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Kommutatormotor, z. B. Bahnmotor
Die bei Kommutatormaschinen als Verbindung von Kommutator und Wicklung gebräuchlichen Fahnen unterliegen im Betrieb verschiedenen Belastungen, die sehr häufig zu Fahnenbrüchen führen. Besonders bei Bahnmotoren ist dies oft der Fall. Deshalb werden z. B. häufig die Kommutatoren so ausgeführt, dass sie bis zur Wicklung reichen. Dies ergibt aber einen geschlossenen Kommutator, so dass eine Durchlüftung der Fahnen unmöglich ist. Sowohl Kommutator als auch Wicklung werden wärmer und es ist meistens eine Vergrösserung der Maschinentyp notwendig.
Die bei den bisher üblichen Bauarten entstehenden Fahnenbrüche werden vor allem durch zwei Umstände verursacht : Die durch die Erwärmung von Wicklung und Kommutator entstehenden Wärmedehnungen, die zum Teil von den Fahnen aufgenommen werden, erzeugen in diesen hohe mechanische Spannungen und es liegen die Eigenfrequenzen der Fahnen in einem für Rüttelfrequenzen möglichen Bereich.
Die Erfindung gestattet es, diese Ursachen der Fahnenbrüche dadurch zu beseitigen, dass der Fahne in axialer Richtung ein kleineres Widerstandsmoment gegeben wird, während sie dafür in tangentialer Richtung die volle oder fast die volle Stärke einer Kommutatorlamelle erhalten kann. Die axialen Wärmedehnungen können nun leichter von der Fahne aufgenommen werden und die Eigenfrequenz wird so hoch gestimmt, dass eine Resonanzschwingung kaum in Frage kommt. Um aber auch trotz grosser Fahnenbreite eine entsprechende Lüftung der Fahnen zu ermöglichen, werden diese erfindungsgemäss abwechselnd axial versetzt, so dass die Luft durch die Zwischenräume der Fahnen blasen kann, selbst wenn diese die gleiche Breite wie die Kommutatorsegmente aufweisen. Fahne und Segment können auch aus einem Stück bestehen.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 schematisch einige Kollektorlamellen mit Fahnen üblicher QuerschnittS- form (schräg schraffiert, zwischen denen Kühlluft strömt (Pfeile).
Fig. 2 zeigt hingegen in gleicher Darstellungsweise Kollektorlamellen mitFahneneines erfindungsge- mässenKollektormotors. DieFahnensind bei diesem Ausführungsbeispiel ebenso breit b wie die durch die längsschraffiertenisolierungen voneinander getrennten Kollektorlamellen. Damit trotzdem genügend Kühlluft zwischen den Fahnen strömen kann (Pfeile), sind die Fahnen in axialer Richtung gegeneinander versetzt. Einenachteilige Verlängerung des Kollektors bzw. der ganzen Maschine in axialer Richtung tritt dadurch jedoch nicht ein, weil die Fahnen nunmehr Querschnitte geringer axialer Erstreckung h besitzen.
Die gegenseitige axiale Versetzung von Kollektorfahnen ist in anderem Zusammenhang aus der französischen Patentschrift Nr. 776 754 oder der britischen Patentschrift Nr. 107 512 bekannt.
StattstabförmigeFahnen axial zu versetzen (Fig. 2), kann man ausreichende Strömungsquerschnitte für die Kühlluftbzw. auch genügende Nachgiebigkeit der Fahnen in axialer Richtung (geringe Wärmespannungen) dadurch erzielen, dass man die aufeinanderfolgenden Fahnen abwechselnd an der Vorderseite bzw. an der Rückseite mit in der Seitenansicht einander genügend überlappenden Ausnehmungen versieht. Fig. 3 zeigt hiefür ein Ausführungsbeispiel mit kreisbogenförmigen, u. zw. etwa halbkreisförmigen, Ausnehmungen. Selbstverständlich kann man die Massnahmen nach den Fig. 2 und 3 auch kombinieren, also z. B. die Überlappung der Ausnehmungen durch Versetzen der Fahnen vergrössern.
Was die durch die Erfindung ermöglichte Herabsetzung der Biegespannung und der Eigenfrequenz der Fahnen betrifft, gilt nachstehendes : Betrachtet man die Fahne als einen durch die aufzunehmende Wärmedehnung f auf Biegung beanspruchten einseitig eingespannten Stab mit der Länge L und einem Querschnitt in Gestalt eines Rechteckes mit der Breite b und der Höhe h, so ergibt sich bei einem Elasti-
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zitätsmodul E für die höchste Biegespannung an der Einspannstelle die Formel oB = 1.5 E f h/L . Macht man also im Sinne der Erfindung die Höhe h z. B. fünfmal kleiner, so wird dadurch auch die Bie-
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verfünffacht sich damit auch die betreffende Eigenfrequenz.
Bei der Erfindung sollen die Kommutatorfahnen durchgehend (Fig. 2) oder wenigstens auf einem Teil ihrer Länge (Fig. 3) ein höchstens 2 : 1 betragendes, also z. B. bei 1 : 1 oder auch niedriger liegendes Verhältnis von Querschnittshöhe h zu Querschnittsbreite b aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kommutatormotor, z. B. Bahnmotor für Gleich- oder Wechselstrom, dadurch gekennzeich- net, dass die Kommutatorfahnen wenigstens in einem Teil ihrer Länge ein unter 2 : 1 liegendes Verhält- nis von Querschnittshöhe (h) zu Querschnittsbreite (b) aufweisen und dass zur Verbesserung des Luftzutrittes die dieses Verhältnis aufweisenden Fahnen bzw. Fahnenabschnitte in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind.