DE102004061896A1 - Bürstenköcher für eine dynamo-elektrische Maschine - Google Patents

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Jörg SKRIPPEK
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenköcher (3) und eine Stromübertragungseinheit bzw. eine dynamo-elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem solchen Bürstenköcher (3), der Führungsbereiche zur Führung einer zur Längserstreckung verschiebbaren Bürste (12) aufweist, die insbesondere als Mehrschichtkohlebürste (12) ausgeführt ist. Zwischen den Führungsbereichen und der Bürste (12) quer zur Längserstreckung der Bürste (12) ist ein Abstand vorhanden. Der Bürstenköcher (3) hat in einem vorderen Führungsbereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (8) zugewandt ist, mindestens ein mit dem Bürstenköcher (3) verbundenes Führungselement (7, 13, 14). Der Abstand (I¶1¶) zwischen dem Führungselement (7, 13, 14) und der Bürste (12) ist in mindestens einer quer zur Längserstreckung der Bürste (12) liegenden Ebene geringer als der Abstand (I¶2¶) zwischen dem Bürstenköcher (3) und der Bürste (12) in einem hinteren Führungsbereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (8) abgewandt ist. Daher wird ein Schlagen der Bürste (12) an den Bürstenköcher (3) bzw. an das Führungselement (7, 13, 14) deutlich vermindert und ein durch ein solches 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 entlang ihrer 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 Stromübertragungseinheit für eine dynamo-elektrische Maschine mit dem Bürstenköcher bzw. eine dynamo-elektrische Maschine mit einer solchen Stromübertragungseinheit.
  • 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 zu 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 für die bekannten Stromübertragungseinheiten sogenannte Mehrschichtkohlebürsten eingesetzt. Solche Mehrschichtkohlebürsten weisen zwischen einzelnen Kohleschichten hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schichten zur Redu zierung 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 überwiegend aus Metall sind, werden auf Grund ihrer preiswerten Herstellung häufig in dynamo-elektrischen Maschinen eingesetzt. Zur Vermeidung eines Kontaktes zwischen der Bürste und dem Bürstenköcher, bei dem sich ein Querstrom in der Bürste bzw. zwischen den Kohleschichten der Mehrschichtkohlebürste 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 verschleißt die Bürste durch Abrieb. Der dabei entstehende Bürstenstaub gelangt zwischen die Bürste und den Bürstenköcher. Damit die Bürste nicht durch den Bürstenstaub im Bürstenköcher verklemmen kann bzw. damit durch die Ablagerungen von teilweise unverbrannten und somit elektrisch leitenden Staubpartikel keine Querströme in der Bürste bzw. zwischen den Kohleschichten der Mehrschichtkohlebürste 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. Pro Lamelle schlägt sie 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 am Kommutator verblie bene Staubpartikel beim Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine kein 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 verzinntem 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 solch 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 bzw. eine Stromübertragungseinheit für eine dynamo-elektrische Maschine derartig zu gestalten, dass beim Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine eine im Kohlebürstenköcher angeordnete Bürste im wesentlichen keine Geräusche verursacht. Dabei soll zum einen der Kohlebürstenköcher bzw. die Stromübertragungseinheit so beschaffen sein, dass durch den beim Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine entstehenden Bürstenstaub möglichst keine Querströme in der Bürste bzw. zwischen einzelnen Schichten einer Mehrschichtkohlebürste ausbilden können oder die Bürste nicht im Bürstenköcher verklemmen kann, und zum anderen der Kohlebürstenköcher bzw. die Stromübertragungseinheit kostengünstig und einfach herstellbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 eines Bürstenköchers, des nebengeordneten Anspruchs 10 einer Stromübertragungseinheit und des nebengeordneten Anspruchs 11 einer dynamo-elektrischen Maschine gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche dargestellt.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den eingangs beschriebenen Bürstenköcher derartig zu gestalten, dass ein vorderer Führungsbereich des Bürstenköchers, der dem Kommutator zugewandt ist, durch mindestens ein mit dem Bürstenköcher verbundenes Führungselement gebildet ist und der Abstand zwischen dem Führungselement und der Bürste in mindestens einer quer zur Längserstreckung der Bürste liegenden Ebene geringer ist als der Abstand zwischen dem Bürstenköcher und der Bürste in einem hinteren Führungsbereich, der dem Kommutator abgewandt 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 wird beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Stromübertragungseinheit insbesondere dann 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 und/oder eine Ausbildung eines Querstromes in einer Bürste, insbesondere zwischen den Schichten einer Mehrschichtkohlebürste, durch unverbrannten Bürstenstaub können dadurch wirksam ausgeschlossen werden.
  • 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.
  • Als besonders günstig hat es sich erwiesen, dass bei weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildungen das Führungselement als bürstenartige Einlage oder stiftartig ausgebildet ist. Bei einer derartigen Gestaltungsform des Bürstenköchers werden die Berührungsflächen der Führungselemente deutlich minimiert. Hierdurch wird die Reibung zwischen Bürste und Führungselemente weiter reduziert, somit wird nur eine geringe Federkraft zum Verschieben der Bürste erforderlich. Eine geringere Federkraft bewirkt zugleich eine Reduzierung des Bürstenverschleißes. Bei einer derartigen Gestaltung der Führungselemente verbleibt zwischen den einzelnen Führungselementen ausreichend Raum zur Abfuhr des Bürstenstaubes. Ein Verklemmen der Bürste und/oder die Ausbildung von Querströmen in der Bürste bzw. zwischen den Schichten einer Mehrschichtkohlebürste durch anfallenden Bürstenstaub werden noch besser vermieden. Darüber hinaus wirkt eine bürstenartige Einlage mechanisch dämpfend, so dass die Geräuschbildung beim Kontakt der Bürste mit dem bürstenartigen Führungselement deutlich vermindert wird. Eine gleiche vorteilhafte Wirkung wird erreicht, wenn die Führungselemente selbst eine mechanisch dämpfende Eigenschaft aufweisen, beispielweise in dem sie aus einem Elastomer bestehen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Führungselement hochohmig bzw. ist elektrisch nichtleitend ausgeführt oder hat eine elektrisch nichtleitende Schicht. Durch eine solche Ausgestaltung des Bürstenköchers kann eine Ausbildung von Querströmen in der Bürste bei einem Kontakt der Kohlebürste mit dem Führungsbereich noch besser 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 Bürstenköchern erstreckt sich eine elektrisch nichtleitende Schicht über den gesamten Führungsbereich eines Bürstenköchers. Bei dem derartig weitergebildeten Bürstenköcher mit dem nicht leitenden Führungselement muss der Bürstenköcher selbst keine nicht leitende Schicht aufweisen, wodurch der weitergebildete Bürstenköcher kostengünstiger als die bisher bekannten isolierten Bürstenköcher gefertigt werden kann, da nur das Führungselement elektrisch nicht leitend ist bzw. eine elektrisch nicht leitende Schicht aufweist.
  • Vorteilhafterweise weisen in einer weiteren Ausgestaltung die Führungselemente oder die elektrisch isolierende Schicht einen geringen Reibkoeffizienten auf, wodurch die Bürste im Bürstenköcher leichter verschiebbar ist. Durch diese Ausgestaltung kann die zum Verschieben der Bürste erforderliche Federkraft verringert werden, wodurch der Bürstenverschleiß weiter minimiert wird.
  • 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. Eine solche Gestaltung des Bürstenköchers ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn der Durchbruch und/oder der Kanal in der näheren Umgebung der Isolationsschicht einer Mehrschichtkohlebürste im Bürstenköcher eingebracht ist. Durch eine solche Anordnung wird die Überbrückung der Isolationsschicht über den elektrisch leitenden unverbrannten Bürstenstaub vermieden, da der Bürstenstaub sich im Bereich der Isolationsschicht der Mehrschichtkohlebürste nicht mehr ansammeln kann.
  • Weiter betrifft die Erfindung eine Stromübertragungseinheit, die vorteilhafterweise mindestens einen erfindungsgemäßen Bürstenköcher enthält. Ebenso betrifft die Erfindung eine dynamo-elektrische Maschine mit einer solchen Stromübertragungseinheit und einem erfindungsgemäßen Bürstenköcher. 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. Die Stromübertragungseinheit mit dem erfindungsgemäßen Bürstenköcher kann aber auch in Verbindung mit einer Bürste, die nicht als Mehrschichtkohlebürste ausgeführt ist, für eine dynamo-elektrische Maschine, beispielsweise einen Gleichstrom-Universalmotor, verwendet werden.
  • Die Erfindung sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen sowie schematischer und nicht maßstabsgerechter Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen
  • 1 einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit und einen Kommutator einer dynamo-elektrischen Maschine mit einem Führungselement der Bürste,
  • 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 einer stiftförmigen Einlage des Bürstenköchers zur Bildung eines vorderen Führungsbereiches,
  • 5 einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit mit einer bürstenförmigen Einlage des Bürstenköchers zur Bildung eines vorderen Führungsbereiches,
  • 6 und 7 seitliche Ansichten von Stromübertragungseinheiten mit einem Bürstenköcher mit seitlichen Durchbrüchen und einen Schnitt durch den Kommutator,
  • 8 einen querliegenden Schnitt einer Stromübertragungseinheit mit einem Bürstenköcher, der einen Kanal aufweist, und
  • 9 einen querliegenden Schnitt einer Stromübertragungseinheit mit einem Bürstenköcher und Führungselementen, die eine isolierende Schicht haben.
  • Die Beschreibung der 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 einem Wäschebehandlungsgerät beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich vielmehr auf Stromübertragungseinheiten bzw. auf Bürstenköcher, die in dynamo-elektrischen Maschinen mit einem mechanischen Kommutator generell einsetzbar sind.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine Stromübertragungseinheit und durch einen Kommutator 8 eines nicht dargestellten Wechselstrom-Universalmotors, der nachfolgend nur Motor genannt wird. Die Stromübertragungseinheit besteht aus einer Anschlussleitung 1, einer Mehrschichtkohlebürste 12, die zwei elektrisch leitende Schichten 4 und 11 und eine zwischen diesen Schichten befindliche hochohmige bzw. elektrisch nichtleitende Schicht 5 aufweist, einer Feder 2 und einem feststehenden Bürstenköcher 3. Die Anschlussleitung 1 ist mit beiden Schichten 4 und 11 der Mehrschichtkohlebürste 12 durch einen gemeinsamen Kontaktpunkt verbunden. Zur Vereinfachung wird die Mehrschichtkohlebürste 12 nachfolgend auch als Bürste 12 bezeichnet. Die Bürste 12 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 8 bzw. gegen die auf dem Kommutator 8 befindlichen Lamellen 9 gedrückt. Zusätzlich bewirkt die Feder 2, dass die Bürste 12 entsprechend eines betriebsbedingten Verschleißes der Bürste 12 längs der Richtung X nachgeschoben wird. Die Bürste 12 gleitet bei einer Drehung D des Kommutators 8, der mit einem Rotor des Motors fest verbundenen ist, über die Lamellen 9, die mit einzelnen Wicklungen des Rotors verbunden sind. Somit wird ein elektrischer Kontakt zwischen der Bürste 12 und den Lamellen 9 bzw. den Wicklungen des Rotors hergestellt.
  • Die Bürste 12 wird von jeweils zwei gegenüberliegenden Innenwänden bzw. gegenüberliegenden Führungselementen 7, 13 oder 14 des Bürstenköchers 3 geführt, dabei ist zwischen der Bürste 12 und den Innenwänden bzw. den Führungselementen 7, 13 oder 14 des Bürstenköchers 3 ein Abstand in jeweils einer quer zur Bürste liegenden Erstreckung vorhanden. Die entsprechenden Bereiche der Innenwände bzw. der Führungselemente 7, 13 oder 14 des Bürstenköchers 3, die von der Bürste 12 berührt werden können, stellen sogenannte Führungsbereiche dar. Bei der bevorzugten und in 1 bis 3 dargestellten Ausführung sind die Wände 6 und 10 des Bürstenköchers 3 überwiegend parallel zueinander angeordnet. In einem vorderen Bereich der Wände 6 und 10 des Bürstenköchers 3, der dem Kommutator 8 zugewandt ist, sind mit den Wänden 6 und 10 Führungselemente 7, 13 oder 14 verbunden. Der Abstand I1 zwischen der Bürste 12 und den Führungselementen 7, 13 oder 14 ist geringer als der Abstand I2 zwischen der Bürste 12 und den Bereichen der Wände 6 und 10 in einem hinteren Führungsbereich. Der vordere Führungsbereich des Bürstenköchers 3 ist dem Kommutator 8 zugewandt und liegt in einer Ebene A-A. Dementsprechend ist der hintere Führungsbereich des Bürstenköchers 3 dem Kommutator 8 abgewandt und der hintere Führungsbereich liegt in der Ebene B-B. Ein Schnitt in der Ebene A-A durch den Bürstenköcher 3, durch die Führungselemente 7 und durch die Bürste 12 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 12 und den Führungselementen 7, 13, 14 in dem vorderen Führungsbereich in der tangential zum Kommutator 8 liegenden Richtung Y verringert ein Schlagen der Bürste 12 beim Betrieb des Motors.
  • Die Erfindung ist nicht auf eine solche spezielle Ausgestaltung des Bürstenköchers 3 mit den Führungselementen 7, 13 oder 14 beschränkt, bei der der Abstand I1 zwischen der Bürste 12 und den Führungselementen 7, 13 oder 14 im vorderen Führungsbereich in einer tangential zum Kommutator 7 liegenden Richtung (Richtung Y) geringer als der Abstand I2 im hinteren Führungsbereich ist. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung des Bürstenköchers kann der Abstand zwischen der Bürste 12 den Führungselementen 7, 13 oder 14 auch im vorderen Führungsbereich in einer axialen Richtung (Richtung Z), die quer zur Längserstreckung der Bürste 12 liegt, geringer als in einem hinteren Führungsbereich sein.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung kann der Abstand sich gegenüberliegender Wände des Bürstenköchers 3 auf der dem Kommutator 8 zugewandten Seite etwas größer sein als auf der dem Kommutator 8 abgewandten Seite. Der so leicht aufgeweitete Bürstenköcher 3 hat im vorderen Bereich einen größeren Spalt zwischen Bürste 12 und den Wänden als bei parallelen Wänden 6, 10. Dadurch wird eine größere Gestaltungsfreiheit für die Führungselemente 7, 13, 14 hinsichtlich der Form, der Größe und der Befestigung der Führungselemente erreicht.
  • Die Kohlebürste 12 eines Motors für eine Haushaltwaschmaschine hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Breite (Richtung Y) von 5 mm. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, den Bürstenköcher 3 einer solchen Kohlebürste 12 derartig zu gestalten, dass die zur Führung maßgebliche Öffnungsweite zwischen den Führungselementen 7, 13, oder 14 im vorderen Führungsbereich 5,03 mm beträgt und zwischen den Wänden 6 und 10 im hinteren Führungsbereich 5,05 mm des Bürstenköchers 3 beträgt. Der Abstand I1 im vorderen Führungsbereich beträgt somit bei einer mittig im Bürstenköcher 3 befindlichen Bürste 12 beidseitig 0,015 mm und der Abstand I2 im hinteren Führungsbereich beidseitig 0,025 mm. Versuche haben gezeigt, dass beim Betrieb des Universalmotors in einer Waschmaschine die Bürste 12 deutlich vermindert an den Bürstenköcher schlägt, wenn der zur Führung der Bürste 12 maßgebliche Abstand I1 im vorderen Führungsbereich gegenüber dem Abstand I2 im hinteren Führungsbereich um mindestens 0,005 mm verringert ist.
  • In der 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Bürstenköchers 3 dargestellt, bei der die Führungselemente 13 stiftartig ausgebildet sind. Derartig ausgebildete Führungselemente 13 weisen eine nur sehr geringe Führungsfläche auf. Hierdurch wird die Reibung zwischen dem Führungselement 13 und der Bürste 12 deutlich verringert. Die zum Nachschieben der Bürste 12 erforderliche Kraft, die durch die Feder 2 bewirkt wird, kann dadurch vermindert werden. Somit wird auch die Anpresskraft der Bürste 12 auf den Kommutator 8 verringert, wodurch der Bürstenverschleiß beim Betrieb des Motors herabgesetzt wird. Da seitlich neben den Führungselementen 13 ein größerer Abstand zwischen der Bürste 12 und dem Bürstenköcher 3 gegeben ist als zwischen den Führungselementen 13 und der Bürste 12, kann der anfallende Bürstenstaub neben den Führungselementen 13 aus dem vorderen Führungsbereich entweichen. Ein Verklemmen der Bürste 12 im Führungsbereich und/oder eine Ausbildung von Querströmen in der Bürste 12 durch im Führungsbereich verbliebenen unverbrannten Bürstenstaub wird somit wirksam vermieden.
  • Die stiftartigen Führungselemente 13 bestehen vorteilhafterweise aus einem Elastomer, das eine gute mechanisch dämpfende Eigenschaft hat. Bei einem Anschlag der Bürste 12 an ein derartig ausgeführtes Führungselement 13 wird die Stärke des Anschlags deutlich abgedämpft, wodurch eine Geräuschentwicklung durch den Anschlag deutlich unterdrückt wird. Darüber hinaus ist das Elastomer derartig geformt, dass die Führungselemente 13 elektrisch isolierend bzw. hochohmig sind. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer Berührung der Bürste 12 an einem Führungselement 13 ein elektrischer Kurzschluss zwischen dem Bürstenköcher 3 und der Bürste 12 verhindert wird. Somit wird eine Ausbildung eines Querstromes in der Bürste 12 vermieden.
  • Das Elastomer beinhaltet Zusätze zur Verbesserung der Gleitfähigkeit, so dass das Führungselement 7, 13 einen geringen Reibkoeffizient aufweist.
  • In alternativen Ausführungen sind die Führungselemente 7, 13 auch aus elektrisch leitenden Materialien ausgeführt. Solche Führungselemente 7, 13, dargestellt in 9, weisen vorteilhafterweise eine elektrisch isolierende Schicht 18 in Form eines Isolierlacks, wie aus Phenolharz-, Epoxidharz- oder Polystyrollack, auf.
  • Günstig ist auch die Verwendung solcher elektrisch isolierender Führungselemente zur Führung der Bürste 12 in einem vorderen Führungsbereich in einer axialen Richtung (Richtung Z). Somit wird ein Kurzschließen der einzelnen Schichten 4, 11 einer Mehrschichtkohlebürste 12 durch eine Wand des Bürstenköchers 3 unterbunden, wodurch sich kein Querstrom zwischen den einzelnen Schichten 4, 11 bilden kann.
  • Bei einer weiteren in 5 dargestellten alternativen Ausführung sind die Führungselemente 14 durch eine bürstenartige Einlage 14 gebildet. Eine solche Einlage 14 besteht aus vielen einzelnen dünnen Fäden oder Fasern, die dicht aneinander liegen und mit dem Bürstenköcher verbunden sind. Bei einer solchen Ausführung ist der Abstand zwischen dem Bürstenköcher 3 und der Bürste 12 so gewählt, dass die einzelnen Fasern der bürstenartigen Einlage 14 sich gering verformen können. Die einzelnen Fasern können sich leicht verformen; dies ist aber durch die dichte Packung der Fasern eingeschränkt. Eine solche Einlage 14 weist eine gute dämpfende Eigenschaft auf. Bei einer solchen bürstenartigen Einlage 14 ist die Reibung auf Grund der geringen Berührungsflächen zwischen der Bürste 12 und der Einlage 14 gering, somit ist die Bürste 12 leicht in der durch die Einlage 14 gebildete vordere Führung verschiebbar. Die Fasern der Einlage 14 sind vorteilhafterweiser aus einen hochohmigen bzw. nicht leitenden Material. Daher kann zwischen dem Bürstenköcher 3 und der Bürste 12 im vorderen Führungsbereich kein elektrisch leitender Kontakt entstehen und die Ausbildung eines Querstromes in der Bürste 12 vermieden.
  • Die Darstellungen der 6 und 7 zeigen seitliche Ansichten von Bürstenköchern 3 in zwei verschiedenen vorteilhaften Ausführungsformen, wobei ein Teilbereich des Kommutators 8 in den Darstellungen geschnitten dargestellt ist. In diesen Ausführungsformen sind Durchbrüche 15, 16 im kommutatorseitigen Bereich der Wände des Bürstenköchers 3 vorhanden. Dabei sind die Durchbrüche 15, 16 vorzugsweise in gegenüberliegenden Wänden eingebracht, die die Bürste 12 seitlich bzw. axial führen und längs der Richtung Y liegen. Durch diese Durchbrüche 15, 16 kann der Bürstenstaub, der zwischen die Bürste 12 und den Bürstenköcher 3 gelangt, wieder entweichen. Dadurch wird ein Klemmen der Bürste 12 in dem Bürstenköcher 3 durch Bürstenstaub wirksam vermieden. In alternativen Ausführungsformen können die Durchbrüche 15, 16 auch in weiteren Wänden des Bürstenköchers 3 vorhanden sein. In den in 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen hat der Bürstenköcher 3 einen schlitzförmigen am kommutatorseitigen Ende offenen Durchbruch 16. Zur Vergrößerung der Öffnungsfläche sind weitere Durchbrüche 15 gitterförmig im vorderen Bereich des Bürstenköchers 3 eingebracht, wobei zwischen den Durchbrüchen 15 und/oder dem Durchbruch 16 Stege 17 verbleiben. Durch diese Stege 17 behält der Bürstenköcher 3 eine ausreichende Steifigkeit.
  • Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Bürstenköchers 3, dargestellt in 8 und 9, ist im vorderen bzw. kommutatorseitigen Bereich des Bürstenköchers 3 in gegenüberliegenden Wänden 20, 21 jeweils ein Kanal 19 eingeformt. Dabei zeigen 8 und 9 einen Schnitt durch die Bürste 12 und den Bürstenköcher 3 in einer Ebene, die dem Kommutator zugewandt ist. Die Kanäle 19 sind vorzugsweise in Wänden eingebracht, die die Bürste 12 axial führen und längs der Richtung Y liegen. Anfallender Bürstenstaub kann über solche Kanäle wieder aus dem Raum zwischen Bürste 11 und Bürstenköcher entweichen. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Lage der Kanäle 19 im Bereich der Isolationsschicht 5 der Bürste 12 liegt. Da der anfallende Bürstenstaub über die Kanäle 19 gleich aus dem Führungsbereich entweichen kann, wird die Isolationsschicht 5 nicht durch elektrisch leitenden Bürstenstaub überbrückt. Eine Ausbildung von Querströmen zwischen den Bürstenschichten der Bürste 12 wird somit vermieden.
  • Die vorstehend dargestellten Ausführungsformen der Bürstenköcher 3 und der Bürste 12 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.

Claims (11)

  1. Bürstenköcher für eine Stromübertragungseinheit einer dynamo-elektrischen Maschine mit einem Kommutator (8), insbesondere für einen Elektromotor, wobei der Bürstenköcher (3), der insbesondere aus Metall ausgeführt ist, Führungsbereiche zur Führung einer entlang ihrer Längserstreckung verschiebbaren Bürste (12) aufweist, die insbesondere als Mehrschichtkohlebürste (12) ausgeführt ist, und zwischen den Führungsbereichen und der Bürste (12) quer zur Längserstreckung der Bürste (12) ein Abstand vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorderer Führungsbereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (8) zugewandt ist, durch mindestens ein mit dem Bürstenköcher (3) verbundenes Führungselement (7, 13, 14) gebildet ist und der Abstand (I1) zwischen dem Führungselement (7, 13, 14) und der Bürste (12) in mindestens einer quer zur Längserstreckung der Bürste (12) liegenden Ebene geringer ist als der Abstand (I2) zwischen dem Bürstenköcher (3) und der Bürste (12) in einem hinteren Führungsbereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (8) abgewandt ist.
  2. Bürstenköcher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Führung der Bürste (12) maßgebliche Abstand (I1) in dem vorderen Führungsbereich um mindestens 0,005 mm geringer ist als der Abstand (I2) in dem hinteren Führungsbereich.
  3. Bürstenköcher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (13) stiftartig ausgebildet ist.
  4. Bürstenköcher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (14) als eine bürstenartige Einlage ausgeführt ist.
  5. Bürstenköcher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7, 13, 14) mechanisch dämpfende Eigenschaften aufweist.
  6. Bürstenköcher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7, 13, 14) elektrisch isolierend ausgeführt ist oder eine elektrisch isolierende Schicht (18) aufweist.
  7. Bürstenköcher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7, 13, 14) aus einem Elastomer besteht.
  8. Bürstenköcher nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7, 13, 14) oder seine elektrisch isolierende Schicht (18) einen geringen Reibkoeffizienten hat.
  9. Bürstenköcher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem vorderen Bereich des Bürstenköchers (3), der dem Kommutator (8) zugewandt ist, eine Wand (20, 21) bzw. Wände (20, 21) des Bürstenköchers (3), die die Bürste (12) axial führt bzw. führen, mindestens einen Durchbruch (15, 16) und/oder mindestens einen Kanal (19) aufweist bzw. aufweisen.
  10. Stromübertragungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bürstenköcher (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche enthalten ist.
  11. Dynamo-elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromübertragungseinheit nach Anspruch 10 enthalten ist.
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