Verringert man die Federspannung zur Schonung der Kohlen, so wird
der Übergangswiderstand sehr groß usw. Dazu kommt, d,aß die Stromdichte höchstens
So A/cm2 sein kann, durch welche Begrenzung dem Maschinenhau hemmende Schranken
gesetzt sind.
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Ähnlich sind die Verhältnisse bei Widerständen. Die bis heute zur
Anwendung gelangten Schleifkontakte sind stets von einem beträchtlichen Übergangswiderstand
begleitet,
und infolge der gering möglichen Stromdichte und den schlechten Kühlverhältnissen
ist auch auf diesem Gebiet die Entwicklung zum Stillstand gekommen: Diese Nachteile
werden durch den erfindungsgemäßen Abwälzkontakt behoben und damit dem Elektromaschinen-
und Apparatebau ungeahnte Perspektiven eröffnet. Er ist gekennzeichnet durch eine
Teile eines Taümelkörpers bildende Kegelsturnpfmantelfiäche, deren Mantellinien
nacheinander mit den Radien eines feststehenden Kontakt-' ringes zusammenfallen.
Dabei kann der Kontaktkegelstumpf oder Kontaktring lamelliert oder beide Teile können
ohne Lamellen aus einem Stück sein, je nach der Anwendungsart des Abwälzkontaktes.
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Die Berührung des Kontaktkegelstumpfes und des Kontaktringes ist beim
erfindungsgemäßen Kontakt derart, d.aß ein Gleiten praktisch unmöglich ist. Der
Kontaktdruck kann ein beliebig großer sein, ohne daß dadurch der Verschleiß größer
wäre. Die Abkühlungsflächen der beiden Kontaktteile sind sehr groß und der Außenluft
frei zugänglich. Dies alles bewirkt, daß die Belastung pro Quadratzentimeter unvergleichbar
größer sein kann, als däß dies bei den bisherigen Bauarten der Fall gewesen ist.
Des weiteren fällt der relativ hohe Bürstenübergängswiderstand weg, da die beiden
Kontaktteile sich metallisch berühren.
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Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
dar. Fig. r zeigt das Prinzipschema der Anwendung bei einem Drehstromgenerator Fig.2
ist ein Schnitt durch das gleiche Anwendungsbeispiel; Fig. 3 veranschaulicht die
Anwendung bei einer Gleichstrommaschine, Fig. q. die Anwendung bei einem Einankerumformer.
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In Fig. i dreht sich der mit Gleichstrom gespeiste Rotor i innerhalb
der Statorwicklung, deren Potentialkreis mit 2 und deren Wicklung mit R; S und T
bezeichnet ist. Jede Ecke des Potentialpoligons ist nun mit einer Lamelle 3 eines
Kontaktringes 4. verbunden, welche Lamellen ähnlich denen. eines Kollektors entsprechend
den auftretenden Differenzspannungen durch aus der Oberflache des Kontaktringes
heraustretende Isolierstege 5 voneinander getrennt sind. Auf der in 6 und 7 doppelgekröpften
Motorwelle 8 sind die Kontaktkegelstümpfe 12 und 13 derart frei aufgebracht, daß
sie, eine Drehung der Motorwelle vorausgesetzt, eine Taumelbewegung ausführen und
ihre Mantellinien nacheinander mit den Radien des Kontaktringes zusammenfallen.
Die beiden Abkröpfungen sind um i8o° versetzt, so daß die beiden Kegelstümpfe immer
'mit einander gegenüberliegenden Radien des Kontaktringes in Berührung stehen. Mit
je einer federnden beweglichen Verbindung g sind die Kontaktkegelstümpfe mit der
positiven, io, bzw. negativen Klemme ii verbunden.
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Die Wirkungsweise ergibt sich von selbst. An der mit dem Kegelstumpfkontakt
12 in Berührung liegenden Lamelle liegt stets .das maximal positive und an der mit
dem Kegelstumpfkontakt 13 in Berührung liegenden stets das maximal negative Potential.
Daraus folgt, daß zwischen den beiden Kegelstumpfkontakten und damit auch zwischen
den beiden Klemmen stets die größtmögliche Spannungsdifferenz liegt. Dank des erfindungsgemäßen
Abwälzkontaktes ist es also in diesemAnwendungsbeispiel gelungen; einen Doppelstromgenerator
zu schaffen, der auf der einen Seite direkt den gewünschten Gleichstrom liefert
und gleichzeitig für den eventuellen Eigenbedarf des Werkes an Drehstrom aufkommt.
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Fig.2 zeigt eine etwas weniger schematisch gehaltene Ausführungsmöglichkeit
dieses Anwendungsbeispieles. In diesem Beispiel bezeichnet 31 das Gehäuse eines
Drehstromgenerators, an welchem die Blechpakete 32 des Stators und die Wicklung
33 befestigt sind. Das Polrad 34 mit der ',Wicklung 35 sitzt auf der Welle 36, die
die Welle 37 des Kontaktes antreibt. Die zwei Taumelkörper 38
sind auf dieser
Welle frei geführt. Auf einer die Lagerung dieser Taumelkörper überdeckenden Hülse
39 ist eine Feder 4.o eingeführt; sie sorgt für einen starken Kontaktdruck
der Taumelkörper auf die,Segmente .a.1, «-elche durch Isolierstege .I3 voneinander
getrennt sind. Die Fahnen der Segmente 41 sind durch Verbindungsschienen 44 mit
den Fahnen :I2 der Statorwicklung verbunden. Das äußere Lager der gekröpften Welle
ist mit 4.6 bezeichnet. Bewegliche Leiter .i7, 4.8 aus federnden Metallbändern (Beryllium-Kupfer)
verbinden die Taumelkörper mit den Gleichstromklemmen.
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Fig.3 stellt die schematische Anwendung des erfindungsgemäßen Kontaktes
bei einer Gleichstrommaaschine dar. Mit 15 ist die Außenpolwicklung bezeichnet.
Je eine lamellierte Kontaktscheibe ist beidseitig des Rotors 5o aufgestellt. Die
Rotorwelle ist hier wiederum zweimal, aber beiderseits der Maschine gekröpft; jede
Kröpfung ist mit einem Kegelstumpfkontakt 52 und 53 versehen, wobei sich nun aber
die beiden Kegelstumpfkontakte. nicht auf einem, sondern auf zwei voneinander getrennten
lamellierten Kontaktscheiben 57,:58 abwälzen. Die Enden der Spulen sind polrichtig
auf die Lamellen dieser Scheiben so verteilt, daß die Punkte der beiden höchsten,
einander entgegengesetzten Potentiale mit den beiden auf diese Scheiben drückenden
Taumelkörpern 52, 53 in Berührung kommen. An diese vollen Taumelkörper sind federnde
bewegliche Verbindungen 5.4, 55 angeschlossen und zu den Klemmen der Maschine geführt.
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Fig.4 veranschaulicht die Grundsätze der :1,riwendung des Abwälzkontaktes
im Einankerumformer: Die Gleichstromseite bedarf keiner weiteren Worte, sie stellt
die analoge Schaltung zur Fig. 3 dar. Was die Wechselstromseite anbelangt, so werden
hier die drei Schleifringe der üblichen Anordnungen durch drei erfindungsgemäße
Abwälzkontakte mit unlamellierten Kegelstumpfkontakten ig, 2o, 21 und Kontaktringen
22, 23, 24 ersetzt: Die mechanische Ausbildung dieser Ausführungsform
stimmt
mit den schon beschriebenen überein, die drei Kegelstumpfkontakbe sind mit drei
beweglichen und federnden Verbindungen 25, 26, 27 mit den entsprechenden
Phasenwicklungen verbunden, währemd sich die drei Wechselstromklemmen 2$, 29, 30
an den drei Kontaktringen befinden.
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Diese Ausführungsbeispiele zeigen, daß sich sowohl Schleifringe als
auch Kollektoren durch den erfindungsgemäßen Kontakt ersetzen lassen und so die
eingangs erwähnten Vorteile auf alle Arten von Elektromaschinen ausgedehnt werden
können.
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Grundsätzlich kann der beschriebene Abwälzkontakt überall dort Anwendung
finden, wo es darauf ankommt, möglichst große Stromstärken auf einem möglichst kleinen
Raum von einem rotativ bewegten Leiter auf einen stillstehenden zu übertragen. Ein
solcher Abw älzkontakt findet also Anwendung auf Maschinen für hohe Ströme: Lokomotivmotoren,
Dynamomaschinen für metallurgische Anlagen, Walzwerksmotoren, Anlaßmotoren für Verbrennungsmaschinen,
Anschluß an Drehfeldtransformatoren, Wicklungen mit Evolventenverbindungen.
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Es ist klar, daß die bei allen elektrischen Maschinen, die hohe Stromstärke
führen, übliche Kühlung der Anoden durch an den Klemmen angebrachte Kühlrippen oder
durch Kühlmittel durchflossene Gefäße im Bedarfsfall auch bei dem erfindungsgemäß
gebauten Abwälzkontakt angewendet werden können. In den besonderen Fällen, wo eine
größere überlappungszeit der im Kontakt angewandten Lamellen wünschbar ist; können
letztere statt radial nach einer Sehne des Taumelkörpers und des feststellenden
Teiles angeordnet werden.