DE102004004275A1

DE102004004275A1 - Bürstenköcher für eine dynamo-elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004004275A1
Application number: DE102004004275A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schach; Jörg SKRIPPEK
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-18
Also published as: WO2005074079A1; KR101072149B1; CN1918755A; EP1711985A1; ES2288294T3; US7671507B2; KR20060117993A; ATE365990T1; DE502005000943D1; EP1711985B1; CN100449886C; US20090021103A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenköcher (3), eine Bürste (11) und eine Stromübertragungseinheit für eine dynamo-elektrische Maschine mit einem Kommutator (7), insbesondere für einen Elektromotor, wobei die Stromübertragungseinheit mindestens aus der Bürste (11), die insbesondere als Mehrschichtkohlebürste ausgeführt ist, und aus dem Bürstenköcher (3) besteht. Der Bürstenköcher (3) ist derartig gestaltet, dass der Abstand (I1) zwischen der Bürste (11) und dem Bürstenköcher (3) in einem vorderen Führungsbereich geringer als der Abstand (I2) in einem hinteren Führungsbereich ist. Durch eine solche Gestaltung des Bürstenköchers (3) wird ein Schlagen der Bürste (11) an den Bürstenköcher (3) deutlich vermindert und ein durch das Schlagen verursachtes Geräusch vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bürstenköcher für eine Stromübertragungseinheit einer dynamo-elektrischen Maschine mit einem Kommutator, insbesondere für einen Elektromotor, wobei der Bürstenköcher, der insbesondere aus Metall ausgeführt ist, Führungsbereiche zur Führung einer zur Längserstreckung verschiebbaren Bürste aufweist, die insbesondere als Mehrschichtkohlebürste ausgeführt ist, und zwischen den Führungsbereichen und der Bürste quer zur Längserstreckung der Bürste ein Abstand vorhanden ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Bürste für den Bürstenköcher, eine Stromübertragungseinheit für eine dynamo-elektrische Maschine mit dem Bürstenköcher und/oder der Bürste bzw. eine dynamo-elektrische Maschine mit einer solchen Stromübertragungseinheit und ein Verfahren zur Herstellung des Bürstenköchers.
Die Stromübertragungseinheit stellt ein sogenanntes Gleitkontaktsystem dar, das eine elektrische Verbindung zwischen einer Stromversorgung bzw. Außenanschlüssen der dynamo-elektrischen Maschine und Wicklungen eines Läufers sicherstellt. Dazu ist in bekannten dynamo-elektrischen Maschinen, wie elektrische Motoren, eine Anordnung mit räumlich feststehenden Bürsten, die üblicherweise aus Kohle bestehen und in schleifendem Kontakt mit einem drehbaren Kommutator stehen, vorgesehen. Der Kommutator besteht aus einzelnen elektrisch leitenden Lamellen, die mit den Wicklungen des Läufers verbunden sind. Auf den Lamellen gleitet die Bürste zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen den Lamellen und Bürste entlang.
Es sind unterschiedliche Bauformen von Stromübertragungseinheiten bekannt. Eine dieser Bauformen sieht vor, dass in einem räumlich feststehenden Bürstenköcher, der auch als Bürstenführung oder Bürstenhülse bezeichnet wird, eine Bürste gleitend geführt wird. Die Bürste ist in Richtung auf den Kommutator hin, also in einer radialen Richtung, mit einer Feder belastet. Dadurch wird eine im wesentlichen gleichbleibende Andrückkraft der Bürste auf den Kommutator sichergestellt. Ebenso wird die Bürste mittels der Federkraft innerhalb des Bürstenköchers nachgeführt, um einen Verschleiß der Bürste auszugleichen.
Insbesondere bei Wechselstrom-Motoren, beispielsweise bei Wechselstrom-Universalmotoren, werden bei den bekannten Stromübertragungseinheiten sogenannte Mehrschichtkohlebürsten eingesetzt. Solche Mehrschichtkohlebürsten weisen zwischen einzelnen Kohleschichten hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schichten zur Reduzierung sogenannter Querströme oder Kurzschlussströme innerhalb der Bürste auf. Solche Querströme können auftreten, wenn eine Bürste mit zwei benachbarten Lamellen des Kommutators in Kontakt ist oder wenn eine Bürste bzw. einzelne Bürstenschichten mit einem elektrisch leitenden Bürstenköcher derartig in Kontakt kommen, dass sich quer zur Bürste ein Strom ausbilden kann. Elektrisch leitende Bürstenköcher, die aus meist Metall sind, werden auf Grund ihrer preiswerten Herstellung häufig in dynamo-elektrischen Maschinen eingesetzt. Zur Vermeidung eines Kontaktes zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher, wobei sich ein Querstrom in der Bürste ausbilden kann, weisen solche Bürstenköcher ein relativ großes seitliches Spiel zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher auf. Beispielsweise ist eine Kohlebürste eines Wechselstrom-Universalmotors einer Waschmaschine in ihrer Quererstreckung üblicher Weise um 0,04 bis 0,05 mm schmaler als der in dieser Quererstreckung zugeordnete innere Führungsbereich des Kohlebürstenköchers. Bei einer mittig in dem Kohlebürstenköcher liegenden Kohlebürste beträgt somit in einem solchen Fall das relativ große Spiel zwischen Kohlebürste und Kohlebürstenköcher beidseitig 0,02 bis 0,025 mm.
Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Bürste verschließt die Bürste, in dem sie abgerieben wird. Der dabei entstehende Bürstenstaub gelangt zwischen die Bürste und den Bürstenköcher. Damit die Bürste nicht durch den Bürstenstaub im Bürstenköcher verklemmen kann oder durch die teilweisen unverbrannten und somit elektrisch leitende Staubpartikel keine Querströme in der Bürste verursacht werden, ist ebenfalls ein großes seitliches Spiel zwischen Bürste und Bürstenköcher günstig. Staubpartikel, die in den Zwischenraum zwischen Bürste und Bürstenköcher gelangen, können bei einem großen Spiel leicht wieder entweichen.
Nachteilig an dem großen Spiel ist, dass während des Betriebs der dynamo-elektrischen Maschine ein Geräusch entsteht. Sobald die Bürste auf eine Lamellenkante trifft, schlägt die Bürste an den Innenwänden des Köchers an. Hierbei schlägt die Bürste pro Lamelle jeweils zweimal an.
Eine bekannte Lösung zur Vermeidung der Geräusche sieht vor, die mit Lamellen versehende Kommutatoroberfläche beispielsweise durch sogenanntes Bimsen oder Feinschleifen zusätzlich zu bearbeiten. Bei dem Nachbearbeiten des Kommutators entstehen wieder Staubpartikel, die aufwendig entfernt werden müssen, damit diese Staubpartikel nicht wiederum ein Bürstenklemmen verursachen können.
Ein Bürstenköcher, der insbesondere zur Führung von Mehrschichtkohlebürsten geeignet ist und quer zu der zu führenden Kohlebürste einen Abstand aufweist, ist aus der DE 101 57 604 A1 bekannt. Der Bürstenköcher ist aus verzinnten Stahlblech gefertigt und mit einer Isolationsschicht überzogen. Die in dem Bürstenköcher aufgebrachte Isolationsschicht dient zur Vermeidung eines Kurzschlussstromes bzw. Querstromes zwischen einzelnen Schichten einer Mehrschichtkohlebürste. Als Isolationsschicht wird ein Lack wie Phenolharz-, Epoxidharz- oder Polystyrollack auf das Stahlblech des Kohlebürstenköchers aufgebracht. Bei der Verwendung einer solchen Isolation zwischen dem Kohlebürstenköcher und der Mehrschichtkohlebürste kann der Zwischenraum bzw. das Spiel zwischen dem Bürstenköcher und der Kohlebürste eng toleriert werden. Durch ein solches enges Spiel wird ein Schlagen der Kohlebürste an den Bürstenköcher vermieden. Nachteilig an dem geringen Spiel ist, dass der Bürstenstaub, der in den Zwischenraum gelangt, sich im Zwischenraum festsetzen kann, wodurch die Bürste im Bürstenköcher verklemmt oder die Schichten der Bürste durch unverbrannten Bürstenstaub kurzgeschlossen werden. Darüber hinaus kann eine solche Isolationsschicht thermisch und mechanisch nicht so stark belastet werden, wie eine reine Metallführung.
Andererseits wird im Stand der Technik gemäß der US 2 430 279 eine Anordnung vorgeschlagen, bei der mittels eines Kugel-Feder-Elementes, das mit der Bürste verbunden ist, die Bürste seitlich gegen eine Bürstenköcherwand vorzuspannen. Nachteilig an dieser Ausführung ist jedoch, dass die zur Nachführung der Bürste innerhalb des Bürstenköchers vorgesehene Feder eine deutlich höhere Federkraft aufweisen muss, als es bei Ausführungsformen der Fall ist, die ein Spiel zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher vorsehen. Die benötigte Federkraft zur Überwindung der Reibung zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher kann jedoch zu einem höheren Verschleiß der Bürste an dem Kommutator führen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kohlebürstenköcher und/oder eine Kohlebürste bzw. eine daraus resultierende Stromübertragungseinheit für eine dynamo-elektrische Maschine derartig zu gestalten, dass eine Bürste der Stromübertragungseinheit keine Geräusche verursacht und/oder sich keine Querströme in der Bürste ausbilden können. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bürstenköchers bereitgestellt werden. Dabei soll zum einen die Stromübertragungseinheit so beschaffen sein, dass durch den beim Betrieb entstehenden Bürstenstaub keine Querströme in der Bürste verursacht werden oder die Bürste nicht im Bürstenköcher verklemmen kann, und zum anderen die Stromübertragungseinheit bzw. deren Komponenten kostengünstig und einfach herstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 eines Bürstenköchers, des nebengeordneten Anspruchs 10 einer Kohlebürste, des nebengeordneten Anspruchs 12 einer Stromübertragungseinheit und des nebengeordneten Anspruchs 13 einer dynamo-elektrischen Maschine gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche dargestellt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Bürstenköcher einer dynamo-elektrischen Maschine mit einem Kommutator, wobei der Bürstenköcher Führungsbereiche zur Führung einer zur Längserstreckung verschiebbaren Bürste aufweist und zwischen den Führungsbereichen des Bürstenköchers und der Bürste quer zur Längserstreckung der Bürste ein Abstand vorhanden ist, derartig zu gestalten, dass in einem vorderen dem Kommutator zugewandten Führungsbereich der Abstand in mindestens einer quer zu der Bürste liegenden Längserstreckung geringer als in einem hinteren dem Kommutator abgewandten Führungsbereich ist. Somit kann das Spiel zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher im Bereich, der dem Kommutator zugewandt ist, soweit eingeschränkt werden, dass die Bürste in diesem Bereich nahezu spielfrei geführt wird. Ein Schlagen der Bürste an den Bürstenköcher beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Stromübertragungseinheit wird verhindert, wenn das Spiel in einer Ausrichtung, die tangential zum Kommutator liegt, eingeschränkt ist. Ein nach DIN 43008 vorgegebenes Spiel für eine Stromübertragungseinheit kann eingehalten und sogar unterschritten werden. Eine Ausbildung von Geräuschen durch ein Schlagen der Bürste kann somit wirksam verhindert werden. Weiter haben Versuche gezeigt, dass bei einer derartigen Ausführung ein großes querliegendes Spiel zwischen dem hinteren dem Kommutator abgewandten Führungsbereich und der Kohlebürste vorhanden sein kann, ohne dass die Bürste beim Betrieb an den Köcher schlägt. Das große Spiel im hinteren Führungsbereich ist vorteilhaft, da somit ausreicheichend Raum für gegebenenfalls anfallenden Bürstenstaub vorhanden ist. Ein sogenanntes Verklemmen der Bürste in dem Bürstenköcher kann dadurch wirksam ausgeschlossen werden. Weiterhin wird durch eine derartige Gestaltung des Bürstenköchers eine einfache Montage der Stromübertragungseinheit ermöglicht, da die Bürste bei der Montage der Stromübertragungseinheit leicht in den Bürstenköcher eingeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, weist der Bürstenköcher im vorderen Führungsbereich einen zur Führung der Bürste maßgeblichen Abstand bzw. ein Spiel zwischen Bürste und Bürstenköcher auf, der bzw. das im vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers um mindestens 0,005 mm geringer ist als im hinteren Führungsbereich. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass bei einer nahezu spielfreien Führung der Bürste im vorderen Führungsbereich ein hinreichend großes Spiel im hinteren Führungsbereich des Bürstenköchers vorhanden ist. Versuche haben gezeigt, dass ein um mindestens um 0,005 mm größeres Spiel im hinteren Führungsbereich ausreicht, um ein Verklemmen der Bürste im Bürstenköcher bei einem Betrieb in einer dynamo-elektrischen Maschine vermieden werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei der eine Führungsebene, die durch den vorderen und hinteren Führungsbereich einer ersten Wand des Bürstenköchers gebildet ist, zu einer Führungsebene geneigt ist, die durch den vorderen und hinteren Führungsbereich einer zweiten Wand gebildet ist, wobei die zweite Wand der ersten Wand gegenüberliegt. Bei einer derartigen Ausgestaltung können bisherige Fertigungsanlagen für Bürstenköcher weiter verwendet werden, da beispielsweise die erfindungsgemäße Neigung gegenüberliegender Wandabschnitte des Bürstenköchers durch einfaches Nachdrücken von parallel zueinander liegenden Wandabschnitten bzw. Führungsbereichen herkömmlicher Bürstenköcher hergestellt werden kann. Daher kann der Bürstenköcher weiter einstückig gefertigt werden.
Vorzugsweise weist mindestens eine Wand des Bürstenköchers, die die Bürste axial bzw. parallel zur der Drehachse des Kommutators führt, gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung in einem vorderen Bereich des Bürstenköchers mindestens einen Durchbruch und/oder einen Kanal auf. Mittels einer solchen Ausgestaltung des Bürstenköchers kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass anfallender Bürstenstaub, der in den vorderen Bereich des Bürstenköchers gelangt, wieder einfach und vollständig durch den Durchbruch und/oder den Kanal aus dem vorderen Bereich entweicht.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Durchbruch im vorderen Bereich des Bürstenköchers als Schlitz ausgeführt, der am kommutatorseitigem Ende offen ist. Hierdurch wird ein Entweichen des anfallenden Bürstenstaubes zusätzlich begünstigt.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist der Durchbruch des Bürstenköchers gitterförmig gestaltet. Durch eine solche Gestaltungsform kann eine sehr große Öffnungsfläche durch eine Vielzahl von Durchbrüchen im Bürstenköcher realisiert werden, ohne dass die Stabilität des Bürstenköchers durch solche Durchbrüche eingeschränkt wird, da die verbleibenden Stege zwischen den Durchbrüchen noch eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Eine solche Ausgestaltung des Bürstenköchers dient zum schnellen Entweichen von Bürstenstaub.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, dass bei einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung, der vordere Führungsbereich durch eine zur Bürste hin gerichtete Ausformung des Bürstenköchers ausgebildet ist. Da bei einer derartigen Gestaltungsform des Bürstenköchers die Bürste nur noch punkt- oder linienförmig die Führungsbereiche des Bürstenköchers berühren kann, ergeben sich somit nur geringe Führungsflächen des Bürstenköchers. Hierdurch wird die Reibung zwischen Bürste und Bürstenköcher deutlich reduziert, somit wird nur eine geringe Federkraft zum Verschieben der Bürste erforderlich. Eine geringere Federkraft bewirkt zugleich eine Reduzierung des Bürstenverschleißes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die nach innen gerichteten Ausformungen des vorderen Führungsbereiches des Bürstenköchers in Form mindestens einer Sicke und/oder eines Noppens ausgebildet. Solche Ausgestaltungen lassen sich besonders einfach, beispielsweise durch Prägen, herstellen. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung des Bürstenköchers ist es auch, dass in einer näheren Umgebung außerhalb des so geformten vorderen Führungsbereiches des Bürstenköchers ein relativ großes Spiel bzw. einen Abstand zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher möglich ist. Somit können Bürs tenstaubpartikel, die zwischen Bürste und Bürstenköcher gelangen, wieder gut entweichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Bürstenköcher im vorderen Führungsbereich eine hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schicht auf. Durch eine solche Schicht kann eine Ausbildung von Querströmen in der Bürste vermieden werden. Das führt dazu, dass der Bürstenverschleiß während des Betriebes der dynamo-elektrischen Maschine reduziert und somit die Lebensdauer der Bürste verlängert werden kann. Bei bekannten isolierten Bürstenköcher erstreckt sich eine solche Schicht über den gesamten Führungsbereich eines Bürstenköchers. Dem gegenüber kann ein Bürstenköcher gemäß der Weiterbildung der Erfindung kostengünstiger als die bisher bekannten Bürstenköcher gefertigt werden, da nur der vordere Führungsbereich des Bürstenköchers eine elektrisch nicht leitende Schicht aufweist.
Die Erfindung betrifft auch eine Bürste, die für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Bürstenköcher dient. Die vorteilhafte Ausführungsform der Bürste zeichnet sich dadurch aus, dass Bereiche der Bürste, die während eines bestimmungsgemäßen Einsatzes zum Betreiben einer dynamo-elektrischen Maschine den vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers berühren können, eine hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schicht aufweisen. Durch eine solche Schicht kann die Ausbildung von Querströmen in der Bürste verhindert werden. Da nur Teilbereiche der Bürste die elektrisch nichtleitende Schicht aufweisen müssen, kann gegenüber vollflächig beschichteten Bürsten Isoliermaterial eingespart werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die elektrisch nichtleitende Schicht der Bürste aus einem Isolierlack. Ein solcher Lack lässt sich einfach auf die Bürste auftragen, wodurch die Bürste nur unwesentlich verteuert wird.
Weiter betrifft die Erfindung eine Stromübertragungseinheit, die vorteilhafterweise mindestens einen erfindungsgemäßen Bürstenköcher und/oder eine erfindungsgemäße Bürste enthält. Ebenso betrifft die Erfindung eine dynamo-elektrische Maschine mit einer solchen Stromübertragungseinheit, einem erfindungsgemäßen Bürstenköcher und/oder einer erfindungsgemäßen Bürste. Eine solche Stromübertragungseinheit bzw. eine solche dynamo-elektrische Maschine in Form eines Wechselstrom-Universalmotors kann besonders vorteilhaft in einer Waschmaschine eingesetzt werden, da solche Geräte geräuscharm betrieben werden müssen, wobei möglichst kostengünstige Komponenten, beispielsweise ein Antriebsmotor mit einer erfindungsgemäßen Stromübertragungseinheit, für die Herstellung der Waschmaschine verwendet werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bürstenköchers, wobei das Verfahren neben einem Schritt zum Fertigen eines Bürstenköchers vorteilhafterweise einen weiteren Schritt enthält, in dem c er Bürstenköchers in einem Bereich des vorderen Führungsbereiches nachgedrückt oder geprägt wird, so dass sich ein Bürstenköcher ergibt, bei dem der Abstand zu einer zu führenden Bürste in mindestens einer quer zur Bürste liegenden Längserstreckung in einem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers geringer als in einem hinteren Führungsbereich ist.
Die Erfindung sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen und schematischer und nicht maßstabsgerechter Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen
1 einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit und einen Kommutator einer dynamo-elektrischen Maschine mit zueinander geneigten Führungsbereichen,
2 einen querliegenden Schnitt A-A der Stromübertragungseinheit in einem vorderen Führungsbereich,
3 einen querliegenden Schnitt B-B der Stromübertragungseinheit in einem hinteren Führungsbereich,
4 einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit mit zur Bürste hin gerichteten Ausformungen des Bürstenköchers zur Bildung eines vorderen Führungsbereiches,
5 einen querliegenden Schnitt C-C der Stromübertragungseinheit mit zur Bürste hin gerichteten Ausformungen des Bürstenköchers zur Bildung eines vorderen Führungsbereiches
6 eine seitliche Ansicht der Stromübertragungseinheit mit zur Bürste hin gerichteten Ausformungen des Bürstenköchers zur Bildung eines vorderen Führungsbereiches und eine seitliche Ansicht des Kommutators,
7 einen querliegenden Schnitt C'-C' einer Stromübertragungseinheit in einem vorderen Führungsbereich, wobei im Bereich des vorderen Führungsbereiches der Bürstenköcher eine elektrisch nichtleitende Schicht aufweist,
8 und 9 seitliche Ansichten von Stromübertragungseinheiten mit einem Bürstenköcher mit seitlichen Durchbrüchen und einen Schnitt durch den Kommutator,
10 einen querliegenden Schnitt einer Stromübertragungseinheit mit einem Bürstenköcher, der einen Durchbruch aufweist,
11 einen querliegenden Schnitt einer Stromübertragungseinheit mit einem Bürstenköcher, der einen Kanal aufweist,
12 einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit mit einer Bürste, die an außenliegenden Bereichen elektrisch nichtleitende Schichten aufweist, und
13 einen querliegenden Schnitt D-D durch die Stromübertragungseinheit mit einer Bürste, die an außenliegenden Bereichen elektrisch nichtleitende Schichten aufweist.
Die Beschreibung der vorteilhaften Ausführungsbeispiele der Erfindung erfolgt an Hand einer Anwendung in einem Wechselstrom-Universalmotor, der zum Antrieb einer in einem Wäschebehandlungsgerät befindlichen drehbar gelagerten Trommel dient. Die Erfindung ist aber nicht auf eine solche spezielle Ausführung einer dynamo-elektrischen Maschine und der Verwendung der Maschine in dem Wäschebehandlungsgerät beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich vielmehr auf Stromübertragungseinheiten bzw. Bürstenköcher und Bürsten, die in dynamo-elektrischen Maschinen mit einem mechanischen Kommutator einsetzbar sind.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit und durch einen Kommutator 7 eines nicht dargestellten Wechselstrom-Universalmotors, der nachfolgend nur Motor genannt wird. Die Stromübertragungseinheit besteht aus einer Anschlussleitung 1, einer Mehrschichtkohlebürste 11, die zwei elektrisch leitende Schichten 5 und 8 und eine zwischen diesen Schichten befindliche hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schicht 9 aufweist, einer Feder 2 und einem feststehenden Bürstenköcher 3. Die Anschlussleitung 1 ist mit beiden Schichten 5 und 8 der Mehrschichtkohlebürste 11 durch einen gemeinsamen Kontaktpunkt verbunden. Zur Vereinfachung wird die Mehrschichtkohlebürste 11 nachfolgend auch als Bürste 11 bezeichnet. Die Bürste 11 ist in ihrer Längserstreckung, also in Richtung X, in dem Bürstenköcher 3 verschiebbar. Mittels einer durch die Feder 2 bewirkten Kraft wird die Bürste gegen den Kommutator 7 bzw. gegen die auf dem Kommutator 7 befindlichen Lamellen 6 gedrückt. Zusätzlich bewirkt die Feder 2, dass die Bürste 11 entsprechend eines betriebsbedingten Verschleißes der Bürste 11 längs der Richtung X nachgeschoben wird. Die Bürste 11 gleitet bei einer Drehung D des Kommutators 7, der mit einem Rotor des Motors fest verbundenen ist, über die Lamellen 6, die mit einzelnen Wicklungen des Rotors verbunden sind. Somit wird ein elektrischer Kontakt zwischen der Bürste 11 und den Lamellen 6 bzw. den Wicklungen des Rotors hergestellt.
Die Bürste 11 wird von jeweils zwei gegenüberliegenden Innenwänden des Bürstenköchers 3 geführt, dabei ist zwischen der Bürste 11 und den Innenwänden des Bürstenköchers 3 ein Abstand in jeweils einer quer zur Bürste liegenden Erstreckung vorhanden. Die Innenwände bzw. Bereiche der Innenwände des Bürstenköchers 3 stellen sogenannte Führungsbereiche dar. Bei der bevorzugten und in 1 bis 3 dargestellten Ausführung ist sind die Wände 4 und 10 des Bürstenköchers 3 so geformt, dass der Abstand I1 zwischen der Bürste 11 und den Wandabschnitten 4a und 10a in einem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers 3 geringer als der Abstand I2 zwischen der Bürste 11 und den Wandabschnitten 4b und 10b in einem hinteren Führungsbereich ist, dabei bilden die Wandabschnitte 4a und 4b eine Führungsebene 12 und die Wandabschnitte 10a und 10b eine Führungsebene 14. Der vordere Führungsbereich des Bürstenköchers 3 ist dem Kommutator 7 zugewandt und liegt in einer Ebene A-A. Dementsprechend ist der hintere Führungsbereich des Bürstenköchers 3 dem Kommutator 7 abgewandt und liegt in einer Ebene B-B. Ein Schnitt in der Ebene A-A durch den Bürstenköcher 3 und durch die Bürste 11 ist in 2 und ein Schnitt in der Ebene B-B ist in 3 dargestellt. Insbesondere eine Verringerung des Abstandes bzw. des Spiels zwischen der Bürste 11 und dem Bürstenköcher 3 in der tangential zum Kommutator 7 liegenden Richtung Y verringert ein Schlagen der Bürste 11 an den Bürstenköcher 3, wobei vorteilhafterweise eine Verringerung des Spiels im vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers 3 genügt. Die Erfindung ist nicht auf eine solche spezielle Ausgestaltung des Bürstenköchers 3 beschränkt, bei der der Abstand I1 zwischen der Bürste 11 und dem Bürstenköcher 3 im vorderen Führungsbereich in einer tangential zum Kommutator 7 liegenden Richtung (Richtung Y) geringer als der Abstand I2 im hinteren Führungsbereich ist. Der Abstand zwischen der Bürste 11 und dem Bürstenköcher 3 kann auch im vorderen Führungsbereich in einer axialen Richtung (Richtung Z), die quer zur Längserstreckung der Bürste 11 liegt, geringer als in einem hinteren Führungsbereich sein.
Die Kohlebürste 11 eines Motors einer Haushaltwaschmaschine hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Breite von 5 mm. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, den Bürstenköcher 3 einer solchen Kohlebürste 11 derartig zu gestalten, dass die zur Führung maßgebliche Öffnungsweite des Bürstenköchers 3 im vorderen Führungsbereich 5,1 mm beträgt und um 0,02 mm geringer als im hinteren Führungsbereich ist. Der Abstand I1 im vorderen Führungsbereich beträgt somit bei einer mittig im Bürstenköcher 3 befindlichen Bürste 11 beidseitig 0,05 mm und der Abstand I2 im hinteren Führungsbereich beidseitig 0,06 mm. Versuche haben gezeigt, dass beim Betrieb des Universalmotors der Waschmaschine die Bürste 11 deutlich vermindert an den Bürstenköcher schlägt, wenn der zur Führung der Bürste 11 maßgebliche Abstand I1 im vorderen Führungsbereich gegenüber dem Abstand I2 im hinteren Führungsbereich um mindestens 0,005 mm verringert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bürstenköchers 3 ist die durch den vorderen und hinteren Führungsbereich gebildete Ebene 12 einer Wand des Bürstenköchers 3 zur gegenüberliegenden Ebene 14 geneigt, die durch den vorderen und hinteren Führungsbereich der gegenüberliegenden Wand des Bürstenköchers 3 gebildet ist. Bei dem in 1 dargestellten Bürstenköcher 3 sind die gegenüberliegenden Wände 4 und 10 gerade ausgeführt, somit verlaufen die Wände 4 und 10 zueinander geneigt.
Die Darstellungen der 8 und 9 zeigen seitliche Ansichten von Bürstenköchern 3 in zwei verschiedenen vorteilhaften Ausführungsformen, wobei ein Teilbereich des Kommutators 7 in den Darstellungen geschnitten dargestellt ist. 10 zeigt einen Schnitt durch den Bürstenköcher 3 in einem vorderen bzw. kommutatorseitigen Bereich des Bürstenköchers 3. In diesen Ausführungsformen sind Durchbrüche 17, 19 im kommutatorseitigen Bereich der Wände 21 und 22 des Bürstenköchers 3 vorhanden. Dabei sind die Durchbrüche 17, 19 vorzugsweise in gegenüberliegenden Wänden eingebracht, die die Bürste 11 seitlich bzw. axial führen und längs der Richtung Y liegen. Durch diese Durchbrüche 17, 19 kann der Bürstenstaub, der zwischen die Bürste 11 und den Bürstenköcher 3 gelangt, wieder entweichen. Dadurch wird ein Klemmen der Bürste 11 in dem Bürstenköcher 3 durch Bürstenstaub wirksam vermieden. In alternativen Ausführungsformen können die Durchbrüche 17, 19 auch in weiteren Wänden des Bürstenköchers 3 vorhanden sein. In den in 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen ist der Durchbruch 19 des Bürstenköchers 3 schlitzförmig, der am kommutatorseitigen Ende offen ist. Zur Vergrößerung der Öffnungsfläche sind weitere Durchbrüche 17 gitterförmig im vorderen Bereich des Bürstenköchers 3 eingebracht, wobei zwischen den Durchbrüchen 17 und/oder dem Durchbruch 19 Stege 18 verbleiben. Durch diese Stege 18 behält der Bürstenköcher 3 eine ausreichende Steifigkeit.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Bürstenköchers 3, dargestellt in 11, ist im vorderen bzw. kommutatorseitigen Bereich des Bürstenköchers 3 in gegenüberliegenden Wänden 21, 22 jeweils ein Kanal 20 eingeformt. Dabei zeigt die 11 einen Schnitt durch die Bürste 11 und den Bürstenköcher 3 in einer Ebene, die dem Kommutator zugewandt ist. Die Kanäle 20 sind vorzugsweise in Wänden eingebracht, die die Bürste 11 axial führen und längs der Richtung Y liegen. Anfallender Bürstenstaub kann über solche Kanäle wieder aus dem Raum zwischen Bürste 11 und Bürstenköcher entweichen.
Bei der in 4 bis 6 dargestellten Ausgestaltung des Bürstenköchers 3 hat der Bürstenköcher 3 im kommutatorseitigen Bereich zur Bürste 11 hin gerichtete Ausformungen 13, 15 an gegenüberliegenden Wänden 4' und 10' des Bürstenköchers 3. Die innenliegenden Flächen der Ausformungen 13, 15 stellen vordere Führungsflächen bzw. Führungsbereiche für die Bürste 11 dar. Die Ausformungen 13 bilden mit dem hinteren Führungsbereich der Wand 4' des Bürstenköchers 3 die Führungsebene 12 und die Ausformungen 15 bilden mit dem hinteren Führungsbereich der entsprechend gegenüberliegenden Wand 10' die Führungsebene 14. Bei dieser Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, dass gegenüberliegende Wände des Bürstenköchers 3 im wesentlichen parallel sein können, wobei durch die Ausformungen 13, 15 der Abstand I1 zwischen der Bürste 11 und dem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers 3 geringer als der Abstand I2 zwischen der Bürste 11 und dem hinteren Führungsbereich des Bürstenköchers 3 ist.
Wie in 4 und 5 dargestellt, ist der Bürstenköcher 3 derartig gefertigt, dass die Ausformungen 13 und 15 des Bürstenköchers 3 noppenartig sind. Zur Bildung eines vorderen Führungsbereiches sind auch alternative Ausgestaltungen von Ausformungen des Bürstenköchers 3, wie ein oder mehrere Sicken, möglich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung hat der Bürstenköcher 3 im Bereich des vorderen Führungsbereiches eine hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schicht 16, die der Bürste 11 zugewandt ist. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der Oberfläche der zur Bürste 11 hin gerichteten Ausformungen 13, 15 des Bürstenköchers ein Isolierlack aufgebracht.
Die Darstellungen der 12 und 13 zeigen eine Ausführungsform einer Stromübertragungseinheit mit einem erfindungsgemäßen Bürstenköcher 3, der in dem vorderen Führungsbereich einen geringeren Abstand zur Bürste 11 hat als in dem hinteren Führungsbereich, und einer Bürste 11, die eine hochohmige bzw. elektrisch nicht leitende Schicht 23 bzw. Isolierschicht 23 aufweist. Diese elektrisch nichtleitende Schicht 23 ist auf die Bereiche der Bürste 11 beschränkt, die während eines bestimmungsgemäßen Einsatzes den vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers 3 berühren können. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Isolierlack, der aus Phenolharz-, Epoxidharz- oder Polystyrollack besteht und der die Isolierschicht 23 bildet, auf die Bereiche der Bürste 11 aufgebracht, die den Bürstenköcher 3 in einer im wesentlichen tangential zum Kommutator liegende Richtung Y berühren können. In alternativen Ausführungsformen einer Bürste 11 kann die Isolierschicht 23 auch an Bereichen angebracht werden, die den vorderen Führungsbereich in einer anderen Richtung berühren können. In alternativen Ausführungen der Bürste 11 kann die Isolierschicht 23 auch anderer Art sein.
Die vorstehend dargestellten Ausführungsformen der Bürstenköcher 3 und der Bürste 11 werden einzeln oder in Kombination in einer Stromübertragungseinheit eines Wechselstrom-Universalmotors eingesetzt. Solche Ausführungsformen lassen sich aber auch in anderen dynamo-elektrischen Maschinen einsetzen, die einen mechanischen Kommutator bzw. ein Gleitkontaktsystem aufweisen.
Der erfindungsgemäße Bürstenköcher 3 wird hergestellt, indem aus einer Blechplatine ein Halbzeug gestanzt wird, wobei mögliche Aussparungen, wie die Durchbrüche 17 und 19, berücksichtigt sind. Ein solches Halbzeug wird zu einem Bürstenköcher mit im wesentlichen parallelen Wänden gebogen. Zwei Endabschnitte des Halbzeuges werden mittels einer sogenannten Schwalbenschwanzverbindung miteinander fest verbunden. In einem weiteren Fertigungsschritt wird der so gefertigte Bürstenköcher im vorderen Bereich derartig verformt, dass der Abstand zu einer zu führenden Bürste 11 in mindestens einer quer zur Bürste 11 liegenden Längserstreckung in einem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers 3 geringer als der Abstand in einem hinteren Führungsbereich ist. Dazu werden zwei gegenüberliegende überwiegend parallel verlaufende Wände des Bürstenköchers in einem vorderen Bereich verpresst bzw. nachgedrückt. Durch diesen Fertigungsschritt können die Wände auch derartig verformt werden, dass sich ein in 1 dargestellter Bürstenköcher 3 mit zueinander geneigten Wänden ergibt. Durch einen solchen Fertigungsschritt können auch zur Bürste 11 hin gerichtete Ausformungen, wie beispielsweise in 4 dargestellt, in den Bürstenköcher eingebracht werden.

Claims

Bürstenköcher für eine Stromübertragungseinheit einer dynamo-elektrischen Maschine mit einem Kommutator (7), insbesondere für einen Elektromotor, wobei der Bürstenköcher (3), der insbesondere aus Metall ausgeführt ist, Führungsbereiche zur Führung einer zur Längserstreckung verschiebbaren Bürste (11) aufweist, die insbesondere als Mehrschichtkohlebürste (11) ausgeführt ist, und zwischen den Führungsbereichen und der Bürste (11) quer zur Längserstreckung der Bürste (11) ein Abstand vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (7) zugewandt ist, der Abstand (I1) in mindestens einer quer zu der Bürste liegenden Längserstreckung geringer ist als der Abstand (I2) in einem hinteren Führungsbereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (7) abgewandt ist.
Bürstenköcher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Führung der Bürste (11) maßgebliche Abstand (I1) in dem vorderen Führungsbereich um mindestens 0,005 mm geringer ist als der Abstand (I2) in dem hinteren Führungsbereich.
Bürstenköcher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsebene (12), die durch den vorderen und hinteren Führungsbereich einer ersten Wand (4, 4') des Bürstenköchers (3) gebildet ist, zu einer Führungsebene (14) geneigt ist, die durch den vorderen und hinteren Führungsbereich einer zweiten Wand (10, 10') gebildet ist, wobei die zweite Wand (10, 10') der ersten Wand (4) gegenüberliegt.
Bürstenköcher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem vorderen Bereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (7) zugewandt ist, eine Wand (21, 22) bzw. Wände (21, 22) des Bürstenköchers (3), die die Bürste (11) axial führt bzw. führen, mindestens einen Durchbruch (17, 19) und/oder mindestens einen Kanal (20) aufweist.
Bürstenköcher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (19) als Schlitz ausgeführt ist und der Schlitz am kommutatorseitigen Ende offen ist.
Bürstenköcher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (17, 19) gitterförmig ausgeführt ist.
Bürstenköcher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Führungsbereich durch mindestens eine zur Bürste (11) hin gerichtete Ausformung (13, 15) des Bürstenköchers (3) gebildet ist.
Bürstenköcher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (13, 15) und/oder die Ausformungen (13, 15) in Form mindestens einer Sicke und/oder mindestens eines Noppens ausgebildet sind.
Bürstenköcher nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenköcher (3) im Bereich des vorderen Führungsbereiches eine elektrisch isolierende Schicht (16) aufweist.
Bürste (11) für einen Bürstenköcher (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche der Bürste (11), die während eines bestimmungsgemäßen Einsatzes zum Betreiben einer dynamo-elektrischen Maschine den vorderen Führungsbereich berühren können, eine elektrisch nichtleitende Schicht (23) aufweisen.
Bürste nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch nichtleitende Schicht (23) aus einem Isolierlack besteht.
Stromübertragungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bürstenköcher (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mindestens eine Bürste (11) nach Anspruch 10 oder 11 enthalten ist.
Dynamo-elektrische Maschine, insbesondere ein Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromübertragungseinheit nach Anspruch 12, ein Bürstenköcher (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eine Bürste (11) nach Anspruch 10 oder 11 enthalten ist.
Herstellungsverfahren eines Bürstenköchers (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für eine Stromübertragungseinheit einer dynamo-elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte enthält: a. Fertigen eines Bürstenköchers (3). b. Nachdrücken oder Prägen des Bürstenköchers (3) in einem Bereich des vorderen Führungsbereiches, so dass sich ein Bürstenköcher (3) ergibt, bei dem der Abstand zu einer zu führenden Bürste (11) in mindestens einer quer zur Bürste (11) liegenden Längserstreckung in einem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers (3) geringer als in einem hinteren Führungsbereich ist.