DE102004041489A1

DE102004041489A1 - Bürstenhalter mit bedämpfter Führung

Info

Publication number: DE102004041489A1
Application number: DE200410041489
Authority: DE
Inventors: Erik Maurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-02
Also published as: WO2006021578A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Bürstenhalter (24) für eine elektrische Maschine (10), der zwei Stirnseiten (30, 32) aufweist, mit wenigstens einer Halterung (94), in der wenigstens eine Bürste (22) beweglich aufgenommen ist, und mit einem Träger (96), der die wenigstens eine Halterung (94) trägt und mit dem der Bürstenhalter (24) an der elektrischen Maschine (10) fixiert ist. An wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Seiten (118, 120) der Halterung (94) sind Federzungen (122) zur Bedämpfung eines Bürstenköchers (38) angeordnet. Dies ergibt eine einfach aufgebaute und effektive Dämpfung.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bürstenhalter für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Bürstenhalter für eine elektrische Maschine, der zwei Stirnseiten aufweist, umfasst eine Halterung, an der zwei Bürstenköcher mit jeweils einer beweglich aufgenommenen Bürste angeordnet sind, und einen Träger, der die wenigstens eine Halterung trägt und mit dem der Bürstenhalter an der elektrischen Maschine fixiert ist. Der Träger und die Halterung sind mittels Federelementen miteinander gekoppelt.

Die Motoren müssen leise sein. Eine starke Geräuscharmut wird besonders von den Bürsten erwartet. Um dies zu befriedigen, werden sogenannte „geschleppte Bürsten" verwendet. Geometrisch ist das so zu verstehen, dass die Bürsten nicht radial angeordnet sind, sondern zur radialen Achse um einen Winkel – üblicherweise 5 bis 20° – in Motordrehrichtung geneigt sind. Dieser Neigungswinkel lässt eine Änderung der Motordrehrichtung durch simples elektrisches Umpolen des Motors (Pluspol wird Minuspol und Minuspol wird Pluspol) oder durch Umpolen der in der Regel zwei Magnete (Nord wird Süd und Süd wird Nord) nicht zu, da der Motor dies mit lauten Kohlegeräuschen und einem schlechtem Wirkungsgrad quittieren würde.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Bürstenhalter für elektrische Maschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer einfach aufgebauten und effektiven Dämpfung. Hierzu ist vorgesehen ein Bürstenhalter für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einer Halterung, in der wenigstens eine in einem Bürstenköcher beweglich aufgenommene Bürste angeordnet ist, und mit einem Träger, der die wenigstens eine Halterung trägt und mit dem der Bürstenhalter an der elektrischen Maschine fixiert ist, wobei an wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Halterung Federzungen zur Bedämpfung des Bürstenköchers angeordnet sind.

Vorzugsweise ist die Halterung eine U-förmige Aufnahme für einen Bürstenköcher. Dadurch lässt sich die Halterung leicht fertigen und der Bürstenköcher sich leicht bestücken. Die bevorzugteste Weiterbildung ist auch die, dass Bürstenköcher vorgesehen sind, da sich nur mit ihnen Motoren mit sehr hoher Leistung verwirklichen lassen.

Dadurch, dass der Bürstenhalter im Wesentlichen die Form eines Kreissegments hat, eignet sich ein derartiger Bürstenhalter gut als Einzelbürstenhalter für eine einzelne Bürste bzw. für einen einzelnen Bürstenköcher. Dies ermöglicht die Verwendung von zwei, vier oder sechs dieser Baugruppen für den Zusammenbau von zwei-, vier- oder sechspoligen Motoren. Es reicht also aus, nur ein Einfachteil zu bauen und durch Mehrfachverwendung komplette Motoren zu fertigen. Dies wird dadurch erleichtert, dass der Träger im Wesentlichen die Form eines Kreisbogensegments hat und die Halterung innerhalb dieses Kreisbogens angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil eines Einzelbürstenhalters liegt darin, dass er klein ist, wodurch auch die Werkzeuge für den Bürstenhalter verglichen mit konventionellen Bürstenträgeraufbauten klein sind. Auf einer ähnlich großen Werkzeugfläche werden mehr Bürstenplatten je Werkzeug ausgeworfen; alleine durch die bessere Ausnutzung der vorhandenen Fläche. Und das obwohl je Motor mindestens zwei Bürstenhalter verwendet werden müssen. Der Bereich der für einen Kommutator bei konventionellen Bürstenplatten ausgespart ist, wird jetzt mitverwendet. Dennoch werden alle drei eingangs genannten Anforderungen erfüllt.

Ein derartiger Bürstenhalter mit wenigstens einer Bürste und/oder mit wenigstens einem mit einer Bürste versehenen Bürstenköcher ermöglicht auf einfache Weise einen Baukasten.

Dadurch, dass der Bürstenhalter mit wenigstens einem ersten Bürstenköcher bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste eine erste Erstreckung hat, oder mit wenigstens einem zweiten Bürstenhalter bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der zweite Bürstenhalter wenigstens einen Fortsatz aufweist, der am Grund der Halterung aufliegen und dessen Höhe gleich (zweite Erstreckung – erste Erstreckung)/2 ist, so dass die Mittelebenen der Bürsten in den Bürstenköchern jeweils mittig zwischen den Befestigungsabschnitten der beiden Stirnseiten liegen, ist der Bürstenhalter sowohl für niedrige als auch hohe Leitungsklassen verwendbar. Alternativ lässt sich dies dadurch erreichen, dass der Bürstenhalter mit wenigstens einem ersten Bürstenköcher bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste eine erste Erstreckung hat, oder mit wenigstens einem zweiten Bürstenhalter bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der erste Bürstenhalter wenigstens seitliche Fortsätze aufweist, die an den Stegen zur Anlage kommen, so dass die Mittelebenen der Bürsten in den Bürstenköchern in mittig zwischen den Befestigungsabschnitten der beiden Stirnseiten liegen.

Mit einer elektrischen Maschine, vorzugsweise Kommutatormotor mit einem oder mehreren derartigen Bürstenhaltern, wobei der oder die Bürstenhalter an einer Stirnseite des Gehäuses der elektrischen Maschine befestigt ist bzw. sind, lässt sich leicht ein Baukasten realisieren.

Dadurch, dass der oder die Bürstenhalter auf die Stirnseite der elektrischen Maschine gesteckt und von einem Deckel gehalten ist bzw. sind, ergibt sich eine einfache Fixierung. Dadurch, dass die Befestigungsabschnitte in Ausnehmungen des Gehäuses an der Stirnseite gesteckt sind, ergibt sich ein guter Halt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine elektrische Maschine in einem Längsschnitt, 2 eine perspektivische Ansicht zweier Einzelbürstenhalter im Gehäuse der elektrischen Maschine von 1 in einer ersten Einbaulage und 3 die Einzelbürstenhalter nach 2 ohne Gehäuse und Bürsten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der 1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine 10 in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, auch Kommutatormotor genannt, der vorzugsweise in einem Lüfterantrieb eines Kraftfahrzeugs zu Anwendung kommt. Es sind jedoch andere Anwendungen beispielsweise in einen Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller oder sonstigen Anwendungen in einem Kraftfahrzeug denkbar. Es kann sich aber auch um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine 10 hat vorzugsweise nur eine Drehrichtung, weshalb sie besonders für den bereits erwähnten Lüfterantrieb bestimmt ist. Auch aufgrund der niedrigen Geräusche ist die elektrische Maschine 10 am besten für einen Lüfterabtrieb geeignet.
In der elektrischen Maschine 10 ist auf der Welle für den Fall, dass es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor handelt, ein Kommutator angeordnet. Im Falle eines Generators wäre dies ein Schleifring. In beiden Fällen handelt es sich jedoch um ein Kontaktelement, das vorzugsweise rotiert.
Die elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse 12, insbesondere ein Polgehäuse, 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 Haken eines Kommutators 20 verbunden. Der Kommutator 20 wird am Umfang von zwei Kohlebürsten bzw. Bürsten 22 an zwei radial gegenüberliegenden Seiten beaufschlagt. Die Bürsten 22 sind auf einem ersten Bürstenhalter 24 angeordnet, der als Kunststoffspritzgussteil hergestellt ist. Der Kommutator 20, die Bürsten 22 und die Bürstenhalter 24 bilden eine Kommutierungsvorrichtung 26. Die Bürstenhalter 24 werden vorzugsweise durch einen Deckel 28 am Gehäuse 12 gehalten bzw. fixiert. Der Deckel 28 kann auch ein Lagerdeckel oder Lagerbügel sein. Die Bürstenhalter 24 können auch in einen solchen Lagerdeckel oder Lagerbügel eingesetzt sein.
In den 15 bis 21 sind zwei in das Gehäuse 12 der elektrischen Maschine 10 eingesetzte Bürstenhalter 24 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel ohne den Anker 14, den Kommutator 20 und den Deckel 28 gezeigt. Die Bürstenhalter 24 haben im Wesentlichen die Form eines Kreissegments und sind an einer Stirnseite 29 des Gehäuses 12 der elektrischen Maschine 10 befestigt. Hierzu sind die Bürstenhalter 24 mit Befestigungsabschnitten 90 in Ausnehmungen 92 an der Stirnseite 29 des Gehäuses 12 gesteckt und vom Deckel 28 gehalten.
Die Bürstenhalter 24 weisen auch jeweils zwei Stirnseiten 30, 32 auf. Sie umfassen jeweils eine vorzugsweise U-förmige Halterung 94 mit Seitenwänden 94.1 und einem Grund 94.2, in der eine Bürste 22 über ihren Bürstenköcher 38 beweglich aufgenommen ist. Die Bürstenköcher 38 können so ausgebildet, hergestellt und befestigt sein, wie beispielsweise in der EP 691 047 oder US 5,696,418 bekannt, auf deren Offenbarung an dieser Stelle Bezug genommen wird. Ferner weisen die Bürstenhalter 24 jeweils einen Träger 96, der die Form eines Kreisbogensegments hat. Er trägt die Halterung 94 und weist Befestigungsabschnitte in der Form von zwei kreissegmentförmigen Wänden 98, 100 auf, mit denen der Bürstenhalter 24 an der elektrischen Maschine 10 fixiert ist. Die Wände 98, 100 sind derart an den beiden Stirnseiten 30, 32 des Trägers 96 ausgebildet sind, dass der Träger 96 bzw. der Bürstenhalter 24 sowohl mit der einen Stirnseite 30 als auch der anderen Stirnseite 32 an der elektrischen Maschine 10 fixierbar ist.
Die Wände 98, 100, die parallel zueinander verlaufen, wobei die Wand 98 innen und die Wand 100 außen verläuft, begrenzen jeder der beiden Stirnseiten 30, 32 jeweils eine axial verlaufende Nut 102, 104. Die beiden Nuten 102, 104 fluchten miteinander und sind zumindest teilweise durch einen Boden 106 getrennt, der die beiden Wände 98, 100 miteinander verbindet. Am Rand des Trägers 96 sind die Nuten 102, 104 durchgehend und nicht durch den Boden 106 getrennt. Dadurch, dass die Nuten 102, 104 Außenumfang des Bürstenhalters 24 angeordnet sind, verlaufen sie zumindest bereichsweise durchgehend von der einen Stirnseite 30 zur anderen Stirnseite 32. Die Radien der beiden kreissegmentförmigen Wände 98, 100 korrespondieren mit dem Radius der Innenfläche der Gehäusewand und mit dem Radius der Außenfläche der Gehäusewand der zu montierenden elektrischen Maschine 10. An den Wänden 98, 100 sind axial verlaufende Aussparungen 108 vorgesehen, die Federzungen 110 ausbilden. Auch sind an den Wänden 98, 100 einander zugewandte Stege 112 ausgebildet, die Verengungen bilden.
Wie besonders aus 3 hervorgeht, verläuft durch den Boden 108 der Wände 98, 100 eine bezüglich der Befestigung und der Lage der Bürsten 22 funktionale Symmetrieebene 114. Die Symmetrieebene 114 verläuft vorzugsweise entlang der Bewegungsrichtung der Bürste 22 in der Halterung 94. Der Boden 108 bildet mit seinen stirnseitigen Oberflächen in Axialrichtung des Bürstenhalters 24 ausgerichtete Anschläge, die von jeder Stirnseite 30, 32 den jeweils gleichen Abstand zur Symmetrieebene 114 haben.
Die Halterung 94 ist innerhalb des vom Träger 96 gebildeten Kreisbogens angeordnet. Der Beginn oder Ansatz der Halterung 94 ist außermittig an dem Träger 96 ausgebildet und zur Radialen dieses Kreisbogens geneigt. Dadurch ist die Bürste 22 am Kommutator 20 in Richtung seiner Drehrichtung geneigt, was einen leiseren Lauf ergibt. Die Halterung 94 wird von einer Strebe 116 des Trägers 96 abgestützt wird, die außermittig am Träger 96 beginnt und mit dem Ende der Halterung 94 verbunden ist.
Wie besonders aus der 3 hervorgeht, sind an zwei sich gegenüberliegenden Seiten 118, 120 der Halterung 94, vorzugsweise in Freischneidungen 121, Federzungen 122 zur Bedämpfung des Bürstenköchers 38 angeordnet. Die Federzungen 122 haben einen geringeren Abstand zueinander wie die Seiten 118, 120. An ihren Enden weisen sie einander zugewandte Nasen 123 auf, so dass sie nur mit diesen Nasen 123 mit den Bürsten 22 bzw. Bürstenköchern 38 in Kontakt kommen. Auf einer Seite 118 sind zwei Federzungen 122 angeordnet. An der gegenüberliegenden Seite 120 eine Federzunge 122, die vorzugsweise mittig zu den beiden Federzungen 122 der Seite 118 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine mechanisch bestimmte Dreipunktauflage. Da die Federzungen 122 unter Vorspannung anliegen, bedämpfen sie die Flächen der Bürstenköcher 38, an denen sie aufliegen. Diese Flächen werden von der sich im Bürstenköcher 38 tangential zur Kommutatordrehrichtung bewegenden Bürste 22 dadurch angeregt, dass sie rhythmisch gegen diese Wand schlägt. Diese (die Bürstenköcherwand) wiederum wird durch den rotierenden Kommutator 20 zum Schwingen angeregt, besonders durch ungleichmäßige Reibverhältnisse zwischen der Bürste und dem Kommutator 20. Die Federzungen 122 wirken wie ein Stoßdämpfer, die die Schwingung schneller abklingen lassen, als wenn die Fläche frei unter Einfluss der Eigendämpfung ausschwingen würde.

Claims

Bürstenhalter (24) für eine elektrische Maschine (10) mit wenigstens einer Halterung (94), in der wenigstens eine in einem Bürstenköcher (38) beweglich aufgenommene Bürste (22) angeordnet ist, und mit einem Träger (96), der die wenigstens eine Halterung (94) trägt und mit dem der Bürstenhalter (24) an der elektrischen Maschine (10) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Seiten (118, 120) der Halterung (94) Federzungen (122) zur Bedämpfung des Bürstenköchers (38) angeordnet sind.
Bürstenhalter (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (122) einen geringeren Abstand zueinander haben wie die Seiten (118, 120).
Bürstenhalter (24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (122) an ihren Enden einander zugewandte Nasen (123) aufweisen, so dass die Federzungen (122) mit diesen Nasen (123) an den Bürstenköchern (38) anliegen.
Bürstenhalter (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite (118) zwei Federzungen 122 angeordnet sind und an der gegenüberliegenden Seite (120) eine Federzunge (122), die vorzugsweise mittig zu den beiden Federzungen (122) der Seite (118) angeordnet ist.
Bürstenhalter (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (94) eine U-förmige Aufnahme für einen Bürstenköcher (38) ist.
Bürstenhalter (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24) im Wesentlichen die Form eines Kreissegments hat, wobei der Träger (96) im Wesentlichen die Form eines Kreisbogensegments hat und die Halterung (94) innerhalb dieses Kreisbogensegments angeordnet ist.
Bürstenhalter (24) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Halterung (94) außermittig an dem Träger (96) ausgebildet ist und zur Radialen des Kreisbogens geneigt ist.
Bürstenhalter (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (94) von einer Strebe (116) des Trägers (96) abgestützt wird, die außermittig am Träger (96) beginnt und mit dem Ende der Halterung (94) verbunden ist.
Bürstenhalter (24) mit wenigstens einer Bürste (22) und/oder mit wenigstens einem mit einer Bürste (22) versehenen Bürstenköcher (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrische Maschine (10), vorzugsweise Kommutatormotor mit wenigstens einem Bürstenhalter (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.