CN103181037A - 具有断路装置的碳刷 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有断路装置（20）的碳刷（10），其在刷体（11）的空腔（12）中具有一个由电绝缘的材料组成的断路体（21）和一个预紧的、弹簧弹性地对所述断路体（21）加载的压力弹簧体（24）。所述压力弹簧体（24）连同所述断路体（21）被构成为具有小的轴向长度的短部件，特别是呈具有多个弹簧绕圈（26至28）的弹簧（25）的形式，所述弹簧绕圈至少在预紧的被压缩到一起的状态中在缩短的情况下至少部分地相互嵌套。

Description

具有断路装置的碳刷

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有断路装置的碳刷。

背景技术

这类碳刷是已知的（DE1679529U1），其中压力弹簧体由一个圆柱形的螺旋弹簧组成，该螺旋弹簧为了实现断路装置的尽可能小的系统总长度和刷体的尽可能大的磨损路程而能够最多这样程度地被预紧和压缩，使得它的圆柱形的绕绕圈上下贴靠并且弹簧被预紧成块。这由此导致这样的压力弹簧体的比较大的轴向长度。基于此保留刷体的小的可用磨损路程，它由刷体的可能的理论磨削路程相对于断路装置的长度的比得出。比刷体的真实有效长度小的磨损路程需要刷体的较早更换，如果磨损路程已经超过许可的磨损路程的话。另一个缺点在于，圆柱形的金属螺旋弹簧作为压力弹簧体具有小的抗弯刚度。在断路过程期间，当压力弹簧体已经使刷体从电动机的换向器抬起并且已经中断电路时，电动机仍然滚动。该惯性运转在未制动的机器中可能持续5至15秒的空转。在该时间期间，横向力通过断路体与旋转的换向器的接触作用在压力弹簧体上，这可能导致圆柱形的螺旋弹簧的过强的位置倾斜以及导致断路体由于过强的位置倾斜而断裂。

发明内容

按照本发明的具有断路装置的碳刷具有的优点在于，通过该碳刷基于断路装置的长度的缩短实现了在碳刷的相同长度的情况下更大的磨损路程。优选缩短了压力弹簧体的轴向长度。由此减少了断路装置的系统长度。这导致不仅对于电动机以及家用电器、手工电器等的使用者而且对于其制造商的经济上的优点，其中采用了具有按照本发明的碳刷的电动机。基于碳刷的可利用的磨损长度的变大，在使用者这里可以更长时间地直至通过断路装置受控地断路的时间点来驱动电动装置。由此延长了直至断路的时间点的必要的维护间隔和使用时间。省去了对于更换碳刷必需的静止时间。可以因此提高电动装置的总的使用期限。电动装置的使用者可以针对一个更长更安全的功能方式进行安排。此外有利的还有用于备用件碳刷的减小的成本，因为在电动装置的整个寿命期间需要更少的备件。可靠地避免了在电动机的换向器上、在电动装置的碳刷上以及在其他部件上的损坏并继而避免了由此引起的维修成本。

通过在另外的权利要求中列出的措施实现对在权利要求1中给出的碳刷的有利的扩展和改善。

该碳刷的一个有利的设计方案设定，所述压力弹簧体由至少一个具有多个弹簧绕圈的弹簧形成，所述弹簧绕圈至少在预紧的被压缩到一起的状态中在缩短的情况下至少部分地相互嵌套。相互嵌套的弹簧绕圈导致压力弹簧体的减小的长度和紧密的结构以及更高的弯曲刚度，由此压力弹簧体可以在没有过度变形的情况下更好地承受横向力。

可以例如有利的是，所述弹簧绕圈沿轴向方向具有分级的或连续减小的直径，其中较小的弹簧绕圈至少部分地接收在紧接着的较大的弹簧绕圈中。如果所述压力弹簧体构成为具有圆锥形或双锥形卷绕的弹簧绕圈的螺旋弹簧，那么这例如是可以实现的。通过将小的绕圈拉入到圆锥的变得越来越大的绕圈中实现了结构空间并继而断路装置的轴向长度的减小，同时在其相同的长度的情况下提高了刷体的磨损路程。构成为圆锥形或双锥形的螺旋弹簧的压力弹簧体是简单的并且低成本的。其作为通用部件在商业中是可购买到的。

此外可以有利的是，所述压力弹簧体由至少一个卷簧形成，其由竖立的扁平材料卷绕。这样的卷簧也已知为名称渐近线弹簧或罐形弹簧并且同样是商业中通用的、低成本地提供的部件。在这样的卷簧中在预紧的被压缩到一起的状态中所述带绕圈至少基本上螺旋形地相互嵌套，其中如果卷簧被完全压缩那么弹簧长度被大约缩短到所述卷绕的扁平材料或带的宽度。所述卷簧可以单圆锥形或双锥形地构成。其非常紧密地制造并且具有大的弯曲刚度的的优点，从而其可以承受大的横向力而没有更强烈的歪斜。

可以有利的是，包含压力弹簧体和断路体的空腔在端部上通过一个分隔盘夯实，由金属粉末形材料构成的夯实部位于其上。由此实现了对于压力弹簧体的可靠的轴向支撑。通过分隔盘防止了，在夯实的过程期间金属粉末可能进入到压力弹簧体的区域中，这可能导致在断路过程期间的干扰。

还可以有利的是，所述空腔在端部上在所述夯实部的区域中具有带有比所述空腔更大的直径的空隙并且在所述空隙中接收有具有在减小的轴向厚度的情况下的变大的圆周面的分隔盘以及夯实部。用于固定压力弹簧体而存在的夯实部为了可靠地固定在刷体中需要确定的圆周面，其通过直径的变大实现。由此可以减小夯实部的轴向尺寸并继而断路装置的总长度，由此进一步提高了可利用的磨损长度。

还可以有利的是，所述压力弹簧体的轴向端部构成为平面的贴靠面用于平面地在一个端部上贴靠在所述断路体上而在另一端部上贴靠在分隔盘上。这可以以简单的方式通过磨平压力弹簧体的端部实现。由此可以附加地节省了弹簧长度。缩短了弹簧的整体长度而没有改变弹簧特性。此外，通过弹簧一方面在断路体上另一方面在分隔盘上的精确的贴靠面附加地提高了断路装置的功能安全性，因为断路体的导向由此得到改善。

有利地，所述压力弹簧体由金属、特别是弹簧钢构成。

附图说明

在下面的说明中根据在附图中示出的各实施例进一步阐明本发明。各自地在示意图中示出了：

图1具有在张紧的压力弹簧体的情况下按照第一实施例的具有断路装置的碳刷的一部分的部分侧视图的示意截面；

图2在张紧的压力弹簧体的情况下图1中的碳刷的示意截面；

图3图1和图2中的压力弹簧体的示意透视图；

图4具有在张紧的压力弹簧体的情况下按照第二实施例的具有断路装置的碳刷的一部分的部分侧视图的示意截面；

图5在张紧的压力弹簧体的情况下图4中的碳刷的示意截面；

图6按照第三实施例的具有断路装置的碳刷的部分的示意截面；

图7具有在张紧的压力弹簧体的情况下按照第四实施例的具有断路装置的碳刷的一部分的部分侧视图的示意截面；

图8在张紧的压力弹簧体的情况下图7中的碳刷的示意截面；

图9图7和图8中的压力弹簧体的透视图；

图10按照第五实施例的压力弹簧体的透视图；

具体实施方式

在图1至3中示出了具有断路装置20的碳刷10的第一实施例。这样的碳刷20以已知的方式建立到电动机的换向器的电接触，如其例如对于用于家用电器或手工电器、尤其是也用于手持式电动工具机那样。这类碳刷10由一个石墨刷体11组成，电端子通常被压入该刷体中或者以其它方式与刷体连接。用以将刷体11按压到电动机的换向器上的所需的压紧压力通过一个弹簧元件、例如螺旋弹簧形式的弹簧元件实现（EP0937320B1）。

断路装置20具有这样的目的，即在碳刷磨损之后保护电动机的换向器免遭机械损坏或燃烧。断路装置20具有一个由电绝缘材料制成的断路体21，该断路体被构造为销或断路套管。在所示的第一实施例中，断路体21具有一个倒圆的头部22，该头部具有背侧的销凸台23。此外设有一个预紧的、弹簧弹性地在图1中向下对断路体21加载的压力弹簧体24，该压力弹簧体以一个端部作用在断路体21上。刷体11设有一个例如柱形的空腔12，压力弹簧体24和断路体21保持在该空腔中。空腔12在图1中的上端部上通过一个分隔盘13封闭，压力弹簧体24支撑在该分隔盘上，其中，在分隔盘23上方设有一个所谓的由金属粉末状材料制成的夯实部14，压力弹簧体24的支撑力通过该夯实部接收并且被引导到刷体11中。分隔盘13阻止在夯实过程期间金属粉末能够到达空腔12的区域中和由此到达压力弹簧体24的区域中，这能够导致在断路过程期间的干扰。在图1中示出在压力弹簧体24的张紧状态中的断路装置20，其中，刷体11不在它的完整长度方面而是切断地被示出。

通过由在碳刷与电动机的转子的未示出的换向器之间的接触引起的不可避免的刮擦，在碳刷10上发生磨损，确切地说在与含有断路装置20的端部相对置的端部区域上。在运行期间碳刷10完全磨损之后，断路体21穿过碳刷10的位于相邻区域15中的材料并且在压力弹簧体24的作用下形成与换向器的触碰接触。由此断路体21通过卸载的压力弹簧体24将剩下的刷体11在箭头16的方向上从未示出的换向器压离，由此中断电流并且电动机然后受控制地被断路。为了确保断路过程，碳刷11例如应当从换向器抬起至少1mm。这通过压力弹簧体24的相应预紧实现，其中，这必须保证在所需的弹簧路程上施加所需的弹簧力。由于断路装置20的作用避免了在电动机的转子的换向器上的损伤，从而所需的是，由使用者或服务人员仅仅将磨损的碳刷10更换成未使用的新碳刷。

人们发现，断路装置20的各个部件，即断路体21、压力弹簧体24、分隔盘12和夯实部14，引起一定的系统总长度并且确定了碳刷10的可用磨损路程。碳刷10的总长度通常通过电动器具的结构预给定，从而在断路装置20的系统的相应总长度中留有一个比较小的磨损路程作为真实的可用长度。当磨损路程超过许可磨损路程时，需要较早更换碳刷10。

在按照第一实施例和按照本发明的具有断路装置20的碳刷10中在刷体11的相同长度下大的磨损路程由此实现，即压力弹簧体24连同断路体21构成为小轴向长度的短部件，其按照图1在压力弹簧体24的张紧的状态下被示出。在此压力弹簧体24由至少一个具有多个弹簧绕圈26、27、28的弹簧25以及其他构成，其中这些弹簧绕圈26至28根据图1至少在预紧的、压缩到一起的状态下在压力弹簧体24缩短的情况下至少部分地相互嵌套。人们在图1中看到，例如最小的弹簧绕圈26接收在紧接着的较大的弹簧绕圈中。通过各个弹簧绕圈26至28以及其他弹簧绕圈至少部分地相互嵌套，在压力弹簧体24的预紧的状态下实现了其缩短，其结果就是，实现了碳刷10的可利用的磨损长度的增大。由此在使用者这里可以更长地直至通过断路装置20受控的断路的时间点来驱动电动装置。这延长了直至断路的时间点的必要的维护间隔和使用时间。此外省去了对于更换碳刷10所需要的静止时间，从而延长了电动装置的总的使用期限。此外有利的还有用于备用碳刷的减小的成本，因为在电动装置的总使用期限中需要少的备件。通过实现断路装置20的系统长度的减小，因此不仅对于电动装置的制造者而且对于使用者产生了经济上的优点。

在按照图1至3的第一实施例中人们看到，各个弹簧绕圈26至28以及其他弹簧绕圈沿轴向方向具有分级的或连续减小的直径，其中小的弹簧绕圈在压力弹簧体24的轴向长度缩短的情况下至少部分地接收在紧接着的较大的弹簧绕圈中。在按照图1至3的这个实施例中压力弹簧体24构成为具有圆锥形卷绕的弹簧绕圈26至28的螺旋弹簧，其中该螺旋弹簧涉及单圆锥形的弹簧25。

在图4和5中的第二实施例中对于相同的部分使用相同的附图标记，由此涉及到第一实施例的描述。第二实施例与第一实施例的不同之处在于，弹簧25具有双锥形卷绕的弹簧绕圈，其设计为，弹簧25的在图4和5中的上部分如在图1至3中的弹簧25那样圆锥形卷绕，并且有一个相反地圆锥形卷绕的弹簧部分轴向地一体地连接到上部分上，该弹簧部分基于在图4和5中的弹簧绕圈向上大约锥形地逐渐变细，而弹簧的上部分向下大约锥形地逐渐变细。

在按照图6的实施例中，压力弹簧体24以与在此不可见的断路体21对置的端部、以弹簧25的直径较大的绕圈28接收在刷体11的直径较大的空隙17中并且以防沿相反于箭头16的方向掉落。在空隙17中也包含有分隔盘13和夯实部14。基于空隙17并继而夯实部14的较大的直径这具有变大的圆周面，从而在减小的轴向厚度的情况下还实现了在刷体11中的安全锚定。基于夯实部14的减小的轴向厚度进一步减小了断路装置20的总长度并且通过这种方式还进一步提高了可能的磨损路程。

在图1至3中的第一实施例中示出，压力弹簧体24的轴向端部29和30构成为平面的贴靠面用于平面地不仅在一个端部贴靠在断路体21上而且在另一端部贴靠在分隔盘13上。弹簧25例如在两个端部被磨平以便制造平面的贴靠面。通过弹簧端部的磨平实现了弹簧25的长度的进一步减小并因此实现了弹簧的整体长度的缩短而在此无需改变弹簧特性。有利地此外实现弹簧25在断路体21和在分隔盘13上的更精确的贴靠面并继而提高了系统的功能安全性，因为由此断路体21的导向得以改善。

而且在例如按照图4至6的另一实施例中压力弹簧体24、特别是弹簧25的轴向端部例如可以通过磨平设有相应的平面的贴靠面以便平面地贴靠。

而且在按照图7至9的第四实施例中对于相同的部分使用相同的附图标记，由此涉及到上述各实施例的描述。

在第四实施例中压力弹簧体24由至少一个卷簧35形成，其也称之为渐近线弹簧或罐形弹簧。卷簧35由竖起的扁平材料或带36卷绕而成。在按照图7的预紧的被压缩到一起的状态下各个带绕圈至少基本上螺旋形地相互嵌套，由此弹簧长度被大约缩短到所述扁平材料或带36的宽。在图7和8中卷簧35如此安置，使得直径较大的端部30贴靠在分隔盘13上而在放松的状态下下面的直径较小的端部29包括断路体21的销插件23并且轴向地贴靠在头部22上。而且在按照图1至3的第一实施例中在那的弹簧25以这种方式装配。这具有的优点在于，断路体21在断路情况下安全和可靠地借助于弹簧25或卷簧35鉴于作用在其上的横向力被引导和保持。人们看到，在根据图7至9的卷簧35中通过带36的嵌套实现了在大的弹簧力的情况下具有尽可能小的轴向长度的非常紧密的压力弹簧体24。卷簧35的突出之处在于高的弯曲刚度，其确保了在按照图8的放松状态下断路体21的安全导向，因为带绕圈也还相互嵌套并且相互地对着横向力支撑。高的弯曲刚度具有重要的意义，因为在断开过程中，如果压力弹簧体24已经提升了刷体11并且电流被中断，那么电动机仍滑行，其中这样的滑行能够在未制动的电机中在空转中可以持续例如5至15秒。在这段时间期间通过断路体21与旋转的换向器的接触将横向力作用到压力弹簧体上，该横向力可以由于该强烈的歪斜导致断路体21的断裂。在第四实施例中通过具有高的弯曲刚度的卷簧35对其反作用，通过该高的弯曲刚度通过在电动机的惯性运行中产生的横向力防止了断路体21的断裂，因为卷簧35的各个带绕圈阻止了基于作用的横向力的可能的更强烈的歪斜并且使卷簧35稳定化。此外有利的是，一个这样设计的压力弹簧体24是简单的并且低成本的并且在空腔12内具有小的空间要求。通过将小的带绕圈沉入到单圆锥形卷绕的卷簧35的变得越来越大的带绕圈中产生了在按照图7的预紧的被压缩到一起的状态下结构长度的极大的减小。

在图10中示出的第五实施例中不同于图7至9，卷簧35构成为双锥形。该卷簧35在空腔12中如此地设置，使得一个圆锥形部分在图7和8中向上逐渐变细，而另一圆锥形的弹簧部分向下沿朝向断路体21的方向逐渐变细，如这对于在图7和8中的单圆锥形卷簧35所示出的那样。

在所有的实施例中至少一个压力弹簧体24由金属、特别是弹簧钢形成。在单个类型的压力弹簧体24的选择中可以借助部分商业中通用的部件，由此用于压力弹簧体24的花费很少。

Claims (10)

1.一种具有断路装置的碳刷，其在刷体（11）的一个空腔（12）中具有一个由电绝缘的材料构成的断路体（21）和一个预紧的、弹簧弹性地对所述断路体（21）加载的压力弹簧体（24），其特征在于，所述压力弹簧体（24）连同所述断路体（21）被构成为具有小的轴向长度的短部件。

2.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，所述压力弹簧体（24）由至少一个具有多个弹簧绕圈（26至28）的弹簧（25；35）形成，所述弹簧绕圈至少在预紧的、被压缩在一起的状态中在缩短的情况下至少部分地相互嵌套。

3.根据权利要求2所述的碳刷，其特征在于，所述弹簧绕圈（26至28）沿轴向方向具有分级的或连续减小的直径，其中较小的弹簧绕圈在缩短的情况下至少部分地接收在紧接着的较大的弹簧绕圈中。

4.根据权利要求1至3之一所述的碳刷，其特征在于，所述压力弹簧体（24）被构成为具有圆锥形或双锥形卷绕的弹簧绕圈（26至28）的螺旋弹簧。

5.根据权利要求1至3之一所述的碳刷，其特征在于，所述压力弹簧体（24）由至少一个卷簧（35）形成，其由竖立的扁平材料或带（36）卷绕而成，其中在预紧的被压缩到一起的状态中所述弹簧绕圈（26至28）、特别是带绕圈至少基本上螺旋形地相互嵌套并且所述弹簧长度被大约缩短到所述扁平材料、特别是带（36）的宽度。

6.根据权利要求5所述的碳刷，其特征在于，所述卷簧（35）是单圆锥形或双锥形的。

7.根据权利要求1至6之一所述的碳刷，其特征在于，包含压力弹簧体（24）和断路体（21）的空腔（12）在端部上通过一个分隔盘（13）和随后的夯实部（14）封闭，所述压力弹簧体（24）支撑在其上。

8.根据权利要求7所述的碳刷，其特征在于，所述空腔（12）在端部上在所述夯实部（14）的区域中具有一个带有比所述空腔（12）更大的直径的空隙（17）并且在所述空隙（17）中接收有具有变大的圆周面和减小的轴向厚度的分隔盘（13）和夯实部（14）。

9.根据权利要求7或8所述的碳刷，其特征在于，所述压力弹簧体（24）的轴向端部（29、30）构成为平面的贴靠面用于在一个端部上平面地贴靠在所述断路体（21）上而在另一端部上平面地贴靠在所述分隔盘（13）上。

10.根据权利要求1至9之一所述的碳刷，其特征在于，所述压力弹簧体（24）由金属、特别是弹簧钢制成。

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