DE1060031B

DE1060031B - Stromabnahmeeinrichtung fuer elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE1060031B
Application number: DEW16753A
Authority: DE
Inventors: Lawrence E Moberly
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1954-06-30
Filing date: 1955-05-25
Publication date: 1959-06-25

Description

Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen, und zwar besonders auf die Stromabnahmemittel solcher Maschinen, die aus Schleifringen oder Kommutatoren und den mit ihnen zusammenarbeitenden Bürsten bestehen.
Die Schleifringe und Kollektorlamellen von elektrischen Maschinen sind gewöhnlich aus fast reinem Kupfer oder aus Kupferlegierungen hergestellt. Auf ihnen schleifen Kohlebürsten. Wenn solche Maschinen in großen Höhen benutzt werden, z. B. bei der Luftfahrt, hat es sich gezeigt, daß die Bürsten sich sehr schnell abnutzen und sich in kurzer Zeit in Kohlenstaub auflösen. Dieses Zerstäuben der Bürsten verringert ihre Lebensdauer so sehr, daß es unmöglich ist, gewöhnliche Kohlebürsten in Motoren und Generatoren bei der Luftfahrt zu verwenden.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit hat man die Bürsten mit einer nicht hygroskopischen Metallhalogenverbindung, wie z. B. Bariumfluorid oder Bleijodid, in einer Menge von etwa 2 bis 8% imprägniert. Solche Bürsten haben eine lange Lebensdauer in großen Höhen und sind mit Erfolg angewendet worden. Die erforderliche Bürstenbehandlung ist jedoch verhältnismäßig teuer und hat den Nachteil, daß der Kontaktwiderstand zwischen der Bürste und dem Kollektor anwächst; ebenso steigt auch die Bürstenreibung. Diese Wirkungen sind unerwünscht, weil sie die Bürstentemperatur erhöhen.
Es ist weiterhin auch an sich bekannt, daß sich durch Zusätze von Nickel innerhalb der Kontaktglieder von Stromabnehmern bzw. durch elektrolytische Plattierung der Stromwenderstege mit Nickel die Reibung und die Abnutzung der Bürsten herabsetzen läßt.
Man hat nun kürzlich festgestellt, daß diese Behandlung der Bürsten wegfallen kann und daß unbehandelte Kohlebürsten in großen Höhen verwendet werden können, wenn die Kollektoren aus einer Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt werden. Die besten Resultate werden hierbei erhalten, wenn man eine Legierung benutzt, die einen verhältnismäßig hohen Nickelgehalt hat, etwa in der Größe von 55 bis 60°/o. Wenn dabei der Nickelgehalt vermindert wird, wächst aber das Bestreben der unbehandelten Bürsten, zu zerstäuben, an. Hoher Nickelgehalt jedoch erfordert eine verhältnismäßig große Menge von Nickel, das teuer ist und nur in begrenztem Maße zur Verfügung steht. Hoher Nickelgehalt ergibt auch eine Legierung, die einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand besitzt und einen harten Werkstoff darstellt, der bedeutend schwerer zu verarbeiten ist als das Kupfer, welches bisher zu diesem Zweck verwendet wurde.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen zu schaffen, die ein Zerstäuben oder eine schnelle Abnutzung der Bürsten in großen Höhen verhindert und welche die Nachteile der bisher bekannten Lösungen vermeidet.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß man Schleifringe und Kollektorlamellen aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit niedrigerem Nickelgehalt nur dann verwenden kann, wenn man die Kohlebürsten mit einer geringen Menge eines Metallhalogens behandelt, und zwar mit einer viel geringeren Menge, als dies bisher notwendig war. Erfindungsgemäß ist die Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen so eingerichtet, daß die Schleifringe bzw. Kommutatorlamellen aus einer Legierung von 30 bis 4511/o Nickel und 70 bis 550/o Kupfer bestehen und die dazugehörigen Kohlebürsten mit 1 bis 3 Gewichtsprozent eines nicht hygroskopischen Metallhalogens, z. B. Bariumfluorid, behandelt sind. Es ist festgestellt worden, daß bei einer solchen Ausbildung der Stromabnahmeeinrichtung ein Zerstäuben der Bürsten selbst bei Höhen von etwa 20 000 m nicht eintritt und die Bürsten eine verhältnismäßig hohe Lebensdauer haben. Die Anwendung einer solchen Kupfer-Nickel-Legierung in Verbindung mit Bürsten, die nur einen kleinen Zusatz eines Metallhalogens haben, hat viele Vorteile. So gestattet sie die Anwendung von Legierungen mit verhältnismäßig niedrigem Nickelgehalt, was wegen der hohen Kosten und wegen der nur in begrenztem Maße zur Verfügung stehenden Nickelmengen wünschenswert ist, und die einen geringen Nickelanteil besitzenden Legierungen haben auch einen geringeren elektrischen Widerstand und sind leichter zu verarbeiten. Die Bürstentemperaturen sind auch niedriger, als bei Stromabnahmeeinrichtungen, in welchen in der früher bekannten Weise behandelte Bürsten zusammen mit Kupferkollektoren verwendet werden oder unbehandelte Bürsten in Verbindung mit einer hohen Nickellegierung benutzt werden.
Die Kombination von behandelten Bürsten mit einer solchen verhältnismäßig wenig Nickel besitzenden Legierung hat den weiteren wesentlichen Vorteil, daß keine oder nur eine kurze Anwendung der Kombination in Meereshöhe erforderlich ist, bevor sie in großer Höhe angewendet wird. Bei der Anwendung von in früherer Weise behandelten Bürsten bei Kupferkollektoren ist eine ausgedehnte Periode der Benutzung in Bodennähe bei voller elektrischer Last erforderlich, um den notwendigen Film auf der Oberfläche des Kollektors zu bilden, bevor die Anwendung in großer Höhe statthaft ist. Mit den neuen Kollektoren und den hierfür angegebenen Bürsten ist jedoch keine Benutzung in Bodennähe erforderlich, und es wird eine lange Lebensdauer bei ihrer Benutzung in großer Höhe erreicht. Die Lebensdauer der Bürsten ist größer, als dies bei den früheren behandelten Bürsten und Kupferkollektoren der Fall war, und sie ist größer, als dies bei unbehandelten Bürsten in Verbindung mit Kollektoren aus hochnickelhaltigen Legierungen der Fall war, und zwar sowohl bei einer großen Höhe als auch in Bodennähe oder bei einer geringen Höhe.
Die Vorteile der Erfindung sind beschrieben worden in bezug auf ihre Wirkung bei großer Höhe, aber die Erfindung, ist auch vorteilhaft für viele Anwendungen in Bodennähe und dürfte die Lebensdauer der Bürste auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen anderer Art vergrößern.

Claims

PATENTANSPRUCH: Stromabnahmeeinrichtung für elektrische Maschinen mit Schleifringen bzw. Kommutatorlamellen aus einer Kupferlegierung und Bürsten, die mit einem Metallhalogen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe bzw. Kommutatorlamellen aus einer Legierung von 30 bis 45% Nickel und 70 bis 550/o Kupfer bestehen und die dazugehörigen Kohlebürsten mit 1 bis 3 Gewichtsprozent eines nicht hygroskopischen Metallhalogens behandelt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 271220; britische Patentschrift Nr. 331396; USA.-Patentschriften Nr. 1714 564, 2 414 514; »Hütte«, Bd. I, 27. Auflage, Berlin 1949, Verlag Wilhelm Ernst u. Sohn, S. 851, Ziffer 5.