DE102004023398A1

DE102004023398A1 - Kohlebürste für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004023398A1
Application number: DE102004023398A
Authority: DE
Inventors: Robert Heitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2005-12-08
Also published as: US20080030099A1; WO2005112205A1; PL1747606T3; CN100511877C; CN1954467A; DE502005002672D1; ATE385058T1; EP1747606B1; ES2301002T3; EP1747606A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) für eine elektrische Maschine (10) zur schwenkbaren Lagerung an einem Bürstenhalter (24, 56) der elektrischen Maschine (10). Hierzu ist an der Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) selbst ein Lagerabschnitt (30, 42) zur schwenkbaren Lagerung der Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) ausgebildet. Dies kann in Form einer Bohrung (30) oder eines zylindrischen Abschnitts (42) erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Position der Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) zum Kommutator (20) auch bei starken Temperaturschwankungen sich nicht besonders stark ändert. Ferner lässt sich die Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) in einem Bürstenhalter (24, 56) gut positionieren, was eine genaue Zuordnung zum Kommutator gewährleistet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kohlebürste für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Kohlebürste ist schwenkbar an einem Bürstenhalter der elektrischen Maschine gelagert. Allerdings ist die Kohlebürste in einem Teil aus Kunststoff gelagert, das seinerseits schwenkbar an dem Bürstenhalter gelagert ist. Bei großen Temperaturschwankungen kann sich die Position des Auflagebereichs der Kohlebürste zum Kommutator aufgrund des Temperaturkoeffizienten des Kunststoffs stark ändern. Verwendet man Teile aus Metall, steigen Gewicht und Kosten.
Eine andere Art verschwenkbarer Kohlebürsten sind Hammerbürsten, wobei die Kohlebürste an einer Blattfeder befestigt ist. Die Stromzuführung erfolgt über eine Litze oder direkt über die Blattfeder, welche mit der Kohlenbürste verschweißt ist. Durch Fertigungstoleranzen kann es zu einem Höhenversatz zwischen der Kohlenbürste und der idealen Kontakthöhe am Kommutator. Geräuschentwicklungen können dadurch nicht ausgeschlossen werden.
Vorteile der Erfindung
Die Kohlebürste für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Position der Kohlebürste zum Kommutator auch bei starken Temperaturschwankungen sich nicht besonders stark ändert. Ferner lässt sich die Kohlenbürste in einem Bürstenhalter gut positionieren, was eine genaue Zuordnung zum Kommutator gewährleistet. Hierfür ist eine Kohlebürste für eine elektrische Maschine zur schwenkbaren Lagerung an einem Bürstenhalter der elektrischen Maschine vorgesehen, wobei an der Kohle selbst ein Lagerabschnitt zur schwenkbaren Lagerung der Kohle ausgebildet ist.
Eine einfache Umsetzung der Kohlebürste ist gegeben, wenn sich an den Lagerabschnitt der Kohlebürste ein Schwenkarm anschließt, von dem ein Auflageabschnitt zur Auflage an einem Kommutator eines Kommutatormotors oder einem Schleifring eines Generators quer absteht.
Entspricht die Länge des Schwenkarms im Wesentlichen dem Radius des Kommutators oder Schleifrings, so kann die Kohlebürste an einen Bürstenhalter angebaut werden, der sich parallel zur Welle einer elektrischen Maschine erstreckt.
Einfache Ausbildungen des Lagerabschnitts sind möglich, wenn er als ein zylinderförmiger Abschnitt zur Aufnahme in einer Lagerschale ausgebildet ist oder wenn er eine Bohrung zur Aufnahme eines Lagerstifts aufweist.
Vorzugsweise ist an dem Schwenkarm oder dem Auflageabschnitt eine elektrische Anschlusslitze befestigt, da dadurch günstige elektrische Anbindungen möglich sind.
Greift eine Feder zur Aufbringung einer Druckkraft auf den Auflageabschnitt an dem Schwenkarm oder dem Auflageabschnitt an, so ergeben sich gute Hebelverhältnisse, wodurch die Feder nicht so stark sein muss. Vorzugsweise ist die Feder am Schwenkarm befestigt und geht über einen bogenförmigen Abschnitt in einen Federarm über, der sich im Wesentlichen entlang des Schwenkarms in Richtung des Lagerabschnitts erstreckt.
Bürstenhalter mit Lagern zur schwenkbaren Lagerung von Kohlebürsten und mit derartigen Kohlebürsten, an denen selbst Lagerabschnitte ausgebildet sind, die in den Lagern aufgenommen sind, sind kostengünstig. Der Bürstenhalter hat Lagerschalen oder Stifte, an denen die Kohlebürsten gelagert sind, was eine kostengünstige Art der Lagerung ermöglicht.
Vorzugsweise stützen sich an den Kohlebürsten befestigte Federn am Bürstenhalter ab, was einen kompakten Aufbau ergibt. Eine einfache Integration der Federn in den Bürstenhalter ist gegeben, wenn an dem Bürstenhalter Federarme ausgebildet sind, die in Ausnehmungen der Kohlebürsten angreifen. Ebenfalls ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn Drehfedern vorgesehen sind, die an den Lagern oder den Kohlebürsten selbst angeordnet sind und die Schenkel aufweisen, die die Anpresskraft auf die Kohlebürsten aufbringen.
Eine elektrische Maschine mit derartigen Kohlebürsten oder einem derartigen Bürstenhalter ist kostengünstig im Aufbau und hat ein gutes Geräuschverhalten.
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 einen Elektromotor im Längsschnitt,
2 eine erste Kommutierungsvorrichtung des Elektromotors,
3 eine zweite Kommutierungsvorrichtung und
4 eine dritte Kommutierungsvorrichtung .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der 1 ist ein Elektromotor 10, wobei es sich auch um einen Generator handeln kann, vereinfacht in einem Längsschnitt dargestellt. Der Elektromotor 10 kann in einem Kraftfahrzeug beispielsweise in einem Fensterheber, Wischerantrieb, Gebläse etc. verwendet werden. Der Elektromotor 10 umfasst ein Gehäuse 12 und einen darin angeordneten Anker 14. Der Anker 14 weist eine Welle 16 und ein Ankerpaket 17 mit einer nicht näher dargestellten Ankerwicklung auf. Die Ankerwicklung ist über Drähte 18 mit einem Kommutator 20 verbunden. Der Kommutator 20 wird am Umfang von zwei Kohlebürsten 22 an zwei radial gegenüberliegenden Seiten beaufschlagt. Die Kohlebürsten 22 sind auf einem Bürstenhalter 24 angeordnet. Der Kommutator 20, die Kohlebürsten 22 und der Bürstenhalter 24 bilden eine Kommutierungsvorrichtung 26.
In der 2 ist die Kommutierungsvorrichtung 26 in bezug auf den Längsschnitt der 1 in einer Seitenansicht von links dargestellt. Der Bürstenhalter 24, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Welle 16, die in der 2 nicht näher dargestellt ist; jedoch kann er sich auch senkrecht zur Welle 16 erstrecken. Der Bürstenhalter 24 weist zwei Lager in Form von Stiften 28, die sich parallel zur Kommutatorachse erstrecken, zur schwenkbaren Lagerung der Kohlebürsten 22 auf. Der Abstand der Stifte 28 voneinander ist vorzugsweise mindestens so groß wie der Durchmesser des Kommutators 20. Der Abstand der Stifte 28 zur Kommutatorachse beträgt mindestens das 1,5-fache des Kommutatorradius. Dadurch tritt keine frühzeitige Abnutzung der Kohlebürste 20 auf.
An den Kohlebürsten 22 selbst sind Lagerabschnitte in Form von Bohrungen 30 ausgebildet, die auf die Stifte 28 gesteckt sind. Anders ausgedrückt sind die Lagerabschnitte einstückig mit bzw. integral an den Kohlebürsten 22 ausgebildet.
An die Lagerabschnitte bzw. Bohrungen 30 schließt sich jeweils ein Schwenkarm 32 an. Die Länge des Schwenkarms 32 entspricht vorzugsweise in etwa dem Radius des Kommutators 20. Die Länge des Schwenkarms 32 ist so bemessen, dass Auflagebereiche 34 zur Auflage am Kommutator 20 der beiden Kohlebürsten 22 sich am Kommutator 20 diametral gegenüberliegen. Der jeweilige Auflagebereich 34 steht quer bzw. diagonal vom Schwenkarm 32 ab und hat eine kürzere Länge als der Schwenkarm 32. Die Querschnittsfläche der Kohlebürste 22 ist rechteckig, vorzugsweise quadratisch.
Im Bereich der Lagerung sind an den Kohlebürsten 22 zwei Schlitze 36 oder Ausnehmungen ausgebildet, die senkrecht auf den Bohrungen 30 stehen. In den Schlitzen 36 sind Federarme 38 angeordnet. Die Federarme 38 beaufschlagen die Kohlebürsten 22 so, dass sie an den Kommutator 20 gedrückt werden. Zur Veranschaulichung sind die Kohlebürsten 22 in einer Position gezeigt, die sie einnehmen, wenn der Kommutator 20 nicht vorhanden ist. Die Federarme 38 sind vorzugsweise einstückig am Bürstenhalter 24 angeformt, aus Kunststoff und liegen in einer Ebene. Es ist vorteilhaft, wenn sie aufeinander gerichtet sind. Dadurch ist eine platzsparendere Anordnung gegeben als wenn sie voneinander weggerichtet sind.
Schließlich ist zur elektrischen Kontaktierung an den Kohlebürsten 22 noch jeweils eine Litze 40 befestigt. Die Litze 40 ist vorzugsweise am Schwenkarm 32 angeschweißt, insbesondere elektrisch verschweißt.
Zur Montage der Kommutierungsvorrichtung 26 werden die Kohlebürsten 22 auf die Stifte 28 gesteckt. Gleichzeitig werden die Federarme 38 in die Schlitze 36 eingeführt. Dadurch ist danach die Winkelposition der Kohlebürsten 22 gesichert und gegebenenfalls eine Zwischenlagerung möglich. Zur Montage wird die Kommutierungsvorrichtung 26 mit den Kohlebürsten 22 voran gegen den Kommutator 20 gedrückt. Dadurch werden die Kohlebürsten 22 auseinandergedrückt, bis die Kommutierungsvorrichtung 26 ihre Endlage erreicht.
In der 3 sind zwei leicht abgewandelte Kohlebürsten 22.1 und 22.2 gezeigt. Beide Kohlebürsten 22.1, 22.2 haben eine Art der Lagerung gemeinsam, die sich von der zuvor geschilderten unterscheidet. Statt einer Bohrung 30 weisen die Kohlebürsten 22.1 und 22.2 als Lagerabschnitt einen zylinderförmiger Abschnitt 42 zur Aufnahme in einer Lagerschale 44 auf, wobei die Lagerabschnitte einstückig mit den Kohlebürsten 22.1, 22.2 bzw. integral mit diesen ausgebildet ist. Die Längsachse des zylinderförmigen Abschnitts 42 ist parallel zur Kommutatorachse. Die Lagerschale 44 ist so ausgebildet, dass einerseits die Kohlebürsten 22.1 und 22.2 über eine Rast- bzw. Clipsverbindung montiert werden können. Andererseits können die Kohlebürsten 22.1 und 22.2 ausreichend verschwenkt werden. Die Kohlebürste 22.1 und 22. haben ebenfalls einen Schwenkarm 32 und einen Auflagebereich 34, deren Ausmaße denen der Kohlebürste 22 der 2 entsprechen. Natürlich ist auch hier eine Lagerung gemäß 2 möglich.
An beiden Kohlebürsten 22.1 und 22.2 ist eine Feder 46.1 bzw. 46.2 zur Aufbringung einer Druckkraft an dem Schwenkarm 32 oder dem Auflageabschnitt 34 angebracht. Beide Federn 46.1 sind vorzugsweise aus federndem Flachstahl. Beide Federn 46.1 und 46.2 haben sind am Schwenkarm 32 befestigt und gehen über einen bogenförmigen Abschnitt 48.1 bzw. 48.2 in einen Federarm 50.1 und 50.2 über, der sich im Wesentlichen entlang des Schwenkarms 32 in Richtung der Lagerschalen 44 erstreckt. Die Feder 46.1 ist über einen Stift 52 mit der Kohlebürste 22 verbunden. Die Feder 46.2 ist am Schwenkarm 32 der Kohlebürste 22 angeschweißt. Dadurch lässt sich dieses Teil leicht vorfertigen und handhaben. Die Federarme 50.1 und 50.2 der Federn 46.1 und 46.2 sind in Aufnahmebohrungen 54 des Bürstenhalters 56 gesteckt, in denen sie sich am Bürstenhalter 56 abstützen. Diese Ausbildung ermöglicht es, dass gleichzeitig die Federung und die Stromversorgung gewährleistet ist.
In der 4 ist eine weitere Kommentierungsvorrichtung mit einem ringförmigen Bürstenhalter 58 dargestellt. Der Bürstenhalter 58 kann axial auf eine Welle 16 mit dem Kommutator 20 montiert werden. An zwei sich diametral gegenüberliegenden Lagerschalen 44, die an einer der Stirnseiten des Bürstenhalter 58 angeordnet sind, sind zwei weitere Kohlebürsten 22.3 schwenkbar gelagert. Die Kohlebürsten 22.3 haben im Wesentlichen eine Gestalt, die den Kohlebürsten 22.1, 22.2 entspricht. Das heißt sie haben ebenfalls einen zylinderförmigen Abschnitt 42, einen Schwenkarm 32 und einen Auflagebereich 34. An der Lagerschale 44 ist jedoch zusätzlich zum zylinderförmigen Abschnitt 42 eine Schenkelfeder bzw. Drehfeder 60 angeordnet. Der Mittelabschnitt 62 der Drehfeder 60, der vorzugsweise schraubenlinienförmig gewunden ist, ist hierbei in der Lagerschale 44 angeordnet. Hierzu ist die Länge der Lagerschale 44 so bemessen, dass sie den zylinderförmigen Abschnitt 42 und den Mittelabschnitt 62, wenn sie hintereinander angeordnet sind, aufnehmen kann. Natürlich kann am zylinderförmigen Abschnitt 42 ein Zapfen vorgesehen sein, um den der Mittelabschnitt 62 der Drehfeder 60 angeordnet ist. Die Darstellung in der 4 ist in dem Fall die gleiche. Dies trifft ebenfalls auf eine Lagerung mit Stiften 28 der 2 zu.
Ein erster Schenkel 64 der Drehfeder 60 stützt sich an der Lagerschale 44 oder einem sonstigen Bauteil ab. Ein zweiter Schenkel 66 liegt so am Schwenkarm 32 an, dass die Drehfeder 60 bei montiertem Bürstenhalter 58 den Auflagebereich 34 gegen den Kommutator 20 drückt.
Die Drehfeder 60, die an Lagern in Form der Stifte 28, der Lagerschalen 44 oder auch den Kohlbebürsten 22.3 selbst gelagert sein kann, ermöglicht einen vergleichsweise einfachen Aufbau.
Die Stromzuführung ist möglich über Litzen 40, wie in 2 gezeigt, oder kann auch über Drehfedern 60, wenn diese beispielsweise an den Kohlebürsten 22.3 angeschweißt sind. Der Schenkel 64 kann dann beispielsweise als Anschlussstecker genutzt werden.
Die Lagerabschnitte, die an den Kohlebürsten 22, 22.1, 22.2, 22.3 selbst oder einstückig bzw. integral mit diesen ausgebildet sind, ermöglichen das Wegfallen zusätzlicher Bauteile zur schwenkbaren Lagerung der Kohlebürsten 22, 22.1, 22.2, 22.3, wie beispielsweise Blattfedern bei Hammerbürsten oder Kunststoffhalter.

Claims

Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) für eine elektrische Maschine (10) zur schwenkbaren Lagerung an einem Bürstenhalter (24, 56) der elektrischen Maschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass an der Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) selbst ein Lagerabschnitt (30, 42) zur schwenkbaren Lagerung der Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) ausgebildet ist.
Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Lagerabschnitt (30, 42) der Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) ein Schwenkarm (32) anschließt, von dem ein Auflageabschnitt (34) zur Auflage an einem Kommutator (20) eines Kommutatormotors (10) oder einem Schleifring eines Generators quer absteht.
Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Schwenkarms (32) im Wesentlichen mindestens dem Radius des Kommutators (20) oder Schleifrings entspricht.
Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (42) als ein zylinderförmiger Abschnitt zur Aufnahme in einer Lagerschale (44) ausgebildet ist oder dass der Lagerabschnitt (30) eine Bohrung zur Aufnahme eines Lagerstifts (28) aufweist.
Kohlebürste (22, 22.3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schwenkarm (32) oder dem Auflageabschnitt (34) eine elektrische Anschlusslitze (40) befestigt ist.
Kohlebürste (22.1, 22.2, 22.3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (46.1, 46.2) zur Aufbringung einer Druckkraft auf den Auflageabschnitt (34) an dem Schwenkarm (32) oder dem Auflageabschnitt (34) angreift.
Kohlebürste (22.1, 22.2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (46.1, 46.2) am Schwenkarm (32) befestigt ist und über einen bogenförmigen Abschnitt (48.1, 48.2) in einen Federarm (50.1, 50.2) übergeht, der sich im Wesentlichen entlang des Schwenkarms (32) in Richtung des Lagerabschnitts (42) erstreckt.
Bürstenhalter (24, 56, 58) mit Lagern (28, 44) zur schwenkbaren Lagerung von Kohlebürsten (22, 22.1, 22.2, 22.3) und mit Kohlebürsten (22, 22.1, 22.2, 22.3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kohlebürsten (22, 22.1, 22.2, 22.3) selbst Lagerabschnitte (30, 42) ausgebildet sind, die in den Lagern (28, 44) aufgenommen sind.
Bürstenhalter (24, 56, 58) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24, 56, 58) Lagerschalen (44) oder Stifte (28) aufweist, an denen die Kohlebürsten (22, 22.1, 22.2, 22.3) gelagert sind.
Bürstenhalter (56, 58) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kohlebürsten (22.1, 22.2, 22.3) befestigte Federn (46.1, 46.2, 60) sich am Bürstenhalter (56) abstützen.
Bürstenhalter (58) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Drehfedern (60) vorgesehen sind, die an den Lagern (28, 44) oder den Kohlebürsten (22.3) angeordnet sind und die Schenkel (64, 66) aufweisen, die die Anpresskraft auf die Kohlebürsten (22.3) aufbringen.
Bürstenhalter (24) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bürstenhalter (24) Federarme (38) ausgebildet sind, die in Ausnehmungen (36) der Kohlebürsten (22) greifen.
Elektrische Maschine (10) mit mindestens einer Kohlebürste (22, 22.1, 22.2, 22.3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einem Bürstenhalter (24, 56) nach einem der Ansprüche 8 bis 12.