DE102004018932A1

DE102004018932A1 - Hammerbürste für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004018932A1
Application number: DE200410018932
Authority: DE
Inventors: Peter Steuer; Robert Heitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-17

Abstract

Es wird eine Hammerbürste (10) für eine elektrische Maschine (11) vorgeschlagen. Die Hammerbürste (10) weist eine Blattfeder (27) auf, die im Wesentlichen eine längliche Erstreckung hat und an deren verschwenkbarem Ende (30) eine Kohlebürste (15) befestigt ist. Die Kohlebürste (15) hat einen an einem rotierenden Kontaktelement (13) der elektrischen Maschine (11) zur Anlage bringbaren, länglichen Kontaktbereich (22), dessen Längserstreckung vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung (29) des Kontaktelements (13) anordnenbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (22) durch zwei keilförmig angeordnete Seitenfläche (20) der Kohlebürste (15) begrenzt wird und dass der Kontaktbereich (22) in Bezug zur Längserstreckung (28) der Blattfeder (27) symmetrisch angeordnet ist, so dass bei Auflage auf das Kontaktelement (13) eine Torsion der Blattfeder (27) minimiert wird. Dadurch ergibt sich ein gutes Geräuschverhalten.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Hammerbürste für eine elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei elektrischen Antrieben werden zur Kommutierung sogenannte Hammerbürsten eingesetzt. Eine Hammerbürste weist eine Blattfeder auf, die im Wesentlichen eine längliche Erstreckung hat und an deren verschwenkbarem Ende eine Kohlebürste befestigt ist. Die Kohlebürste hat einen an einem rotierenden Kontaktelement, beispielsweise einem Kommutator, der elektrischen Maschine zur Anlage bringbaren, länglichen Kontaktbereich, dessen Längserstreckung vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktelements anordenbar ist. Die Kontaktfläche ist meistens plan ausgebildet. Eine derartige Kontaktfläche hat den Nachteil, dass bei nicht paralleler Ausrichtung der Berührungslinie an Kommutator und Kohle die Kohle nur an einer Kante anläuft. Dies führt zu einer sehr kleinen Berührungsfläche mit einer hohen Strombelastung, was eine erhöhte Erwärmung und somit einen hohen Verschleiß zur Folge hat und außerdem eine erhöhte Geräuschbildung.
Diese Nachteile können teilweise reduziert werden, indem man die Kohle an einer Seite anschrägt. Zudem wird damit ein schnelles Einlaufen der Kohle erzielt bei einer vertretbaren Strombelastung. Da diese Anschrägung nicht symmetrisch zur Blattfeder ausgerichtet ist, führt dies jedoch zu einer zusätzlichen Torsion der Blattfeder. Dies resultiert in einer nicht genau bestimmbaren, zusätzlichen Belastung der Blattfeder und des Schwingverhaltens.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Hammerbürste für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Anschrägung zu einer zentralen bzw. symmetrischen Belastung der Blattfeder führt. Eine Torsion kann damit vermieden werden. Damit ist das Schwingverhalten besser bestimmbar, was zudem positiven Einfluss auf das Geräuschverhalten hat. Hierzu hat die Hammerbürste für eine elektrische Maschine eine Blattfeder, die im Wesentlichen eine längliche Erstreckung hat und an deren verschwenkbarem Ende eine Kohlebürste befestigt ist, und einen an einem rotierenden Kontaktelement der elektrischen Maschine zur Anlage bringbaren, länglichen Kontaktbereich, dessen Längserstreckung vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktelements anordenbar ist, wobei der Kontaktbereich durch zwei keilförmig angeordnete Seitenflächen der Kohlebürste begrenzt wird und in Bezug zur Längserstreckung der Blattfeder symmetrisch angeordnet ist, so dass bei Auflage auf das Kontaktelement eine Torsion der Blattfeder minimiert wird.
Am einfachsten lässt sich dies fertigungstechnisch umsetzen, wenn bei Anlage der Hammerbürste an das Kontaktelement eine tangential zum Kontaktelement verlaufende Symmetrieachse des Kontaktbereichs und eine in Richtung der Längserstreckung der Blattfeder verlaufende Symmetrieachse der Blattfeder in eine senkrecht zur Rotationsachse des Kontaktelements verlaufenden Ebene liegen.
Vorzugsweise schließen die Seitenflächen einen Winkel von 90° bis 180° ein und/oder beträgt die Breite des Kontaktbereichs im Wesentlichen 1% bis 50% der Breite der Kohlebürste. Dies hat positive Auswirkungen auf das Einlaufverhalten.
Eine gute Auflage ist gegeben, wenn der Kontaktbereich in Umfangsrichtung des Kontaktelements gewölbt ist und einen Radius hat, der größer als der Radius des Kontaktelements ist. Hierbei ergibt sich eine Verbesserung, wenn die keilförmig verlaufenden Seitenflächen und der Kontaktbereich Kanten bilden, die – in Richtung der Längserstreckung der Kohlebürste gesehen – auf einer Ellipse liegen.
Ein Hammerbürstenhalter mit wenigstens einer derartigen Hammerbürste hat ein gutes Geräuschverhalten. Ebenso trifft dies auf eine elektrische Maschine zu, die mit wenigstens einer derartigen Hammerbürste oder einem derartigen Hammerbürstenhalter ausgestattet ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine elektrische Maschine, 2 einen Teil einer Hammerbürste in einer perspektivischen Darstellung, 3 eine Hammerbürste mit einer ersten Kontaktfläche und 4 eine Hammerbürste mit einer zweite Kontaktfläche.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der 1 sind zwei Hammerbürsten 10 und eine mit gestrichelten Linien angedeutete elektrische Maschine 11 gezeigt. Die Hammerbürsten 10 sind in einem ebenfalls nur angedeuteten Hammerbürstenhalter 6 angeordnet, der vorzugsweise mehrere Hammerbürsten 10 aufweist. Bei der elektrischen Maschine 11 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Generator, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, handeln.
Die elektrische Maschine 11 hat eine Rotationsachse 12, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 14 der Hammerbürsten 10 steht. Die Rotationsachse 12 stimmt auch mit der eines Kommutators 13, Kollektors bzw. Schleifrings, d.h. allgemein eines Kontaktelements überein, an dem die Hammerbürsten 10 mit ihren eigentlichen Kohlebürsten 15 zur Anlage kommen.
Aus 2 geht hervor, dass jede Kohlebürste 15 zwei erste, parallel zueinander angeordnete Längsseiten 16 hat, die im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 12 verlaufen, und zwei zweite ebenfalls parallel zueinander angeordnete Längsseiten 18, die im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 12 verlaufen. Die ersten und zweiten Längsseiten 16, 18 stehen senkrecht aufeinander; im vorliegenden Fall begrenzen sie eine quadratische Querschnittsfläche. Alternativ kann die Querschnittsfläche auch rechteckig sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die Kohlebürste 15 eine runde Querschnittsfläche hat.
Die Längsseiten 18 sind im Stirnbereich 15 derart abgeschrägt, dass sich zwei keilförmig aufeinander zulaufende Seitenflächen 20 ergeben, die einen länglichen beispielsweise ebenen Kontaktbereich 22 bilden. Die Seitenflächen 20 schließen einen Winkel 21 von 90° bis 180° ein. Länglich in diesem Zusammenhang bedeutet, dass der Kontaktbereich 22 im wesentlichen zumnindest eine rechteckige Erstreckung hat, wie beispielsweise aus der 3 hervorgeht. Im Idealfall ergibt sich im Neuzustand eine Linienform des Kontaktbereichs 22. Der Kontaktbereich 22 hat eine Symmetrieachse 24, die in etwa einen rechten Winkel mit der Rotationsachse 12 bildet bzw. in Umfangsrichtung 29 des Kommutators 13 verläuft. Der Kontaktbereich 22 bildet außerdem mit der Längsseite 16 einen rechten Winkel bzw. steht senkrecht zur Längsseite 16. Vorzugsweise beträgt die Breite 25 des Kontaktbereichs 22 im Wesentlichen 1% bis 50% der Breite 26 der Seitenfläche 16 bzw. der Kohlebürste 15.
Der Kontaktbereich 22 kann mit Rillen versehen sein, so dass sich eine Linienberührung ergibt, wobei die Rillen vorzugsweise entlang der Längserstreckung des Kontaktbereichs 22 verlaufen. Alternativ kann der Kontaktbereich 22 auch ein wenig abgeflacht werden, so dass eine schmale, längliche Fläche entsteht.
Schließlich weist die Hammerbürste 10 eine Blattfeder 27 auf, die im Wesentlichen eine längliche Erstreckung 28 hat und an deren verschwenkbarem Ende 30 die Kohlebürste 15 befestigt ist.
Der Kontaktbereich 22, der durch die zwei keilförmig angeordneten Seitenflächen 20 der Kohlebürste 15 begrenzt wird, ist in Bezug zur Längserstreckung 28 der Blattfeder 27 symmetrisch angeordnet ist, so dass bei Auflage auf den Kommutator 13 eine Torsion der Blattfeder 27 minimiert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies so, dass bei Anlage der Hammerbürste 10 bzw. der Kohlebürste 15 an das Kommutator 13 eine tangential zum Kommutator 13 verlaufende Symmetrieachse 24 des Kontaktbereichs 22 und eine in Richtung der Längserstreckung der Blattfeder 27 verlaufende Symmetrieachse 31 der Blattfeder 27 in einer senkrecht zur Rotationsachse 12 des Kommutators 13 verlaufenden Ebene 32 liegen (3). Außerdem verlaufen die Seitenflächen 20 im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung 28 der Blattfeder 27.
Aus der 4 geht hervor, dass der Kontaktbereich 22 in Umfangsrichtung 29 des Kommutators 13 bzw. in Richtung der Längserstreckung 28 der Blattfeder 27 gewölbt sein kann und einen Radius 34 hat, der vorzugsweise größer als der Radius 36 des Kommutators 13 ist. Dadurch ergibt sich, dass die keilförmig verlaufenden Seitenflächen 20 und der Kontaktbereich 22 Kanten 38 bilden, die in Richtung der Längserstreckung 14 der Kohlebürste 15 gesehen auf einer Ellipse liegen. Dies ist in 2 mit gestrichelten Linien angedeutet.

Claims

Hammerbürste (10) für eine elektrische Maschine (11) mit einer Blattfeder (27), die im Wesentlichen eine längliche Erstreckung hat und an deren verschwenkbarem Ende (30) eine Kohlebürste (15) befestigt ist, und mit einem an einem rotierenden Kontaktelement (13) der elektrischen Maschine (11) zur Anlage bringbaren, länglichen Kontaktbereich (22), dessen Längserstreckung vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung (29) des Kontaktelements (13) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (22) durch zwei keilförmig angeordnete Seitenflächen (20) der Kohlebürste (15) begrenzt wird und dass der Kontaktbereich (22) in Bezug zur Längserstreckung (28) der Blattfeder (27) symmetrisch angeordnet ist, so dass bei Auflage auf das Kontaktelement (13) eine Torsion der Blattfeder (27) minimiert wird.
Hammerbürste (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anlage der Hammerbürste (10) an das Kontaktelement (13) eine tangential zum Kontaktelement (13) verlaufende Symmetrieachse (24) des Kontaktbereichs (22) und eine in Richtung der Längserstreckung (28) der Blattfeder (27) verlaufende Symmetrieachse (31) der Blattfeder (27) in eine senkrecht zur Rotationsachse (12) des Kontaktelements (13) verlaufenden Ebene liegen.
Hammerbürste (10) nach Anspruch 1 oder 2, dass die Seitenflächen (20) im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung (28) der Blattfeder (27) verlaufen.
Hammerbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (20) einen Winkel (21) von 90° bis 180° einschließen.
Hammerbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (25) des Kontaktbereichs (22) im Wesentlichen 1% bis 50% der Breite (26) der Kohlebürste (15) beträgt.
Hammerbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (22) in Umfangsrichtung (29) des Kontaktelements (13) gewölbt ist und einen Radius (34) hat, der größer als der Radius (36) des Kontaktelements (13) ist.
Hammerbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmig verlaufenden Seitenflächen (20) und der Kontaktbereich (22) Kanten (38) bilden, die in Richtung der Längserstreckung (14) der Kohlebürste (15) gesehen auf einer Ellipse liegen.
Hammerbürstenhalter (6) mit wenigstens eine Hammerbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrische Maschine (11) mit wenigstens einer Hammerbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einem Hammerbürstenhalter (6) nach Anspruch 8.