CN103181038B - 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），所述碳刷在刷体（11）的一个空腔（12）中具有一个由电绝缘材料制成的断路体（21），所述断路体具有一个预紧的、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）和/或断路体（21）由塑料制成。

Description

具有断路装置的碳刷

技术领域

本发明涉及一种具有断路装置的碳刷。

背景技术

这类碳刷是已知的(DE 1 679 529 U1)，其中压力弹簧体由一个弹簧钢制的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圈上下贴靠并且弹簧被预紧成块。由此确定刷体的最大可用的磨损路程，该磨损路程由刷体的可能的理论磨削路程相对于断路装置的真实有效长度的比得出。比刷体的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。圆柱形的金属螺旋弹簧作为压力弹簧体是成本低廉且可能有缺陷，例如破裂。它们具有小的抗弯刚度。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从而损坏螺旋弹簧以及导致断路体由于过强的位置倾斜而断裂。在这两种情况中可能引起换向器的损坏直至电动机的完全破坏。

发明内容

根据本发明的具有断路装置的碳刷具有优点，即由于塑料材料，碳刷的成本降低并且此外也能够实现断路装置的较短的、紧凑的结构形式。塑料材料还具有用于不同设计形式的被易化的造型。由此还为以下情况创造前提条件，即部件压力弹簧体和断路体可以被构造为一体的部件。在一体的构型中能够一方面对于压力弹簧体和另一方面对于断路体使用不同的塑料材料，其中，断路装置也可在两组分方法中制造。因为塑料材料由于可弹动的特性在相应的构型中具有密封的作用，所以在某些情况中能够消除上侧的分隔盘，分隔盘否则在金属弹簧时是必须的，由此在夯实时没有金属粉末进入到刷体的空腔中，由此能够闭锁那里的金属弹簧。通过由塑料制成的能弹动的压力弹簧体的相应的构型，它的抗弯刚度与圆柱形的金属螺旋弹簧相比也可以被提高，从而压力弹簧体也可以承受大的横向力而没有较强烈的位置倾斜，由此可靠地避免了在电动机的换向器上、在碳刷上和在电动机的其它部件上的损伤并且省去了由此导致的维修成本。

碳刷的有利扩展构型规定，压力弹簧体由热塑性塑料制成。在此压力弹簧体和断路体也可以统一为一个由塑料制成的在材料上一体的部件。这样的一体的部件作为断路装置是特别简单且成本低廉的。根据该构型，其中断路装置的轴向尺寸可以被保持得很小并且由此也进一步增大碳刷的可用的磨损长度，具有所有由此得到的优点。

另一种有利的实施方式规定，压力弹簧体由弹性体制成。在该情况中也可能有利的是，压力弹簧体和断路体被构造为一个一体的部件。

另一种有利的实施方式规定，压力弹簧体由至少一个由塑料材料制成的弹簧构成。在此弹簧例如可以被构造为膜盒或具有弹簧绕圈。在此可能有利的是，弹簧绕圈在预紧的、压缩在一起的状态中在弹簧缩短的情况下至少部分地彼此嵌套。由此能够实现在压力弹簧体的区域中在预紧状态中的缩短，结果是，实现碳刷的可用磨损长度的增大。显然，即便在这样构成的压力弹簧体中压力弹簧体能够与由塑料制成的断路体统一为一个在材料上一体的部件。一体部件的表示压力弹簧体的部分和另一个形成断路体的部分的不同材料是可能的，其中，能够实现在两组分方法中的制造。

还可能有利的是，压力弹簧体在相对于在其上安设的夯实部密封的情况下封闭刷体的空腔的端部。由此能够消除特殊的分隔盘。这导致断路装置的轴向尺寸的减少并且由于省去了分隔盘也减少了成本。断路装置由此更紧凑。为了使空腔相对于金属粉末在夯实时的材料进入被密封，利用了塑料材料的密封作用。

此外可能有利的是，压力弹簧体由塑料泡沫体构成。这样的压力弹簧体由发泡的塑料制成并且具有足够弹性的特性。压力弹簧体在此能够例如由可压缩的聚氨酯泡沫构成并且在作为一体部件的构造中具有大致圆柱形的本体，该本体作为弹簧缓冲作用并且在下端部上在一体构型中形成在两部分构型中的断路体的部分。由此实现特别的简化。断路装置的所需部件的数量被减少到该一体的塑料泡沫体，它由于密封特性也使得夯实部下方的分隔盘是多余的。仅仅塑料泡沫体位于刷体的空腔中，其中，该空腔在上端部上借助夯实部封闭，夯实部接收用于塑料泡沫体的支撑力。

还可能有利的是，压力弹簧体本身仅仅或者以与断路体一体的部件形式被构造为空心体或实心体。

还可能有利的是，压力弹簧体在一个端部上具有一个与其一体的圆柱形的凸台，该凸台作为压入件被压入到空腔中并且在其中密封地且固定地通过压力连接保持。由此，塑料材料的弹性特性不仅被用于空腔的密封而且被用于压入到空腔中，由此借助压力连接在附加密封的情况下将压力弹簧体这样固定地与刷体连接，使得通过压力连接也接收压力弹簧体的支撑力。

附图说明

本发明根据在附图中所示的实施例在下面的说明书中详细阐述。其分别以示意图示出：

图1示出根据第一实施例的具有断路装置的碳刷的一部分在压力弹簧体被张紧的情况下的具有部分侧视图的示意性剖面；

图2示出在图1中碳刷的在压力弹簧体被卸载的情况下的示意性剖面；

图3示出根据第二实施例的具有断路装置的碳刷的一部分在压力弹簧体被张紧的情况下的具有部分侧视图的示意性剖面；

图4示出在图3中碳刷的在压力弹簧体被卸载的情况下的示意性剖面；

图5示出根据第三实施例的具有断路装置的碳刷的一部分在压力弹簧体被张紧的情况下的具有部分侧视图的示意性剖面；

图6示出在图5中碳刷的在压力弹簧体被卸载的情况下的示意性剖面；

图7示出根据第四实施例的具有断路装置的碳刷的一部分在压力弹簧体被张紧的情况下的具有部分侧视图的示意性剖面。

具体实施方式

在图1和2中示出一个具有断路装置20的碳刷10的第一实施例。这种碳刷10以已知方式建立与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(EP 0 937 320 B1)。

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阻止在夯实过程中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剩余的磨损路程作为真实的可用长度。当磨损路程被超过时，需要更换碳刷10。

根据第一实施例并且根据本发明的压力弹簧体24由塑料构成并且能弹动。它例如由弹性体制成。在此，压力弹簧体24具有弹簧25的构型，其中，该弹簧25例如被构造为膜盒26，膜盒的壁27是波浪形的，由此得到肋状的凸起，这些凸起或者相对于纵向中心轴线大致环形地且相互平行地延伸或者螺旋形地延伸。弹簧25例如被构造为空心体。在压力弹簧体24的在图中的下端部上固定断路体21。空腔12的上端部借助分隔盘13封闭，夯实部14设置在分隔盘上面。由塑料制成的压力弹簧体24的构型由于塑料材料的密封作用而能够在分隔盘13上密封并且使压力弹簧体24直接以上端部用作密封元件。如果在压力弹簧体24的上端部上一体地成形上一个尤其是圆柱形的凸台，则压力弹簧体24能够以该凸台从上方压入到空腔12中。凸台这样地被确定尺寸，即它借助压力连接保持在空腔12中并且由此取代夯实部14，这导致进一步的简化。

断路体21可以由绝缘材料、尤其是塑料制成，例如由纤维强化的塑料制成。

在另一种未示出的且特别有利的实施例中，根据图1和2的压力弹簧体24和断路体21被统一为一个在材料上一体的由塑料制成的部件。这在轴向尺寸方面以及在成本方面是特别有利的，因为一体的元件21、24是特别低廉的并且由此也减少了断路装置20的所需的部件的数量。在一体的构型中，也能够根据2K方法由不同塑料材料制造一体的部件21、24。在作为膜盒26的构型中，压力弹簧体24是空心体。人们发现，其它的造型也在技术人员的知识中，其中压力弹簧体24和/或断路体21由塑料构成。

在图3和4中所示的第二实施例中，压力弹簧体24又由塑料制成并且能弹动。它可以由热塑性的塑料制成。压力弹簧体24被构造为具有多个弹簧绕圈28、29、30的大致圆柱形的螺旋弹簧25，其中，弹簧绕圈螺旋形地延伸。替代地，根据图3和4的压力弹簧体24也可以具有这样的弹簧绕圈，它们至少在预紧的、被压缩在一起的状态中在压力弹簧体24缩短的情况下至少部分地相互嵌套。在图3和4中在空腔12的上端部上示出一个分隔盘13，当弹簧25能够使空腔12不因为由其材料引起的密封能力相对于夯实部14的材料密封时，该分隔盘是必须的。压力弹簧体24和断路体21统一为一个在材料上一体的由塑料制成的部件并且由此是断路装置20的一体的部件。这种一体的部件21、24的塑料材料是电绝缘的并且由此对于断路体21和压力弹簧体24的一体构型是最合适的。在这里弹簧25也可以在上端部上具有密封的、圆柱形的、与其一体的凸台作为分隔盘13和夯实部14的代替品，该凸台作为压入件密封地且固定地被压入到空腔12中并且密封以及接收弹簧25的支撑力。

在图5和6中所示的第三实施例中，断路体21和压力弹簧体24同样统一为一个由塑料制成的一体部件，其中，该一体的部件在此由一个塑料泡沫体组成，例如由可压缩的、能弹动的聚氨酯泡沫组成。由断路体21和压力弹簧体24组成的一体部件可以在此构造为空心体或由实心体构成。由图5和6可见，在该实施例中分隔盘13不存在。空腔12的端部通过一体的由塑料制成的部件21、24的由材料引起的密封特性被密封。

在图7中示出的第四实施例与图5和6的实施例的区别在于，压力弹簧体24在图中的上端部上具有一个与其一体的圆柱形的凸台31，该凸台作为压入件被压入到空腔12中。由此一方面实现对空腔的密封并另一方面通过压力连接实现压力弹簧体24在刷体11中的可靠固定，通过压力连接接收支撑力。夯实部15在此是多余的。断路装置20由此特别简单，因为他被减少到一个唯一的要插入到空腔12中的部件。

通过使压力弹簧体24和断路体21由塑料构成并且在此例如以特别有利的方式实施为一个一体的部件，能够明显减少断路装置20的所需的部件的数量。断路装置20由此明显简化、紧凑且成本低廉。

Claims (10)

1.具有断路装置的碳刷，所述碳刷在刷体(11)的一个空腔(12)中具有一个由电绝缘材料制成的断路体(21)，所述断路体具有一个预紧的、弹簧弹性地对所述断路体(21)加载的压力弹簧体(24)，其中，在所述压力弹簧体(24)和断路体(21)中至少所述压力弹簧体(24)由塑料制成，其特征在于，所述压力弹簧体(24)在一个端部上具有一个与其一体的圆柱形的凸台(31)，所述凸台作为压入件被压入到空腔(12)中并且通过压力连接密封地且固定地被保持在空腔中，其中，所述压力连接由塑料材料的弹动特性引起。

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)由热塑性塑料制成。

3.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)由弹性体制成。

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)由至少一个弹簧(25)构成。

5.根据权利要求4所述的碳刷，其特征在于，所述弹簧(25)被构造为膜盒(26)或者具有弹簧绕圈(28至30)。

6.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)在相对于在其上被装入的夯实部(14)的材料进入密封的情况下封闭所述空腔(12)的端部。

7.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)由塑料泡沫体制成。

8.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)被构造为空心体或实心体。

9.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)和所述断路体(21)被统一为一个在材料上一体的、由塑料制成的部件，其中，表示断路体的部分也由塑料制成。

10.根据权利要求5所述的碳刷，其特征在于，所述弹簧绕圈(28至30)能够在预紧的、压缩在一起的状态中在弹簧(25)缩短的情况下至少部分地彼此嵌套。