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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.
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Commutator motor, e.g. B. Railway engine
The flags used in commutator machines as a connection between commutator and winding are subject to various loads during operation, which very often lead to flag breaks. This is often the case with rail engines in particular. Therefore z. B. often the commutators are designed so that they extend to the winding. However, this results in a closed commutator, so that ventilation of the lugs is impossible. Both the commutator and the winding become warmer and it is usually necessary to enlarge the machine type.
The flag breaks that have occurred with the previously common designs are primarily caused by two circumstances: The thermal expansions caused by the heating of the winding and commutator, some of which are absorbed by the flags, generate high mechanical stresses in them and the natural frequencies of the flags are in a possible range for vibration frequencies.
The invention makes it possible to eliminate these causes of flag breaks in that the flag is given a smaller moment of resistance in the axial direction, while it can receive the full or almost the full thickness of a commutator bar in the tangential direction. The axial thermal expansion can now be absorbed more easily by the flag and the natural frequency is tuned so high that a resonance oscillation is hardly an option. In order to enable appropriate ventilation of the lugs despite the large lug width, according to the invention they are alternately axially offset so that the air can blow through the spaces between the lugs, even if they have the same width as the commutator segments. Flag and segment can also consist of one piece.
The drawing shows in Fig. 1 schematically some collector lamellae with flags of the usual cross-sectional S-shape (diagonally hatched, between which cooling air flows (arrows).
In contrast, FIG. 2 shows in the same way of representation collector lamellae with flags of a collector motor according to the invention. In this exemplary embodiment, the lugs are just as wide b as the collector lamellae separated from one another by the longitudinal hatched insulation. So that enough cooling air can still flow between the flags (arrows), the flags are offset from one another in the axial direction. However, this does not result in a disadvantageous extension of the collector or the entire machine in the axial direction because the lugs now have cross-sections of smaller axial extension h.
The mutual axial displacement of collector lugs is known in another context from French patent specification no. 776 754 or British patent specification no. 107 512.
Instead of axially displacing rod-shaped flags (Fig. 2), sufficient flow cross-sections for the cooling air or also achieve sufficient flexibility of the flags in the axial direction (low thermal stresses) by providing the successive flags alternately on the front and on the back with sufficiently overlapping recesses in the side view. Fig. 3 shows an embodiment with a circular arc, u. between approximately semicircular, recesses. Of course, the measures according to FIGS. 2 and 3 can also be combined, so z. B. enlarge the overlap of the recesses by moving the flags.
With regard to the reduction of the bending stress and the natural frequency of the flags made possible by the invention, the following applies: If the flag is viewed as a rod with the length L and a cross-section in the shape of a rectangle with the width, stressed in bending by the thermal expansion f to be absorbed, on one side b and the height h, then with an elastic
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modulus of elasticity E for the highest bending stress at the clamping point the formula oB = 1.5 E f h / L. So if you make the height h z. B. five times smaller, so the bending
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This also increases the natural frequency in question fivefold.
In the invention, the commutator lugs should consistently (FIG. 2) or at least over part of their length (FIG. 3) have a maximum 2: 1, ie B. at 1: 1 or a lower ratio of cross-sectional height h to cross-sectional width b.
PATENT CLAIMS:
1. Commutator motor, e.g. B. railway motor for direct or alternating current, characterized in that the commutator lugs have a ratio of cross-section height (h) to cross-section width (b) that is less than 2: 1 over at least part of their length This ratio having flags or flag sections are offset from one another in the axial direction.