DE10054537A1

DE10054537A1 - Bürstenanordnung für Elektromotoren

Info

Publication number: DE10054537A1
Application number: DE10054537A
Authority: DE
Inventors: Herbert Grabner
Original assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Current assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2002-06-06
Also published as: WO2002037619A1; AU2002212360A1

Abstract

Beschrieben wird eine Bürstenanordnung für einen Elektromotor. Eine Kohlebürste (1) ist in einem Bürstenhalter (5) verschiebbar aufgenommen und liegt im Betrieb mit ihrer Stirnseite am Kollektor des Elektromotors an und wird in Radialrichtung durch Federmittel gegen den Kollektor gepreßt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Bürstenelement (1) spielfrei in dem Bürstenhalter (5) aufgenommen und wird durch Federelemente (7, 9), die eine Haltekraft auf das Bürstenelement (1) ausüben, im Halter (5) gehalten. Die Anpreßkraft der Anpreßfedermittel ist um die aus der Haltekraft resultierende Reibungskraft erhöht, um eien ausreichenden Anlagedruck des Bürstenelementes am Kommutator zu gewährleisten. DOLLAR A Durch die spielfreie federnde Lagerung des Bürstenelementes (1) im Bürstenhalter (5) und durch die daraus resultierenden Halte- und Reibungskräfte wird verhindert, daß sich das Bürstenelement im Bürstenhalter verkantet und daß im Betrieb "Rattern" auftritt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenanordnung für Elektromotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei diesen Bürstenanordnungen (z. B. EP-A-0 614 251) ist ein Bürstenelement, im allgemeinen eine Kohlebürste, mit Spiel in einem Bürstenhalter verschiebbar aufgenommen und kann über Anpreß-Federmittel gegen den Kollektor des Elektromotors gepreßt werden. Dieses Bewegungsspiel ist sowohl in tangentialer als auch in axialer Richtung des Kollektors bzw. des Elektromotors vorhanden, damit die Kohlebürste im Verschleiß ablaufen kann. Bei Berücksich tigung möglicher Wärmedehnungen im Betrieb wird das Laufspiel entsprechend groß gewählt, damit es zu keinem Festklemmen der Kohlebürste im Bürstenhalter kommen kann.

Zwischen Bürstenhalter und Kohlebürste können im Be trieb, einerseits durch die Reibung zwischen Kohlebürste und Kollektor und andererseits durch den Antrieb selbst, Vibrationen an der Kohlebürste auftreten, die nicht zu verhindern sind. Diese Vibrationen der Kohlebürste füh ren zu einem Springen ("Rattern") der Kohlebürste im Bürstenhalter und verursachen damit eine starke Störung des Kontaktes zwischen Kohlebürste und Kollektor bzw. Schleifring. Diese Störungen des Kontaktes zwischen Koh lebürste und Kollektor bzw. Schleifring verursachen wie derum eine drastische Verschlechterung der Kommutierung am Kollektor und somit einen Lebensdauerverlust der Koh lebürste sowie eine schwere Beschädigung des Kollektors bis hin zum Totalausfall des Motors.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Bürstenanordnung für Elektromotore anzugeben, die sich durch eine hohe Lebensdauer des Bürstenelementes auszeichnet und bei der Rattern zuverlässig vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Bürstenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst; die Unteransprü che betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Er findung.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein im Stand der Technik als nachteilig angesehene Effekt vor teilhaft zur Ausgestaltung einer Bürstenanordnung einge setzt werden kann. Wie eingangs erwähnt, wird durch das Bewegungsspiel des Bürstenelementes im Bürstenhalter versucht, eine Klemmkraft zu vermeiden. Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, das Bürstenelement im Bür stenhalter spielfrei bzw. eingeklemmt zu führen oder elastisch zu lagern. Die daraus resultierende Klemmkraft verhindert zuverlässig, daß das Bürstenelement sich im Bürstenhalter unkontrolliert bewegt bzw. rattert.

Vorteilhafterweise weist der Bürstenhalter Klemm-Mittel auf, die senkrecht zur Verschieberichtung des Bür stenelementes eine definierte Klemmkraft ausüben, wobei die Klemm-Mittel vorzugsweise Federelemente aufweisen. In diesem Fall bleibt die Klemmkraft auch bei Material ausdehnungen aufgrund von thermischen Einwirkungen kon stant; vorteilhafterweise können auch Klemm-Mittel mit einstellbarer Klemmkraft eingesetzt werden.

Wie bei konventionellen Bürstenanordnungen sind Anpreß- Federmittel vorgesehen, die im Betrieb das Bürstenele ment in dessen Verschieberichtung auf den Kollektor oder Schleifring vorspannen. Erfindungsgemäß ist dabei jedoch die Anpreßkraft, die die Anspreß-Federmittel auf das Bürstenelement ausüben um den Betrag der Reibungskraft zwischen dem Bürstenelement und dem Bürstenhalter er höht, der aus der Klemmkraft resultiert.

Da erfindungsgemäß wegen des spielfreien Aufbaus der Bürstenhalter in engen Kontakt mit dem Bürstenelement steht, kann, insbesondere bei geringen Leistungen, der Bürstenhalter selbst als elektrische Zuleitung für das Bürstenelement dienen, so daß auf zusätzliche Leitungen am Bürstenelement verzichtet werden kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der bei gefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b eine schematische Draufsicht auf die Bürstenanordnung,

Fig. 2a und 2b eine schematische Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Perspektivdarstellung der Bürsten anordnung der Fig. 1 und 2 und

Fig. 4a, b, u. c schematische Seitenansichten einer be kannten Bürstenanordnung.

Anhand der Fig. 4a, b und c sollen zunächst die Probleme im Stand der Technik erläutert werden.

Diese Figuren zeigen schematisch einen Bürstenhalter 100, in dem ein Bürstenelement 102 mit Spiel aufgenommen ist. Fig. 3a zeigt die Anordnung einer neuen Bürste bei Motorstillstand, wobei die Bürste 102 durch Federmittel (nicht dargestellt) mit einer Anpreßkraft F_B gegen den Kollektor 200 eines Motors gepreßt wird. Mit t ist das Tangentialmaß der Bürste bezeichnet s bezeichnet das halbe Bürstenspiel im Bürstenhalter 100.

Fig. 3b zeigt die Stellung der Bürste bei Betrieb des Motors. Aufgrund der Reibungskraft F_R zwischen der Kohl bürste 102 und dem Kollektor 200 kommt es zu einer Verkantung des Bürstenelementes 102 im Bürstenhalter 100 um einen Kippwinkel α. Dieser Kippwinkel α vergrößert sich gegen Ende der Standzeit der Kohlebürste 100, wie in Fig. 3c dargestellt ist. Durch den immer größer werden den Kippwinkel α werden die Kontaktverhältnisse zwischen Kohlebürste 100 und dem Kollektor 200 ständig geändert, wodurch die Kommutierung verschlechtert wird; desweite ren wirkt wegen des sich vergrößernden Winkels α nicht mehr die volle Anpreßkraft F_B an der Kontaktstelle zwi schen Bürste 102 und Kollektor 200.

Die Fig. 1a und 1b zeigen eine erfindungsgemäße Bürsten anordnung in Draufsicht. In einem langgestreckten Bür stenhalter 5 ist ein Bürstenelement 1 spielfrei aufge nommen, und zwar an Anlageflächen 20, 21, 21', 22', 23, 23', die eine Verschiebung in axialer Richtung (seitlich in Fig. 1a) bzw. in tangentialer Richtung (vertikal in Fig. 1a) zuverlässig verhindern. Die Anlageflächen 23, 23' sind dabei Endflächen von Federarmen 7, 9, die eine definierte Haltekraft F_H auf das Bürstenelement 1 im Bürstenhalter ausüben.

Fig. 1b entspricht im wesentlichen Fig. 1a, wobei zu sätzlich noch ein Halterträger 13 dargestellt ist, an dem der Bürstenhalter mittels Nieten, Schrauben, Schwei ßen oder dergl. Befestigungsmitteln befestigt ist. Zu diesem Zweck weist der Bürstenhalter 5 eine zusätzliche Sicke 11 zur Aufnahme von Befestigungselementen auf. Desweiteren sind in Fig. 1b der Kollektor 300 sowie eine Zuleitung 3 für das Bürstenelement 1 dargestellt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die erfindungsgemäße Bürsten anordnung in Seitendarstellung bzw. im Schnitt. Durch Anpreß-Federmittel (nicht dargestellt) wird eine Anpreß kraft F_B auf die dem Kommuntator auf 200 abgewandte Stirnseite des Bürstenelementes 1 ausgeübt. Einer Bewe gung des Bürstenelementes 1 in Richtung auf den Kommuntator 200 wirkt eine Reibungskraft F_RH entgegen, die aus der Klemmkraft (2 × F_H) der Federarme 7, 9 resultiert. Um eine definierte Andruckkraft F'_B der Kohlebürste an den Kollektor 200 zu gewährleisten, wird deshalb die An preßkraft F_B der Anpreß-Federmittel so gewählt, daß sie um den Betrag der Reibungskraft F_RH größer ist als die Andruckkraft F'_B, d. h. FB = F'_B + F_RH.

Für geringere Anschlußleistungen ist es nicht erforder lich, separate Anschlußleitungen 3 (vgl. Fig. 1b, Fig. 3) vorzusehen; in diesem Fall kann der Bürstenhalter 5 selbst als elektrische Zuleitung für das Bürstenelement 1 dienen, ggf. über den Bürstenhalterträger 13.

Es ist offensichtlich, daß die Kohlbürste ohne Spiel s geführt wird und daher auch nicht im Bürstenhalter unter Einfluß der Reibungskraft F_R zwischen Kollektor und Bür stenelement 1 kippen kann. Das Bürstenelement wird da durch auch bei steigendem Bürstenverschleiß ständig in der gleichen Position zum Kollektor 200 gehalten (Kipp winkel α = 0), wodurch sich auch die Kontaktverhältnisse nicht ändern und damit auch die Kommutierung nicht nega tiv beeinflußt wird.

Die Anpreßkraft F_B kann wie bisher durch einen zylinde rische Druckfeder, eine Spiralfeder (Uhrwerksfeder) oder über eine Zugfeder, die über einen Hebelarm wirkt, auf die Stirnseite des Bürstenelementes 1 aufgebracht wer den.

Als Materialien für den Bürstenhalter können Federstahl, Federbronze oder auch Kunststoff etc. verwendet werden, wobei natürlich beim Einsatz als Zuleitung elektrisch leitende Materialien eingesetzt werden müssen.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Federarme 7, 9 einstückig mit dem Bürstenhalter 5 ausgebildet.

Demgegenüber könnte in Betracht gezogen werden, Fe derelemente oder andere elastische Elemente beispiels weise an einer durch Schrauben oder dergl. bewegbaren Halterung zu befestigen, deren Abstand in Bezug auf das Bürstenelement 1 veränderbar ist. Durch Veränderung des Abstandes der Halterung von dem Bürstenelement 1 kann dann die Lage der Federelemente relativ zum Bürstenele ment 1 und damit die ausgeübte Federkraft F_H eingestellt werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die hier verwendeten Bezeichnungen "axial", "radial" und "tangen tial" sich jeweils auf die Ausrichtung des Kollektors bzw. des Motors beziehen, wobei das Bürstenelement in Umfangsrichtung des Motors am Kollektor anliegt. Die er findungsgemäße Anordnung ist selbstverständlich auch dort einsetzbar, wo Bürstenelemente an der Stirnseite des Motors am Kollektor bzw. an Schleifringen angreifen.

Schließlich sei noch erwähnt, daß die erfindungsgemäße Bürstenanordnung im Prinzip für alle Elektromotoren ge eignet ist, bevorzugt jedoch für elektrische Kleinmoto ren, Motoren für elektrische Haushaltsgeräte, Anlasser motoren und dergl. bis in einen Bereich von vorzugsweise 8 kW eingesetzt wird.

Claims

1. Bürstenanordnung für einen Elektromotor mit einem Bürstenelement (1), das verschiebbar an einem Bürsten halter (5) aufgenommen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das Bürstenelement (1) in dem Bürstenhalter (5) spielfrei geführt ist.

2. Bürstenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenhalter (5) Klemm-Mittel aufweist, die eine Klemmkraft (F_H) auf das Bürstenelement (1) senkrecht zu dessen Verschiebe richtung ausüben.

3. Bürstenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm-Mittel Fe derelemente (7, 9) sind.

4. Bürstenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm-Mittel einstellbar sind und eine einstellbare Klemmkraft (F_H) ausüben.

5. Bürstenanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch Anpreßfeder mittel, die in Verschieberichtung des Bürstenelementes (1) eine Anpreßkraft (F_B) ausüben, wobei die Anpreßkraft (F_B) größer ist als die aus der Klemmkraft resultierende Reibkraft (F_RH) zwischen dem Bürstenhalter (5) und dem Bürstenelement (1).

6. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenhalter (5) als elektrische Zuleitung für das Bür stenelement (1) dient.

7. Elektromotor mit mindestens einer Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.