Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

 
Zephyrus
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Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 23.06.2022 - 17:52 Uhr  ·  #1
Hallo,

ich bin gerade dabei meine Drehkopf-Konstruktion zu überarbeiten
(siehe https://www.wind-werkstatt.de/technik/drehkopf/)

und nun stellt sich mir die Frage ob es besser ist Kohlebürsten zu verwenden, oder (was einfacher wäre) Federbleche aus Edelstahl, die an den Kupferringen schleifen (womit ich kurzfristzig wenig Probleme hatte). Den Nachteil der Kohlebürsten sehe ich in weiteren Stromverlusten aufgrund deren Widerstand die man bei Blechen nicht hat. Nachteil der Bleche könnten evtl. Kontaktprobleme durch Korrosion des Kupfers sein. Die hätte man allerdings auch bei den Kohlen? Wie sind da eure Erfahrungen auf lange Sicht?

Gruß Z.
Erdorf
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 23.06.2022 - 19:13 Uhr  ·  #2
Hallo,

sieht schon toll aus, was du da gemacht hast.

Bei Kohlebüsten verschleißt halt die Kohle und muss irgendwann ersetzt werden.
Beim Federstahl werden die Kupferringe verschleißen.

Bezüglich Korrosion, sollten beide Lösungen den Kupfer immer schön polieren, also keine Korrosion auftreten.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kohleb%C3%BCrste
Zitat
Beim Einsatz spielt nicht nur der Verschleiß der Kohlebürste eine Rolle. Kohlebürsten müssen das Gegenlaufmaterial von Kommutator oder Schleifring schonen, da deren Austausch deutlich kostspieliger ist als der Austausch des Verschleißteils Kohlebürste


Bei der Anwendung hier dreht sich das Windrad ja nicht permanent um die eigene Achse.
Deswegen ist der Verschleiß sicherlich um 10er Potenzen geringer als in sich permanent drehenden Anwendungen.
Insofern muss das Verschleiß Argument relativiert werden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kohleb%C3%BCrste
Zitat
Alternativen: In kleinen Gleichstrommotoren werden teilweise Bürsten aus Edelmetallen eingesetzt, etwa in Form eines dünnen Federblechs,
das mit einer gepressten Kuppe oder einem massiveren Metallkontakt am Kommutator anliegt. Ausführungen von zumindest zweiarmigen Federn kommen vor.


Es gibt also andere Anwendungen die auch Federblechs verwenden.

Vielleicht noch anstelle von Kupferringen, Messing Ringe verwenden?
Ich denke Messing ist mechanisch besser belastbar und immerhin noch gut genug zum leiten.

Mir gefällt das Thema

Grüße
XXLRay
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 23.06.2022 - 22:23 Uhr  ·  #3
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 23.06.2022 - 22:29 Uhr  ·  #4
Das ist doch das Azimuth-lager, richtig?
Wenn Kohlebürsten bei Drehzahlen von, sagen wir mal, 3000 u/min ca. 4000h halten,
wieviel Abrieb wird es also bei einer Klein-WEA bei Nachführung zum Wind in 10 Jahren geben?
Fast nichts vermutlich.

Wieso denn Federbleche aus Federstahl?
Als ob es nicht auch Federbronze geben würde.

Der Vorteil bei Kohlebürsten, welche hier aus einem Material bestehen müssen, welches neben etwas Kohle hauptsächlich Kupfer oder Bronzepulver enthält ist,
dass die Übertragungsfläche größer ist, wenn man sie einschleift.
Das muss geschehen!
Extra mit Schleifpapier auf den Schleifringen oder schon zuvor spanend.

Die Strom-Belastung von Kohlen lässt sich berechnen.
Mal im folgenden Link runter scrollen bis "Metallkohlen"!
https://www.elosal.de/ratgeber…/index.php

Kurzzeitbelastung bei "Reinschmeißen" von Dumpload (im Sinne eines Softkurzschlusses) oder hartem Kurzschluss zum Strömungsabriss (in wnigen Sekunden), ist aber nicht zu verwechseln mit Dauerbelastung!

Möglich, dass bei Deinen kleinen Anlagen auch Federbleche aus Bronze gehen.
Konnen ja auch 6 sein, paarweise beidseitig zu den Schleifringen.

Das hat der Reprap mit Kohlebürsten (für Akkuschrauber) wohl auch gemacht.

Die ersten Lösungen in der Geschichte waren übrigens Pinsel-oder Bürstenartige Gebilde aus federnden Drähten.
Daher ja auch der Name - Bürsten.

Messing ist in Gegenwart von Salznebel für Schleifringe weniger geignet, da schnell oxidierend.
Dann auch Phosphorbronze wohl am besten, oder eben Kupfer. Nicht zu viel Gewese machen!
Zephyrus
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 24.06.2022 - 17:52 Uhr  ·  #5
Danke für euere Einschätzungen! Ich denke dann bleibe ich bei den Federblechen - wg. mir auch aus Bronze. Aber was ist da der Vorteil?
Hauptnachteil der Kohlen sind die Stromverluste und dass man genau die passenden Kohlen bezüglich Material, Größe und Ausführung finden muss. die meinem Konzept nach Einfachheit und Reparaturfreundlichkeit widerspricht.

Die Frage ist nur, ob es bei einseitiger Ausführung der Bleche (also nur 3 Stück) nicht zu kleinen Mikro-Aussetzern im Stromfluss kommt und somit auch zu Verlusten (auch reglerseitig) führt. Doppelte Kontakte wären natürlich besser, sind aber aufwändiger und machen den Drehkopf schwergängiger, was schlecht für den Schwachwind-Anlauf ist.
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 24.06.2022 - 22:21 Uhr  ·  #6
Dass Deine Windfahne aus meiner Sicht zu wenig Moment liefert, hatte ich Dir ja geschrieben.
Ist das behoben, dürfte das bischen Reibung an den Schleifringen auch nicht inns Gewicht fallen.

Schau mal, wie das bei der Air Breeze gelöst ist!
Und der Spalt in der Fläche ist mehr als nur Design. Steigert sogar den Auftrieb geringfügig.
Ist aber nicht zwingend, dass Du das auch machst. Längeren Fahnenarm aber wohl.
Und nicht so dick wie bei einem Fettschwanzschaf! https://www.wind-werkstatt.de/

Es gab ähnliche Bauarten wie die Air Breeze im Forum, da wurde beschrieben, dass sie an verwirbeltem Standort z.T. rückwärts anliefen. Abhilfe schaffte Vergrößerung der Fahnenfläche.

"Federblechen - wg. mir auch aus Bronze. Aber was ist da der Vorteil?"
1. Rostet nicht. Auch nicht der Abrieb.
2. Weniger Widerstand, sicherlich auch an der Reibstelle
wieso
 
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 24.06.2022 - 23:17 Uhr  ·  #7
Braucht man solche Sollbruchstellen und Verluste überhaubt ?

Meine 2 Turbinen jedenfals hatten bewusst keine "Slip Rings" , soweit ich weiss , haben die Selbstbau Hugh Piggot dieses thema auch vermieden "Another plus is Hugh's elimination of slip rings and yaw bearings. Slip rings often bedevil the design of commercial wind turbines as well as home builts. They're not necessary and seldom found on many wind turbines built in Europe. Hugh wisely avoided them, instead substituting a simple pendant cable. This greatly simplifies this design as does Hugh's use of pipe-on-pipe for a simple and hardy yaw system that allows the turbine to respond to changes in wind direction. "

http://www.wind-works.org/cms/…774d31127b
FamZim
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 25.06.2022 - 12:33 Uhr  ·  #8
Hallo

Nur federnde Bleche egal woraus werden an der Auflagefläche verschlissen, nicht nur durch Reibung.
Der Stromfluß frist auch etwas und sie sind schnell durch, auch wegen geringer Auflagefläche.
An dieser sollte dann schon eine Aufdickung durch CU oder Silber sein.
Als Kohlen sind, wegen hohem Strom nur Metallkohlen geeignet , war im Link von CHE einwandfrei zu erkennen.
Kohlen die nur auf einer Stelle stehen bekommen an der Kontaktstele auch mal einen höheren Übergangswiederstand, das legt sich nur mit Bewegen.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 25.06.2022 - 14:57 Uhr  ·  #9
WEA mit Schleifringen haben den Scharm, dass man eben nicht ca. alle 3 Monate die Ableitung entdrillen muss.
Dass man also auch mal 1/2 Jahr oder mehr abwesend sein kann.
Dass sich Fehler einschleichen können, und Generatorkurzschluss auch bewältigt werden muss, ist klar.

Federbleche, "sie sind schnell durch, auch wegen geringer Auflagefläche."
Bei ständiger Relativbewegung wie bei einem Motor oder Generator gehe ich da ganz mit.
Bei Bewegung von so einem Azimuthlager verbleibt die Frage, was ist schnell?

Aufdicken mit Cu-Blech, wenn nötig, geht immer noch, sogar bei Federstahlblech.
Methode: Verlöten. Stahlblech wird hinterher aber kräftig zum Rosten neigen.

Der Vorteil von "Kohlen", selbst wenn es Metallkohlen sind, ist neben der größeren Länge der Umstand,
dass noch etwas Graphit enthalten ist: Festes Schmiermittel.
Auch können durch Bleche die Oberflächen eher zerkratzt werden, als mit Kohlebürsten.

Alles in Allem erachte ich es aber hier als sinnvoll, es mit Blechen aus Federbronze ( Phosphorbronze?) zu versuchen.
Vor Allem, wenn es 6 Bleche sind
.
wieso
 
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 25.06.2022 - 15:25 Uhr  ·  #10
Wohl kommt der Standort auch in Betracht und die Bauweise und der Kabel und dessen Freiraum ins Spiel, ich hab bei meinen 2 Windturbinen an der Atlantikküste in Irland nie "entwirren" müssen und die 2 sind insgesamt ja zusammen viele Jahre gelaufen ....
Zephyrus
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 26.06.2022 - 16:26 Uhr  ·  #11
Zu den Federblechen - Edelstahl rostet doch auch nicht..?
Den Verschleiß erachte ich auch als sehr gering, so dass sowohl Ring als auch die Federn ein paar Jahre halten sollten - der Austausch wäre dafür einfach und billig.

Zur Kabelverdrillung - ohne Stromabnehmer durch Schleifkontakte muss immer ein Matallrohr als Mast verwendet werden um das Kabel unten entdrillen zu können. Meine bevorzugten Holzmasten würden dadurch wegfallen . deshalb diese aufwändige Variante.

Zur Windfahne @ Che - siehe email..
Erdorf
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 26.06.2022 - 18:27 Uhr  ·  #12
"Zu den Federblechen - Edelstahl rostet doch auch nicht..?"
Leider doch, wenn es Kontakt hat zu galvanisch höher wertigem Material.
Kupfer oder Zink z.B.
wieso
 
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 26.06.2022 - 18:38 Uhr  ·  #13
Zitat
Zur Kabelverdrillung - ohne Stromabnehmer durch Schleifkontakte muss immer ein Matallrohr als Mast verwendet werden um das Kabel unten entdrillen zu können. Meine bevorzugten Holzmasten würden dadurch wegfallen . deshalb diese aufwändige Variante.


Ok , das ist natürlich eine andere Realität , wenn das Kabel ausserhalb des Masts verläuft ..... bin nun ruihg und lese mit :D
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 26.06.2022 - 20:03 Uhr  ·  #14
@ Erdorf:
Da musst Du erst mal Blech aus NIRO-Federstahl bekommen....!
Ist nicht das, was man früher mit V2A bzw. V4A bezeichnet hat.

Bezüglich Kontaktkorrosion:
Mit Kupfer und Zink vertragen sich letztere ziemlich gut.
Verpresshülsen sind bei solchen Drahtseilen aus Cu.

Wo es unter Feuchtigkeit richtig heftig wird ist ne Paarung mit normalem Stahl. Der löst sich dabei langsam auf und lagert Rost auf dem Edelstahl an.

@ all:
Halbzeuge aus speziellen Materialien gibt es z.B. bei Gemmel-Metalle.
Federharte Zinnbronze s. hier: https://www.gemmel-metalle.de/…che/1.html
Gewiss keine "Schrottpreise", wohl auch Mindermengenzuschlag, aber sie haben es, und liefern auch
zugeschnittene kleinere Blechtafeln.
Erdorf
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 26.06.2022 - 23:17 Uhr  ·  #15
@Che
Habe schon verzinkte Schrauben an Edelstahl verbaut gesehen im Außenbereich.
Da rostet dann der Edelstahl, nicht das verzinkte.

Der Edelstahl wirkt dann als 'Opferanode', was natürlich nicht so gewollt war.

Auch schlecht für Wasser Leitungen:
Nach Kupfer mit Eisen weiter verlegen, da rostet dann das Eisen ungewöhnlich stark.

Hängt mit dem Elektronenpotential zusammen und das kann man sogar nutzen um vor Rost zu schützen:
Stichwort "Opferanode" oder einfach auf die Polarität der Masse, z.B. beim Schiffsbau achten.
Als Masse besser den Plus Pol verwenden. Wäre beim Auto auch besser ...

Ich habe mal eine unedle Kreiselpumpe als Trinkwasser Pumpe betrieben, mit Magnesium Opferanode.
Spannung war messbar, 1 .. 2 V. Nach einem Jahr, war die Pumpe von innen mit Magnesium beschichtet
und natürlich komplett rostfrei.

Grüße
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 27.06.2022 - 22:01 Uhr  ·  #16
Welche elektrochemischen Potentiale haben eigentlich Legierungen? Ich vermute mal, gar keine. Zumindest wenn sie eutektisch sind. Dann verhalten sie sich nach außen elektrochemisch neutral.

Was früher V2A genannt wurde, heute 1.4301, hat 18% Chrom und 10% Nickel. Zusammen mit dem hauptsächlichen (?) Eisen sicher kein Eutektikum, aber nach Außen auch irgendwie inaktiv, aber wohl nicht vollständig.

Wenn der Edelstahl in Gegenwart von Zink auf ner Stahlschraube gerostet hat, was ist dann als Bestandteil wirksam geworden?
Erst die galvanische Zinkschicht "geopfert", bis dann das metallische Eisen zum Edelstahl gewandert ist, und den braun gefärbt.
So macht es für mich Sinn.

Im Spezialfal geht schon Kupferleitung nach Eisen. Nämlich wenn im Wasser kein Sauerstoff (mehr) ist.
Gängige Praxis im Heizungsbau. Kessel oft aus Stahlblech.
Erdorf
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 28.06.2022 - 02:33 Uhr  ·  #17
Hallo Che,

ich bin beeindruckt über dein Wissen und dein Interesse.

Zitat
Welche elektrochemischen Potentiale haben eigentlich Legierungen? Ich vermute mal, gar keine.

Mit Sicherheit falsch, es geht letztendlich um 'freie' Elektronen, bzw. wie 'frei' die denn wirklich sind,
also wie stark diese noch von der Materie angezogen werden. Diese freien Elektronen gehen dann eine Verbindung mit O2 (Sauerstoff ) ein. Sauerstoff will zwei Elektronen zur Bindung haben.
Das Resultat wäre eine Oxid Schicht an der Kontakt Fläche, im Falle von Eisen eben Rost.
Welches Potential Legierungen genau haben (gemittelt oder so), müsste man recht einfach messen können oder beim Hersteller der erfragen ...

Zitat
Wenn der Edelstahl in Gegenwart von Zink auf ner Stahlschraube gerostet hat, was ist dann als Bestandteil wirksam geworden? Erst die galvanische Zinkschicht "geopfert", bis dann das metallische Eisen zum Edelstahl gewandert ist, und den braun gefärbt. So macht es für mich Sinn.

Die Verzinkung war nicht wesentlich angegriffen, der 'Edelstahl' aber rostig, oberflächlich nach vielleicht 5 Jahren.
Zink ist einfach edler, und der Edelstahl gibt die Elektronen ab. So macht es für mich Sinn.

Es geht um die die "Elektronegativität" oder das "elektrochemische Potential"
Zn hat 1,66
Cu hat 1,75 also 'edler'
Cr hat 1,56 also 'unedler'
Ni hat 1,75 also 'edler'
Fe hat 1,64 also 'unedler'

Wie das dann bei V2A als Legierung aussieht?
Keine Ahnung, es ist unwahrscheinlich dass ich v2a beobachtet hätte. Eben irgend einen sogenannten 'Nirosta' Stahl.
Insofern bitte meine Beobachtung relativieren außer:

Kombiniere nie verzinkt mit Nirosta im Außenbereich

Messen kann man relativ einfach die Spannung zwischen zwei Materialien.
Man misst dann die Differenz der elektrochemischen Potentiale oder der "Elektronegativität".
Mir gefällt der Ausdruck elektrochemisches Potential besser.

Wie auch immer das Thema ist auch gerade bei Akkus spannend, weil man diese Spannung dort nutzt.

Ja, Ja, die Elektrolyse, eine wunderbare Eigenschaft die wir vielfältig nutzen und manchmal, bei Rost z.B. blöd ist.

Wenn man es drauf hat, reicht eine kleine permanente Gleichstromquelle oder sogar nur die 'richtige' Masse,
eben Plus anstelle von Minus um Rostschutz zu haben um Eisen nicht verzinken zu müssen ...

Grüße
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 28.06.2022 - 10:04 Uhr  ·  #18
War mal wieder ne Predigt.
Das Letzte bezeichne ich aber irgendwie als gekünstelt. Einfach weil im Auto eben der Akku nicht dazu da ist, garkeine Gelegenheit hat, gegen Korrosion wirksam zu werden. Der versorgt seine Verbraucher, mehr nicht.

Wieso bezeichnest Du meine Vermutung hinsichtlich Spannungspotential Null bezüglich eutektischen Legierungen als "mit Sicherheit falsch" wenn Du es nicht sicher weißt?

Oxidschichten können isolierend wirken, bzw. passivierend.

"Wie das dann bei V2A als Legierung aussieht?
Keine Ahnung, es ist unwahrscheinlich dass ich v2a beobachtet hätte."
Eher wahrscheinlich, da das die meist verwendete Variante im Außenbereich ist.
Nur wenn Seewasser angreifen könnte, also Chloride, verwendet man V4A.

Als sog. NIROSTA (Stahl schon als Abkürzung inbegriffen) bezeichnet man beide.

Im Gegensatz zu Dir bezeichne ich mich als praktischen Theoretiker. Auf den Unterschied lege ich Wert.

Nachtrag:
Deine elektrochem. Potentiale werfen Fragen auf. Worauf denn bezogen? Was hat Null?
Bei Dir Zink und Eisen fast gleich, so dass Zn nie zum Schutz von Eisen dienen könnte.
Schau doch nochmal nach:
https://de.wikipedia.org/wiki/…nungsreihe
Erdorf
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 28.06.2022 - 20:00 Uhr  ·  #19
Sorry,
das bei dir Fragen entstehen.

Die von mir genannten Werte (Elektronegativität) kommen aus dem Periodensystem siehe "Elektronegativität Periodensystem" https://de.wikipedia.org/wiki/…vit%C3%A4t

Wenn diese Potenziale unterschiedlich sind, kann man eine Spannungsdifferenz messen.
In der Wikipedia steht auch noch mehr dazu.

Sorry, ich meinte die Elektrochemische Spannungsreihe: https://de.wikipedia.org/wiki/…nungsreihe.
Nicht die Elektronegativität.

Amen und Grüße :D
Che
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Re: Kohlebürsten oder Federbleche als Stromabnehmer?

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Gepostet: 28.06.2022 - 20:22 Uhr  ·  #20
Letzteres meinte ich auch, aber das sind eben andere Zahlen, mit Wasserstoff als Referenz.
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