DE894880C

DE894880C - Kommutator fuer elektrische Maschinen oder Apparate

Info

Publication number: DE894880C
Application number: DES12603D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schwaighofer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-01-13
Filing date: 1942-01-14
Publication date: 1953-10-29

Description

Kommutator für elektrische Maschinen oder Apparate ,Die Erfindung bezweckt, bei elektrischen Maschinen durch Ausbildung .der Lamellen des Ko,mmutators selbst eine wesentliche Verbesserung der Kommutierungsvorgänge herbeizuführen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Lamellen des Kommutators aus Schichten von Metallen verschiedener Leitfähigkeit herzustellen, derart, daß als Endschicht .an der ablaufenden Lamellenflanke eine solche aus schlechter leitendem Metall, z. B. Aluminium oder Eisen, angeordnet wird, während der übrige Teil der Lamelle beispielsweise aus gut leitendem Kupfer besteht. Dadurch, daß die ablaufende Lamellenflanke mit höherem Widerstand ausgeführt ist, wird der Strom, noch bevor die Bürste die Lamelle verläßt, entsprechend gedrosselt und dementsprechend die von der Bürste abzuschaltende Leistung um das wesentlich gleiche Maß herabgesetzt. Die Erfindung ermöglicht vor allem, diese Verhältnisse dadurch in ganz außerordentlichem Ausmaß günstiger zu gestalten, daß .die aus Schichten verschiedener Leitfähigkeit zusammengesetzten, in ihren Randzonen höheren Widerstand aufweisenden Lamellen ganz oder teilweise aus Kohle aufgebaut sind. Da innerhalb der verschiedenen Kohlensorten Widerstandswerte von etwa o,r ,Q mm2/m, sogenannter Metallgraphit, bis etwa 75 ,S2 mm2/m (Hartkohle) zur Verfügung stehen, hat man äußerst weitgehende Möglichkeiten für die Wahl der Widerstandsunterschiede zwischen den einzelnen Teilschichten .der Lamellen. Eine darüber hinausgehende Steigerung des Widerstandsverhältnisses -der einzelnen Schichten kann gegebenenfalls dadurch erreicht werden, daß man zugleich mit Kohleschichten auch unmittelbar dem Bürstenkontakt ausgesetzte Metallschichten zum Aufbau der einzelnen Lamelle verwendet. In diesem Fall ergibt sich auch zugleich eine sehr günstige Möglichkeit für die Bildung des metallischen Anschlusses der Lamelle an die Wicklung.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die einzelne Lamelle gemäß Fig. i besteht aus den Teilschichten i und 2 aus Kohle verschiedenen spezifischen Widerstands, wobei die enger schraffierte Teilschicht 2, die an der ablaufenden Lamellenkante liegt, aus Kohle wesentlich höheren Widerstands bestehen soll als die Schicht i. Durch entsprechende Wahl des Widerstandsverhältnisses der Schichten i und 2 kann eine sehr weitgehende Drosselung des Abreißstromes zwischen Lamelle und Bürste erzielt werden, die die bisher bei metallischen Lamellen erzielten Werte um vieles übertrifft. Ein Bild von den Möglichkeiten, die die Erfindung gibt, kann. man sich im wesentlichen machen, wenn man den etwa im Verhältnis i : 5 stehenden Widerstandsunterschied von Kupfer und! Eisen mit den Widerstandsverhältnissen bei den zur Verfügung stehenden Kohle;sorten vergleicht, die Werte bis zu etwa i :75o erreichen können. Auf Grund dieser Widerstandsunterschiede und der an sich günstigen schalttechnischen Eigenschaften -der Kohle kann unter Umständen eine so weitgehende Verbesserung des Kommutierungsvorganges erzielt werden, daß andere Mittel zur Kommutierungsverbesserung, wie z. B. Wendepole, sogar überhaupt entfallen können. Zur Isolierung der einzelnen Lamellen voneinander kann in üblicher Weise eine Zwischenschicht 3 aus Glimmer, Glas wsw. dienen. Zur Stromzu- bzw. -ableitung wird mit Vorteil eine metallische Anschlußschiene 4 zwischen den Teilschichtender Lamelle angeordnet, die bei günstigen Kontaktverhältnissen gleichzeitig einfachen Einbau ermöglicht. Die Schiene q. kann beiderseits an den durchaus kompakten, leicht glatt zu bearbeitenden Flanken der Lamellenschichten zu sattem Anliegen gebracht werden, so daß sie, ohne in Ausnehmungen der Lamellenteile versenkt zu werden, mit genügender Kraft gehalten wird und: zugleich vorzügliche Stromübergangsverhältnisse erzielt werden.
Die Kohleschicht i gemäß Fig. i kann auch gegebenenfalls durch eine solche aus Metall, z. B. Kupfer, ersetzt sein. In @dies-cm Fall entfällt eine besondere metallische Anschlußschiene; es kann die unmittelbar dem Bürstenkontakt ausgesetzte Metallteilschicht der Lamelle selbst zugleich in der sonst bei Metallamellen üblichen Art für den Anschluß an die Wicklung ausgebildet sein.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung für Maschinen mit Drehrichtungswechsel gezeigt. In diesem Fall sind zweckmäßig beide Endschichten 2 und 2' jeder Lamelle aus Kohle höheren Widerstands hergestellt. Als mittlere, gut leitende Schicht i ist in .diesem Fall eine Metallschicht, z. B. aus. Kupfer, vorgesehen, durch die in .an sich bekannter Weise zugleich der Anschluß an die Wicklung gebildet wird. Zur Isolierung der einzelnen Lamellen voneinander dienen die Einlagen 3 au: Glimmer ad. dgl.
Die Verwendung von Kohle mit ihren in weiter Grenzen verschiedenen Widerstandswerten bietet gegebenenfalls auch die Möglichkeit, von einer besonderen Lamellenzwischenisolation abzusehen, wenn .der Widerstand einer oder beider Endschic'fiten der Lamellen entsprechend groß gewählt wird Um in diesem Fall zu große plötzliche Stromveränderungen beim Hinweggleiten der Bürste über die Lamelle zu vermeiden, kann zweckmäßig eine stufenweise Abnahme des elektrischen Widerstands der Lamellenschichten gegen eine oder beide Flanken hinvorgesehenwerden. Eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 3 der Zeichnung. Mit 5 sind die -aus Kohle sehr hohen Widerstands bestehenden Lamellenendschichten bezeichnet, die zugleich an Stelle der Zwischenisolation der Lamellen treten. Die Schichten i und 2 der Lamellen sind aus Kohle wesentlich höherer, aber je voneinander verschiedener Leitfähigkeit hergestellt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Schicht 2 den höheren Widerstand aufweist, -der Lamellenwiderstand: also gegen die Flanken hin zunimmt. Die Verkleinerung des Stromes bis zu seiner praktischen Unterbrechung erfolgt also stufenweise beim Hinweggleiten der Bürste über die Lamelle. Als Stromanschlußstück dient in ,diesem Fall die in der gut leitenden Lamellenschicht i z. B. versenkt angeordnete Stromanschlußschiene 4. Statt die Lamelle aus verschiedenen Teilen bzw. getrennt hergestellten Schichten zusammenzusetzen, kann sie auch aus einem Stück hergestellt werden, wobei zweckmäßig der spezifische Widerstand innerhalb der Lamelle stetig seinen Wert ändert. Die Drosselung des Kurzschlußstromes. während des Hinweggleitens der Bürste über .die Lamelle ist dann ebenfalls eine stetige. Eine entsprechende Ausführungsform zeigt Fig. 4 -der Zeichnung für Maschinen mit einer gegebenen Drehrichtung. Das Ansteigen des Widerstands innerhalb der Lamellen ao ist durch zunehmende Dichte :der Schraffierung angedeutet. Hierbei ist angenommen, daß die eine Randschicht der Lamelle einen derart honen Widerstand aufweist, daß eine besondere Lamellenzwischeni.solation nicht notwendig ist. Die mit 4 bezeichnete metallische Stromanschlußschiene ist zweckentsprechend so angeordnet, daß sie mit einer Seite je mit der bestleitenden Schicht jeder Lamelle in Berührung steht.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Lamellenkörpers im Sinne der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Der Lamellenring ist hier wie die bekannten Kohleschleifringe in einem oder mehreren Stücken als Ganzes hergestellt und unterscheidet sich von einem gewöhnlichen Kohleschleifring im wesentlichen nur dadurch, daß j e Lamellenteilung Schichten oder Zonen verschiedenen elektrischen Widerstands miteinander wechseln. Mit iii ist der Ringkörper bezeichnet, mit i2 die Lamellenteilung. Die Zonen verschiedenen Widerstands sind durch verschieden dichte Schraffierung angedeutet. Der leitende Anschluß an. den Lamellenkörper kann z. B. in geeigneter Weise durch in Ausnehmungen des Lamellenkörpers eingestampfte Anschlußlitzen oder durch Einschrauben usw. von Stromanschlußstücken hergestellt werden.
Ein so wie die üblichen Schleifringe einzubauender Lamellenring kann auch dadurch erhalten werden, daß die Kohlelamellen mit Hilfe erhärtender Isoliermasse, insbesondere mittels Schmelzflusses, zu einem fest in sich geschlossenen Ring vereinigt werden, der wie, ein aus einem Stück bestehender Schleifring als Ganzes auf dür Nabe befestigt werden kann. Der die Verbindung der Lamellen besorgende Schmelzfluß kann zugleich als Zwischenisolation zwischen den Lamellen dienen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Kommutator für elektrische Maschinen oder Apparate, dadurch gekennzeichnet, d.aß die aus Schichten verschiedener Leitfähigkeit bestehenden, in den Randzonen höheren Widerstand aufweisenden Lamellen ganz oder zum Teil,aus Kohle aufgebaut sind. z. Kommutator nach Anspruch i, :dadurch gekennzeichnet, daß zum schichten-,veisen Aufbau der Lamellen Kohlesorten mit weit auscinanderliegenden Leitfähigkeitswerten, z. B. Reinkahle und Metallgraphit, verwendet sind. 3. Kommutator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus je aus Kohle und je aus Metall bestehenden, unmittelbar dem Bürstenkontakt ausgesetzten Schichten verschiedenen Widerstands aufgebaut sind, wobei vorteilhaft die aus Metall bestehenden Lamellenschichten zugleich für den Stromansehluß der Lammelle an die Wicklung ausgebildet sind. 4.. Kommutator nach einem der vorangehen: den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Endschicht an einer oder beiden Flanken der Lamellen so hoch gewählt ist, daß eine besondere Lamellenzwischenisolation entfallen kann. 5. Kommutator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Schichten der Lamellen gegen eine oder beide Flanken hin stufenweise zunimmt. 6. Kommutator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umfangsrichtung veränderlichen, spezifischen Widerstand aufweis,enide Lamelle aus einem Stück hergestellt ist, vorzugsweise mit stetig verlaufender Widerstandsänderung. 7. Kommutator nach einem der vorangehenden. Ansprüche mit metallischen Anschlußstücken für die einzelnen Lamellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stro-manschlußstücke mindestens auf einer Seite mit Kohleschichten geringen Widerstands in leitender Verbindung stehen. B. Kommutator nach Anspruch 7, dadurch g°-kennzeichnet, daß die einseitig mit einem Isolationsüberzug, vorteilhaft einem Schmelzfluß versehenen Stro manschlußstücke der Lamellen zugleich als Lamiellenzwischenisolation dienen. 9. Kommutator mit Kohlelam-ellen gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellenkörper aus einem vorzugsweise in einem Stückhergestellten geschlossenen Kohlering besteht, in dem je Lamiellenteilung Schichten verschiedenen elektrischen Widerstands miteinander wechseln. io. Kommutator mit Kohlelamellen gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen mit Hilfe erhärtender Isoliermasse, insbesondere mittels Schmelzflusses, der zweckmäßig zugleich die Lamellenzwischenisolation bildet, zu einem fest in sich geschlossenen Ring vereinigt sind, -der ähnlich wie ein aus einem Stück hergestellter Schleifring auf der Nabe befestigt ist.