Die Erfindung betrifft einen Bürstenhalter für elektrische Maschinen mit mindestens einer als Arbeitsspeicher dienenden Rollfeder, deren Federwickel in einem über der Bürste angeordneten und nur in Richtung der Bürstenhöhe beweglichen Schlitten gelagert ist, der mindestens ein zwischen Federwickel und Bürstenkopf befindliches, elektrisch leitendes Druckstück aufweist.
Obwohl derartige Bürstenhalter, welche für armaturlose Bürsten geeignet sind, gegen externe mechanische Erregung in Form von periodischen und aperiodischen Schwingungen und Stössen durch die fehlenden Gelenke und Hebel bereits in wesentlich geringerem Umfang empfindlicher sind als Bürstenhalter mit Ein- oder Mehr-Gelenk-Drucksystemen, bleiben Störungen des Kräfteplans an der Bürste bestehen, wenn das Druckstück bzw. der Schlitten in der Lage sind, tan gentiale Bewegungen, und sei es nur im Rahmen der normalen Arbeitsspiele, auszuführen. Zum anderen wird das im Schlitten angeordnete Gummipolster, das die radiale Bewegung der Bürsten aufnehmen soll, wirkungslos bleiben, wenn die notwendige Gegenkraft, die eine gleichzeitige Verschiebung des Gummipolsters bzw. des Schlittens verhindern soll, nicht ausreichend gross ist.
Diese Gegenkraft wird im vorliegenden Fall durch die Rollfeder erzeugt, wobei für ihre Dimensionierung aber notwendigerweise und vordringlich andere als die vorgenannten Gesichtspunkte gelten müssen.
Bürstenhalter, bei denen als Arbeitsspeicher eine oder mehrere direkt wirkende Rollfedern verwendet werden, haben den Vorteil, dass der tangentiale Bauraum klein und die statische Bürstendruck-Kennlinie günstig ist. Ferner ist die Bauform gelenklos und damit im allgemeinen auch weniger störanfällig. Diese Vorzüge einer Druckgebung mittels einer oder mehreren Rollfedern machen es wünschenswert, diese auch dort einzusetzen, wo der Bürstenhalter-Druckapparat die Funktion der Bürsten-Stromzuführung übernimmt, was insbesondere bei Traktionsmotoren zweckmässig ist.
Die hohen internen und externen mechanischen Belastungen, denen ein Bürstenkontakt an einem Traktionsmotor ausgesetzt ist, verlangen allerdings gleichzeitig, dass das den Druck auf die Kohlebürste ausübende und unter dem Druck der Arbeitsfeder stehende Druckteil eine geringe Masse und Reibung aufweist, wobei das letztgenannte Kriterium die Not wendigkeit berücksichtigt, dass das Druckteil sicher geführt wird, um Kontaktstörungen durch externe mechanische Schwingungen oder Stösse zu vermeiden. Von diesen Voraussetzungen ausgehend scheiden für die Verwendung auf Traktionsmotore alle Konstruktionen aus, bei denen die Wirkungslinie der Federkraft im grösseren Abstand oder Winkel von bzw. zu der Bürstenmittellinie verläuft. Besonders geeignet sind dagegen diejenigen Ausführungen, bei denen die Wirkungslinie der Federkraft mit der Bürstenmitte zumindest annähernd zusammenfällt.
Den Arbeitsbedingungen einer Rollfeder entsprechend tritt dies für diejenigen Konstruktionen zu, bei denen der Rollfederwickel über oder auf dem Bürstenkopf liegt und das Federende seitlich neben der Bürste befestigt ist.
Zur Anwendung dieses Prinzips wurde bereits vorgeschlagen, den Federwickel in eine mit einem Schlitz zum Herausführen des Federendes versehene metallische Hülse zu legen und an diese Stromseile zu befestigen, um den Bürstenstrom zu- bzw. ableiten zu können. Die tangentiale Führung der Hülse erfolgt durch eine Mulde im Bürstenkopf. Diese Bauform hat mechanische und thermische Mängel, weil die Hülse notwendigerweise sehr locker in der Bürstenmulde liegt, eine damit durch Beschleunigungskräfte leicht zu verändernde Lage hat und die Kontaktwärme den Federwickel stark aufheizt.
Bei einem anderen Lösungsvorschlag werden parallel zu einer oder mehreren Rollfedern der Stromableitung dienende Kupferbänder oder -litzen vom Halterkörper zu dem auf dem Bürstenkopf angeordneten, auf einer Kontaktrolle sitzenden Federwickel geführt. Die Enden der Kupferbänder oder -litzen sind mit der Kontaktrolle elektrisch leitend verbunden. Diese einfache Konstruktion ist wegen der starken Federaufheizung unausführbar.
In einer weiteren bestehenden Ausführung ist vorgesehen, dass auf den Bürstenkopf ein zylindrisches metallisches Druckstück gelegt wird, wie es von solchen Bürstenhalter Konstruktionen her bekannt ist, bei denen als Arbeitsspeicher eine Schraubenzugfeder verwendet wird, und dass in der Mitte dieses Druckstückes, unter Verwendung thermisch und elektrisch isolierender Beilagen, eine Rollfeder aufgewikkelt wird. Weil dadurch der Durzhmesser des Druckstückes an dieser Stelle grösser wird, erhält der Bürstenkopf einen entsprechenden Ausschnitt. Am Druckstück befestigte Litzen führen den Bürsten-Strom zu bzw. ab.
Diese Lösung des Problems ist deshalb noch nicht optimal, weil aus Platzgründen die Verwendung von Gummifedern zwischen Rollfederwickel und Druckstück unmöglich ist, die recht grosse Masse von Druckstück und Feder damit ungedämpft auf der Bürste liegen, und weil schliesslich der grössere Ausschnitt in der Bürste für den Federwickel nicht nur zusätzlichen Aufwand, sondern auch eine Bruchgefahr für die Kohlebürste darstellt.
Eine andere bekannte Konstruktion geht davon aus, dass die Bürste durch einen oberhalb des Bürstenkopfes angeordneten und nur in Richtung der Bürstenhöhe beweglichen Schlitten angedrückt wird, wobei in dem Schlitten der Federwickel der Rollfeder gelagert ist und ein Druckstück unterhalb des Federwickels dies von dem Bürstenkopf distanziert.
Die Führung des Schlittens erfolgt durch einen am Halterkör per oberhalb der Bürste liegenden, starr befestigten Führungskörper. Dieses Funktionsprinzip verlangt zum Ausbau der Bürste notwendigerweise einen sehr grossen Platzbedarf über dem Kommutator, ist wegen der engen Raumverhältnisse dort in Verbindung mit der zum Teil sehr schlechten Zugänglichkeit zu dem Halter schwer zu bedienen und scheidet bereits aus diesem Grund für die Verwendung auf einem Traktionsmotor aus. Weitere Gründe sind auch hier wieder die fehlenden Gummifedern zwischen dem Druckstück und dem Schlitten.
Eine ähnliche Konstruktion beinhaltet das Prinzip, dass der unter dem Druck von Rollfedern stehende Schlitten über der Bürste dureh eine kastenförmige Schlittenführung sowohl in tangentialer als auch in axialer Richtung geführt wird.
An der Schlittenunterkante sind Gummifedern angeordnet, auf denen die stromleitenden Druckstücke wirken. Die Druckstücke sind so geformt, dass sie in der Lage sind, die Bürstenköpfe in der Biirstenführung in tangentialer Richtung zu prisonieren. Obwohl diese Bauform für die Verwendung auf Traktionsmotore vorzügliche Voraussetzungen hat, ist sie, wegen des in tangentialer Richtung relativ grossen Bauraums der kastenförmigen Schlittenführung, nicht universell einsetzbar.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Bürstenhalters der eingangs genannten Art, welcher die Nachteile beste hender Ausführungen nicht aufweist.
Der erfindungsgemässe Bürstenhalter für elektrische Maschinen mit mindestens einer als Arbeitsspeicher dienenden Rollfeder, deren Federwickel in einem über der Bürste angeordneten und nur in Richtung der Bürstenhöhe beweglichen Schlitten gelagert ist, der mindestens ein zwischen Federwickel und Bürstenkopf befindliches, elektrisch leitendes Druckstück aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten einseitig neben der Bürste in einer als Schlittenträger dienenden Führungsnut geführt ist, dass das freie Ende der Rollfeder am Schlittenträger befestigt ist, der ein vom Halterkörper getrenntes, durch Federkraft im Halterkörper arretiertes Steckteil ist, das aus dem Halterkörper herausziehbar und umklappbar ist, um den Raum über der Bürstenführung für den Bürstenwechsel freizugeben.
Neben dem Vorteil dieser Art, die im verringerten Bauraumbedarf in tangentialer und radialer Richtung liegt, hat diese Ausführung den weiteren Vorteil, dass die Schlittenführung, die wie andere Teile des Traktionsbürstenhalters auch einem stärkeren Verschleiss unterliegt, ein einfaches Wechselteil wird.
Gemäss einer Ausführungsform ist am Halterkörper ein Führungs- und Befestigungsblech angeschraubt, das in Verbindung mit am Schlittenträger vorgesehenen Schwenkzapfen das Umklappen des Schlittenträgers nach dessen Auszug aus der entsprechenden Tasche im Halterkörper möglich macht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auflagefläche des Wickels der Rollfeder auf dem Schlitten schräg gestellt ist, derart, dass eine zur Bewegungsrichtung des Schlittens quer verlaufende Komponente der Federkraft entsteht.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Bürstenhalters anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Bürstenhalter in Seitenansicht und teilweise im Schnitt,
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung A bei ausgebautem Schlittenträger des in Fig. 1 dargestellten Bürstenhalters,
Fig. 3 eine Ansicht in Richtung B des in Fig. 1 dargestellten Bürstenhalters,
Fig. 4 einen Schnitt durch den ausgebauten Schlittenträger des Bürstenhalters nach Fig. 1, oberhalb des Schlittens,
Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 1, jedoch gemäss einer abgeänderten Ausführungsform, und
Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 4, jedoch gemäss der Ausführungsform nach Fig. 5.
In den Fig. 1 und 2 ist eine als Zwillingsbürste ausgebildete Bürste 1 dargestellt, die in einem Halterkörper 2 gleitend geführt wird und fussseitig einen Kommutator 3 berührt. Zwei Druckstücke 4, die in Mulden 5 im Bürstenoberteil gelagert sind und die in einem Gummipolster 6 geführt werden, das im Schlitten 7 angeordnet ist, übertragen dabei den Druck einer Rollfeder 8, deren freies Ende am Schlittenträger 10 mittels eines Niets 11 befestigt ist. Der Schlittenträger 10 ist in tangentialer Richtung durch zwei Blattfedern 12 arretiert, die ihn gegen die Anlagefläche 18 am Halterkörper 2 drücken, die mittels Nieten 14 an einer Halterrückwand 13 befestigt sind.
Für die radiale Arretierung besitzt der Schlittenträger 10 an seiner Rückseite eine federnde Klinke 15 mit einem herausgestanzten Ansatz 16, mit dem sich die Klinke 15 an einem Führungs- und Befestigungsblech 17 abstützen bzw. verhaken kann. Dieses Führungsund Befestigungsblech 17 ist so geformt, dass nur ein geringes Spiel zwischen seiner Vorderkante 19 und dem Schlittenträger 10 bleibt, damit dieser sicher in eine ihm zugeordnete Öffnung im Halterkörper 2 eingeführt werden kann. In seiner Mitte weist das Führungs- und Befestigungsblech 7 eine Aussparung 20 auf, welche die Klinke 15 aufnimmt. Das Führungs- und Befestigungsblech 7 ist mittels einer Senkschraube 21 an der Halterrückwand 13 befestigt und durch die formschlüssige Anlage an der Halterrückwand 13 gesichert.
Die Klinke 15 ist mit der Rollfeder 8 zusammen an der Rückseite des Schlittenträgers 10 durch den Niet 11 befestigt und weist an ihrer Unterseite zwei Ansätze 22 mit daran angenieteten Zapfen 23 auf. Beim Herausziehen des Schlittenträgers 10 aus dem Halterkörper greifen die Zapfen 23 unter das Führungs- und Befestigungsblech 17, so dass sich der Schlittenträger 10 oberhalb des Halterkörpers derart bewegt, dass die Öffnung im Halterkörper 2 für die Bürste 1 freigelegt wird, die dadurch ein- und ausgebaut werden kann.
Im Schlittenträger 10 befinden sich zwei parallel zu Träger- und Bürstenachse verlaufende Nuten 24, in denen mit Bewegungsspiel entsprechend ausgeführte Führungsstege 25 des Schlittens 7 geführt werden. Die Bewegungsmöglichkeit des Schlittens 7 in Richtung des freien Endes der Rollfeder 8 wird begrenzt durch einen Anschlag 26, der vorzugsweise mittels des genannten Niets 11 am Federende auf den Schlittenträger 10 aufgenietet ist. Die Bewegungsmöglichkeit des Schlittens 7 in der entgegengesetzten Richtung wird durch eine Isolierkappe 27 begrenzt, die beispielsweise auf das äussere Ende des Schlittenträgers 11 aufgeklebt ist. Die Isolierkappe 27 hat an der dem Schlitten abgewendeten Seite die Form eines Griffes 28. Indem man unter diesen Griff 28 fasst, übt man gleichzeitig einen Druck auf die Klinke 15 aus und löst die Arretierung.
Die Stromzu- und -ableitung zu den Druckstücken 4 erfolgt über beidseitig neben dem Schlitten 7, durch an den Druckstücken 4 einerseits und dem Führungs- und Befestigungsblech 17 andererseits angebrachten Stromseilen 29, die mit den Druckstücken 4 und dem Führungs- und Befestigungsblech 17 verlötet oder verschweisst sind.
Bei der Ausführung nach den Fig. 5 und 6 liegt die Rollfeder 8 auf einer schräg verlaufenden Auflagefläche 31 des Schlittens 7 auf. Im Schlittenträger 10 befinden sich zwei parallel zur Träger- und Bürstenachse verlaufende Nuten 32, in denen entsprechend ausgebildete Führungsstege 30 des Schlittens 7, unter der Wirkung der Querkraft der Rollfeder 8, in tangentialer und axialer Bürstenrichtung spielfrei geführt sind. Die Bewegungsmöglichkeit des Schlittens wird durch eine Isolierkappe 27 begrenzt, die am äusseren Ende des Schlittenträgers 10 befestigt ist und an der dem Schlitten 7 abgewandten Seite einen Griff 28 zur Bedienung des Schlittenträgers aufweist.
In Fig. 5 sind die folgenden Kräfte der Rollfeder eingetragen: FN = Normalkraft FQ = Querkraft FR = Radialkraft.
Weil das Führungs- und Befestigungsblech so geformt ist, dass der Abstand am äusseren Blechende zwischen dem Blech und dem Halterkörper schmäler als der Schwenkzapfen breit ist, ist der Federträger beim Bürstenwechsel unverlierbar. Zum Ausbau des Schlittenträgers wird das Führungsund Befestigungsblech abgeschraubt.
Da ferner die Stromableitungen zu den nur mit einer Schnappverbindung in den Gummifedern des Schlittens befestigten Druckstücken am Führungs- und Befestigungsblech angenietet, gelötet oder geschweisst sind, wird auch die Stromableitung ein einfaches Wechselteil, zu dessen Demontage lediglich die Schraubverbindung am Führungs- und Befestigungsblech gelöst werden muss.
Die Isolierkappe dient zur Verhinderung von Überschlägen vom Motorgehäuse zum Schlittenträger und ist zweckmässigerweise so ausgebildet, dass sie erstens als Griff für den Schlittenträger und zweitens zur Begrenzung der Schlittenbewegung bei einem manuellen Anheben des Schlittens vom Bürstenkopf dient.
Wenn nicht die mechanische Festigkeit des Schlittenträgers, sondern seine Isolierung gegenüber umliegenden metallischen Bauteilen anderen Potentials im Vordergrund steht, kann es auch von Vorteil sein, den Schlittenträger selber aus Isoliermaterial herzustellen.
Der Schlitten sollte in jedem Fall ganz oder zumindest teilweise aus einem gut gleitfähigen Kunststoff bestehen.
Dabei ist es wichtig, dass die im Schlitten angeordneten Druckstücke in gut federnden Gummipolstern eingebettet sind. Vorzugsweise werden zwei Druckstücke pro Schlitten verwendet, die beidseitig von der Federkraftwirkungslinie liegen derart, dass der Schlitten einen Träger auf zwei Stützen bildet und damit eine stabile Lage hat.
Insbesondere bei den Ausführungen nach den Fig. 5 und 6 wurde nun, ohne Vergrösserung der Masse des Schlittens, eine spielfreie Schlittenführung und gleichzeitig eine Unterbindung der Schlittenbewegung bei den niedrigen radialen Bewegungsamplituden der Kohlebürste erreicht. Im Hinblick auf die sehr unterschiedlichen Arbeitsbedingungen, insbesondere auf den Kommutatoren von Traktionsmotoren, wurde zudem eine Anpassung der erregungsabhängigen Begrenzung der Schlittenbewegung an die jeweiligen Arbeitsbedingungen ermöglicht.
Die Querkomponente der Federkraft (Fig. 5) bewirkt, dass der Schlitten spielfrei geführt ist. Dabei tritt im Fall einer Schlittenbewegung eine der Schlittenbewegung entgegengesetzt gerichtete Reibungskraft zwischen Schlitten und Schlittenführung auf, die den gewünschten zusätzlichen Brem s- effekt am Schlitten erzeugt, und schliesslich bewirkt die schräge Auflagefläche für die Feder am Schlitten das Verkeilen des/der Federwickel zwischen Schlitten und Schlittenführung, so dass auch der/die Federwickel spielfrei gelagert ist/sind. Eine Anpassung an die verschiedenen Arbeitsbedingungen ist auf einfache Weise durch Vergrösserung oder Verkleinerung des Anstellwinkels der Federauflagefläche möglich.