DE973236C

DE973236C - Schleifringanordnung fuer elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE973236C
Application number: DEP3950D
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1940-11-23
Filing date: 1940-11-23
Publication date: 1959-12-31

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 31. DEZEMBER 1959

P3950 VIIIb/2idi

ist als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7.1951)

Man hat festgestellt, daß Schleif bürsten bei sehr hohen Geschwindigkeiten an seitlichen Planflächen ruhiger als an Zylinderflächen laufen, da Wellenschwingungen sich offenbar axial weit weniger auswirken.

Die Erfindung betrifft eine Schleifringanordnung mit Planschleifkontakten für große Strombelastung und eignet sich besonders für Unipolarmaschinen, die bekanntlich mit großen Strömen und niedrigen Spannungen arbeiten. Die hohe Strombelastbarkeit und der geringe Spannungsabfall zwischen Schleifring und Schleifbürste (Kontaktkörper) werden nach der Erfindung dadurch erreicht, daß ein mit einer seiner stirnseitigesn Planflächen auf dem Kohlekontaktkörper gleitender Kohleschleifring von einer an der nicht kontaktgebenden Stirnseite und an der Mantelfläche des Schleifringes anliegenden ringförmigen Metall scheibe eingefaßt ist, wobei der Kontaktkörper und der Schleifring selbst aus Kohle oder Graphit bestehen. Durch die Verwendung eines Kontaktes Kohle auf Kohle wird der Übergangswiderstand in der Kontaktfläche gegenüber den bisher üblichen Kontakten Metall auf Kohle trotz der schlechteren Leitfähigkeit der Kohle gegenüber Metall verringert, da die im Betrieh sich auf dem Metall bildende Oxydschicht bei einem Kontakt Kohle auf Kohle fortfällt. Durch die Ausbildung der Schleifbürste als Ring wird die Kontaktfläche auf das größtmögliche Maß gebracht, so daß die Strombelastung erheblich gesteigert

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werden kann. Um im Bedarfsfall den Übergangswiderstand des Kontaktes noch weiter herabzusetzen, können in dem Schleifring und in dem Kontaktring mit Quecksilber oder einem anderen geeigneten Metall ausgefüllte Vertiefungen vorgesehen werden.

Ergänzend wird noch vorgeschlagen, die die Abnutzung hemmende Wasserhaut, weiche bekanntlich aus der Luftfeuchtigkeit gebildet wird, dadurch zu ίο sichern, daß man die porösen Kohlenmassen mit hygroskopischen Stoffen, z. B. Glyzerin oder anderen organischen oder anorganischen, Wasser anziehenden Stoffen, tränkt. Eine solche feuchtigkeitseinziehende Tränkung ist allgemein für beliebige Schleifkontaktanordnungen aus Kohle zur Erhaltung der Wasserhautschmierung brauchbar.

Die Zeichnung zeigt Teilschnitte mehrerer Ausführungen des Gegenstandes der Erfindung.

Abb. ι zeigt einen Schnitt durch die Schleifringanordnung an einer Ankerseite einer Unipolarmaschine. Mit ι ist der umlaufende Kohleschleifring bezeichnet, der in einem Metallring 2 eingesetzt ist.

Dieser Ring paßt in einen Zentrieransatz 3 des umlaufenden Ankers, der an der Seitenfläche 4 mit einem Kontaktmetallüberzug, etwa einer Versilberung, versehen ist. Die gegenüberliegende Kohlenschleifringseite 4' ist zweckmäßig ebenfalls mit einem solchen Überzug versehen. Ein Stift S sichert im Bedarfsfall den Kohleschleifring gegen unerwünschtes Wandern an der Kontaktmetallfiäche 4, damit das Gleiten nur in der Lauffläche 6 stattfindet. Dort liegt ein gleichartiger Kohleschleifring (Kohlekontaktring) 7 an, der gegebenenfalls nur aus Ringstücken zu bestehen braucht. Er wird zweckmäßig von einer kurzen Schulter 8 und gegebenenfalls auch von Stiften 9, die in den Zuleitungsring 10 eingreifen, gehalten. . Der gleichmäßige Anpreßdruck von Ring 7 zu Ring ι erfolgt zweckmäßig durch eine zum Ring 7 gleichachsige Wellrohrfeder ii, welche auch die Stromzuführung übernehmen kann, andernfalls sind an dem Zuleitungsring 10 auch leicht bewegliche Kabel 12 anbringbar.

Nach Abb. 2 besitzen die aufeinander gleitenden Ringe 1 und 7 ringförmige Nuten 13, welche mit Quecksilber gefüllt sind und gegebenenfalls Metalleinlagen aufweisen, um bei geringem Spannungsabfall die Belastbarkeit zu erhöhen. Die Kohlelauffläche kann sich nicht mit Quecksilber benetzen. Außerdem dringt das Quecksilber auch nicht in die Kohleflächen ein, so daß der Quecksilberkontakt gegen die ifain einschließenden Wände nicht durch sich ausbreitende isolierende Schmierstoffilme gestört werden kann. Die Nuten 13 werden mit Quecksilber nach dem Einlaufen bei völlig dichter Anlage der Ringe 1 und 7 gefüllt. Die Ringe müssen eine ununterbrochene Oberfläche aufweisen. An dem stillstehenden Kontaktring 7 befindet sich eine Einfüllöffnung 14, welche zweckmäßig durch ein Ausgleichgefäß 15 abgeschlossen wird. Die Stromübertragung erfolgt hier im Verhältnis der Widerstände sowohl durch die dicht aufeinander gleitenden Ringflächen 6 als auch durch das Quecksilber, dessen Menge zur Einsparung und Verkleinerung des Widerstandes durch geeignete Metalleinlagen verringert werden kann. Der Kontakt des Quecksilbers gegen die es einhüllenden Flächen ist infolge der Abwesenheit Von Schmieröl immer gleich gut und wird somit nicht durch isolierende Ölfilme unterbrochen.

In Abb. 3 ist zwischen die Kohleringe 1 und 7 nach Abb. 1 ein weiterer Kohlering 16 gelegt, so daß zwei Laufflächen hintereinander angeordnet sind, was für sehr hohe Geschwindigkeiten in Betracht kommt, um die Geschwindigkeitsunterschiede und die Reibungswärme auf mehrere Gleitflächen aufzuteilen. Der Ringkontaktkörper 16 wird lediglich durch den Zentrieransatz 3 am umlaufenden Anker und durch die Schulter 8 des Zuleitungsringes 10 gehalten und kann zwischen den Ringen 1 und 7 nach der einen oder anderen Richtung mitgenommen werden.

Abb. 4 zeigt eine vereinfachte Ausführung hierzu, bei der zwei Graphitbelegungen 17 ■— eine Art Spiegel wie auf einer völlig verschmierten Feile — auf den rauhgemachten Metallflächen der Stromzuführungsteile durch Verreiben des dazwischenliegenden Kohleringes 16 gebildet sind. Der Ring 16 entspricht der üblicherweise der Abnutzung go unterliegenden Bürste, während die rauhen seitlichen Metallflächen mit dem darin festgehaltenen Graphitspiegel 17 als Schleifringe und Stromzuführungen zu betrachten sind. Die Rauhigkeiten, z. B. Rillen, entstehen etwa durch einen Feilenhieb, Beim Verreiben bilden sich über den Erhöhungen glatte Laufflächen, da sich die Graphitschuppen zwischen die Erhöhungen einordnen, so daß sich die Metallflächen wie Graphitkontakte mit entsprechend geringem Spannungsabfall verhalten. ioo Voraussetzung ist dabei, daß der abgeriebene Graphitstaub nicht herausfällt, was durch glatte Zonen der rauhen Metallflächen am inneren und äußeren Randbereich und durch sattes Aufliegen auf der Lauffläche des Kohleringes 16 erreicht wird. Die Ringbürste (der Kohlekontaktring) hat eine lange Lebensdauer, weil ein Luftzutritt in die abgeschlossene Lauffläche und ein Staubabgang weitgehend verhindert ist. Die Wasserhaut, welche aus Luftfeuchte gebildet wird und bekanntlich das Gleiten begünstigt, kommt durch Diffusion auf die Lauffläche, insbesondere bei Tränkung der Kohle mit feuchtigkeitsanziehenden Stoffen, die vom Stromdurchgang nicht betroffen oder nicht zersetzt werden, weil sie kaum leiten, wie z. B. Glyzerin oder Magnesiumchlorid, deren Zersetzungsspannungen bei dem auftretenden Spannungsabfall nicht erreicht werden.

Man kann jedoch auch Unterbrechungslücken in den Schleifflächen anbringen, um Luftzutritt und iao eine unmittelbare Bildung der Wasserhaut zu ermöglichen.

In Abb. 5 sind die Kohleschleifringe 1 mit Seitenmetallflächen 4 und damit vereinigten Reifen 2 zwischen Isolierringen 19 und Stromzuführungsteilen 20 auf dem Schleifringtragkörper 21 ein-

gespannt, so daß die Anordnung als Doppelschleifring für höchste Drehzahlen, z. B. zur Magnetspeisung eines Turbo-Generators, dienen kann. Der von den einzelnen seitlichen Bürsten 22 ausgeübte Bürstendruck wird von den Graphitringen 1 auf die Seitenflächen 4 übertragen.

Der Kohleschleifring 1 nach Abb. 6 besteht aus Segmenten, die in den Metallteilen 2 und 4 eingelötet sind. Hierdurch ist eine genaue Bearbeitung der Lauf- und Kontaktflächen möglich. Derart ausgebildete Ringe können zur Erleichterung des Einsetzens in die Maschine in zwei oder drei Stücke geteilt werden, wenn eine Zerlegung der Maschine zum Einbau oder Auswechseln ganzer Ringe nicht in Frage kommt.

Die beschriebenen Schleifringanordnungen kufen besonders bei als Ringe ausgebildeten Schleifbürsten wegen der stetigen Reibung von Kohle auf Kohle sehr geräuscharm. Bei dauernd von der Ringbürste bedeckten Schleifringflächen wird ferner auch die keilfilmartig wie bei einer Molekül ar luftpumpe mitgenommene Luftschicht vermieden. Der Abbrand und Staubverlust sind denkbar gering. Die die Reibung mindernde Wasserhaut wird aus der wasserdampfhaltigen Luft durch Diffusion mittels einer Feuchtigkeit anziehenden Tränkung der Bürsten oder Ringe sichergestellt. Die Kontaktspannungen sind infolge des praktisch vollen Kontaktes ohne Fremdschichten gering und können durch eine Quecksilberfüllung in einem Nutenraum zwischen den abdichtenden Schleifflächen für sehr hohe Stromdichten noch vermindert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Schleifringanordnung für elektrische Maschinen, bei der der Kontaktkörper und der Schleifring aus Kohle oder Graphit bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer seiner stirnseitigen Planflächen auf dem Kohlekontaktkörper (7, 16, 22) gleitender Kohleschleifring (1) von einer an der nicht kontaktgebenden Stirnseite und an der Mantelfläche des Schleifrings anliegenden ringförmigen Metallscheibe (2) eingefaßt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper ein Ringkörper ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Schleifring (1) als auch der Ringkontaktkörper (7) in je einer ringförmigen Metallscheibe sitzen (Abb. 2).
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schleifring (1) und Ringkontaktkörper (7) ein Quecksilberkontakt vorhanden ist, dessen Quecksilber in Ringnuten (13) der ersteren untergebracht ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring (1) aus Segmenten besteht (Abb. 6).
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines Ringkontaktkörpers zwei Ringkontaktkörper (7, 16) vorhanden sind, die nebeneinander liegen (Abb. 3).
7. Anordnung nach Anspruch 1 mit zwei auf je einer Planfläche des Schleifringes gleitenden Kontaktkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkörper statt aus Kohle bzw. Graphit aus Metall bestehen, ringförmig ausgebildet sind und daß ihre Schleifflächen teilweise aufgerauht sind und im aufgerauhten Teil einen Graphitspiegel (17) tragen (Abb. 4).
8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente des Kohlebzw. Graphitschleifringes in einer ringförmigen Metallscheibe (2, 4) eingelötet sind (Abb. 6).
9. Anordnung nach Anspruch 2 bis 4 und 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Ringkontaktkörper durch Wellrohrfedern (11) an den Schleifring gepreßt sind.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohrfedern auch der Stromübertragung dienen.
11. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Quecksilber des Quecksilberkontaktes Metalleinlagen befinden.
12. Anordnung nach Anspruch 2 für Unipolarmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der von einer ringförmigen Metallscheibe (2) gehaltene Schleifring (1) in einem Zentrieransatz (3) des Ankers der Unipolarmaschine sitzt (Abb. 1).
13. Schleifkontakt, insbesondere Schleifringanordnung für elektrische Maschinen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle- bzw. Graphitkörper mit hygroskopischen Stoffen, z. B. mit Glyzerin, zur Sicherung der reibungsmindernden Wasserhaut getränkt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 210 014.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©£09 737/128 12.56 (909 681/7 12.59)