Bürsten und Bürstenhalter von elektrischen Gleichstrommaschinen: Zweck, Material, Typen und Gerät

Bei Elektromotoren und Generatoren ist es häufig erforderlich, eine elektrische Verbindung zwischen den stationären und rotierenden Teilen des Geräts herzustellen.

Im Falle einer Hauptwicklung des Stators (d. h. einer stationären) einer elektrischen Maschine ist es einfach, Abzweigungen davon anzuordnen, um ein externes stationäres elektrisches System anzuschließen, aber im Fall einer Hauptwicklung des Rotors (d. h. einer rotierenden) ist dies der Fall Es ist notwendig, einen elektrischen Schleifkontakt anzuordnen, da sonst die Rotorwicklung nicht zur Verfügung steht.

Der elektrische Schleifkontakt kann auf zwei Arten realisiert werden: entweder als Ringschleifkontakt oder als Kollektorschleifkontakt. In beiden Fällen erfordert der Betrieb einer elektrischen Maschine spezielle Geräte – Bürsten.

Bei den ersten elektrischen Maschinen waren die Bürsten ein aus Kupferplatten oder dünnen Drähten zusammengesetztes Paket, von dem sie ihren Namen erhielten.

Die Bürsten moderner Maschinen sind aus Kohle-, Graphit- oder Kupferpulver gepresste Würfel und werden daher ihrem Namen, der ihnen jedoch erhalten geblieben ist, nicht gerecht.

Kupfer-, Eisen- und Bronzebürsten, die in den ersten Gleichstrommaschinen Ende des 19. Jahrhunderts ihre Aufgabe sehr gut erfüllten, erwiesen sich hinsichtlich der Reibung als nicht sehr gute Materialien. Sie verschleißen schnell und werden bei neuen Maschinenkonstruktionen durch Kohle und Graphit ersetzt.

Momentan für Gleichstrommaschinen fast ausschließlich genutzt Kohlebürsten mit einer Beimischung von Graphit, die je nach Graphitanteil und Art der Bürstenherstellung die Bezeichnungen Kohlenstoff-Graphit, Graphit oder Elektrograph tragen. Nur bei Niederspannungsmaschinen bis 30 V werden Metallkohlebürsten verwendet, die einen geringeren Spannungsabfall in der Kontaktschicht (Übergangsschicht) bewirken auf dem Kollektor.

Kohlebürsten bestehen aus reinem Graphit, Retortenkohle und Ruß in unterschiedlichen Anteilen. Kohle ist ein selbstschmierendes Material, das die Oberfläche, auf der es reibt, nicht beschädigt und sich nicht schnell abnutzt.

Graphitbürsten bestehen aus reinem Naturgraphit. Der Graphit wird zu einem feinen Pulver zerkleinert, das dann unter sehr hohem Druck zu Stäben der gewünschten Größe gepresst wird. Kohle und Graphit sind ausgezeichnete Stromleiter.

Elektrographitbürsten Es handelt sich im Wesentlichen um Kohlebürsten, die jedoch in einem Elektroofen hohen Temperaturen ausgesetzt werden und dadurch in Graphit umgewandelt werden. Diese Bürsten haben sehr gute Schleifeigenschaften.

Kohlebürsten Hergestellt aus zu feinem Pulver zerkleinerter Kohle und Kupfer, manchmal unter Zusatz eines anderen zerkleinerten Metalls (meistens Zinn).

Die Herstellung dieser Bürsten erfolgt so, dass die Bürste in der axialen Richtung, in der der Arbeitsstrom der Maschine fließt, eine möglichst gute Leitfähigkeit und in der Querrichtung, in der der Arbeitsstrom der Maschine fließt, eine schlechte Leitfähigkeit (hoher elektrischer Widerstand) aufweist die Zusatzströme der einbezogenen Abschnitte werden während der Kommutierung geschlossen.

Elektrische Maschinenbürsten sind genormt. Sie zeichnen sich durch Härte, transienten Spannungsabfall im Kontakt und zulässige Stromdichte aus.

Diese über hundert Jahre alte Energieübertragungstechnik ist auch heute noch weit verbreitet. In vielen Elektromotoren sind noch immer Kohlebürsten zu finden. Angefangen bei Kleinmotoren in Spielzeugen, elektrischen Küchengeräten, elektrischen Fensterhebern, Rasierapparaten, Waschmaschinen, Haartrocknern, Staubsaugern oder Elektrowerkzeugen (elektrische Bohrmaschinen, Winkelschleifer, Oberfräsen, Kreissägen etc.),

Auch in großen Gleichstrommaschinen in Elektrolokomotiven, U-Booten und Kraftwerksgeneratoren sowie in Windkraftanlagen werden Bürsten eingesetzt. Dementsprechend sind die geometrischen und elektrischen Eigenschaften von Kohlebürsten unterschiedlich.

Die Anzahl der Zonen (die die zylindrische Oberfläche des Kollektors bilden) der Bürstenanordnung auf dem Kollektor entspricht normalerweise der Anzahl der Pole der Maschine. Die Anzahl der Bürsten in jeder Zone hängt vom Wert des Stroms und der Stromdichte unter der Bürste ab, die für einen bestimmten Bürstentyp zulässig ist. Weniger als zwei Bürsten pro Zone sind jedoch nur in sehr kleinen Maschinen zu finden, da mit einer Bürste pro Zone ist es schwierig, die Zuverlässigkeit des Bürstenkontakts sicherzustellen.

Bürsten, die in derselben Zone bleiben, werden als Zonenbürstensatz bezeichnet, und der Satz aller Zonensätze einer bestimmten Maschine wird als vollständiger Bürstensatz bezeichnet.

Die Endfläche der Bürsten auf der dem Kontakt mit dem Kollektor gegenüberliegenden Seite ist normalerweise verkupfert, manchmal verzinnt. Bei einem kleinen, von der Bürste aufgenommenen Strom werden durch die Kontaktfläche der Bürste mit dem Bürstenhalter und der Druckfeder ausreichend zufriedenstellende Bedingungen für die Stromableitung geschaffen.

Die großen Bürsten sind mit dicht darauf sitzenden Kappen aus Kupferblech und daran befestigten Drähten aus weichen, flexiblen Kabeln geeigneter Querschnitte ausgestattet, mit Spitzen zur Befestigung unter einer Schraube an einem Bürstenhalter oder an einem zum Entwässern vorgesehenen Teil Bürstenstrom. Die Seilbürstenkappe wird Bürstenarm genannt.

Die Bürsten werden relativ zum Kollektor in einer festen Position gehalten Bürstenhalter, dessen Design sehr vielfältig ist.

Wenn die elektrische Maschine für beide Drehrichtungen ausgelegt ist, werden Radialbürstenhalter verwendet, die die Anordnung der Bürste entlang des Radius des Kollektors gewährleisten. Bei Maschinen mit einer bestimmten Drehrichtung werden häufig Bürstenhalter mit einer gewissen Neigung der Bürste zum Radius verwendet.

Bürstenhalter für Gleichstrommaschinen mit niedriger und mittlerer Leistung

Großer Bürstenhalter für Gleichstrommaschine

Einzonen-Bürstenhalter werden an runden oder eckigen Bürstenfingern oder an befestigt Bürstenklemmen… Bürstenfinger oder Klammern aus verschiedenen Bürstenbereichen werden verstärkt Bürstenstützen oder Bürstenschwellenvon denen sie zuverlässig isoliert werden müssen.

Die ebenen Schwellen wiederum werden entweder an den Lagern oder an den Lagerschilden oder am Joch oder schließlich unabhängig voneinander an der Grundplatte der Maschine (bei langen Kollektoren) befestigt.

Wichtige Voraussetzungen, die der Bürstenträger bzw. Bürstenkopf erfüllen muss, sind die absolute Vibrationsfreiheit, die Zugänglichkeit zum Überprüfen und Einstellen der Bürsten, die einfache Entnahme der einzelnen Bürstenhalter für Reparaturen sowie die Möglichkeit, das gesamte Bürstensystem gleichzeitig zu drehen, um eine präzise Montage in der Bürste zu ermöglichen korrekte Kommutierungsposition unter Beibehaltung der vollständigen Konzentrizität von Bürstenhaltern und Kollektor.

Bürsten, Bürstenhalter, Finger (oder Klammern) und eine Traverse (oder Stütze) bilden den sogenannten Stromabnehmer einer Gleichstrommaschine. Es umfasst auch Verbindungen zwischen Zonenbürstensätzen gleicher Polarität.

Um den Strom abzuleiten, werden die Bürstenfinger und Klemmen der Zonen mit demselben Namen (d. h. mit derselben Polarität, positiv oder negativ) mit einem isolierten Draht des entsprechenden Abschnitts elektrisch miteinander verbunden.

Auf diese Weise entstehen zwei vollständige oder teilweise Sammelringe, die dann über flexible Kabel geeigneten Querschnitts mit den Außenanschlüssen der Maschine verbunden werden. Letztere werden über ein spezielles Klemmbrett entweder am Joch oder an der Hauptplatte der Maschine befestigt. Das mit einer Schutzabdeckung abgedeckte Klemmenbrett bildet einen Klemmenkasten.

Die richtige Anwendung und Auswahl der Bürsten in Kombination mit der richtigen Wartung führt zu einer höheren Maschinenleistung und geringeren Ausfallkosten.

Da die durch die Rotation des Geräts verursachte Reibung zu abrasivem Verschleiß führt, müssen die Bürsten regelmäßig ausgetauscht werden.Aus diesem Grund, bürstenlose Motoren.