DE102006039594A1 - DC machine - Google Patents
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Abstract
Bei einer Gleichstrommaschine (1) mit einer Anzahl von Kohlebürsten (12), die jeweils in ihrer Längsrichtung verschiebbar in einer Kohleführung (14) angeordnet sind, soll das Bürstenfeuer reduziert oder vermieden und somit eine übermäßige Geräuschentwicklung sowie hochfrequente Störungen weitestgehend ausgeschlossen werden. Dazu ist erfindungsgemäß eine Kohleführung (14) vorgesehen, die von einer Basisfläche (20), gegebenenfalls von Seitenflächen, und von einer Anzahl von relativ zur Basisfläche (20) abgeschrägten Führungsflächen (16) gebildet ist.In a DC machine (1) with a number of carbon brushes (12), each slidably disposed in a longitudinal direction in a coal guide (14), the brush fire is reduced or avoided and thus excessive noise and high-frequency interference are largely excluded. For this purpose, according to the invention, a carbon guide (14) is provided, which is formed by a base surface (20), optionally by side surfaces, and by a number of guide surfaces (16) bevelled relative to the base surface (20).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrommaschine mit einer Anzahl von Kohlebürsten, die jeweils in ihrer Längsrichtung verschiebbar in einem Führungskanal, der so genannten Kohleführung, angeordnet sind.The The invention relates to a DC machine with a number of carbon brushes, the each in their longitudinal direction slidable in a guide channel, the so-called coal guide, are arranged.
Die für die Funktionsfähigkeit von elektrischen Maschinen, beispielsweise von Gleichstrommaschinen, erforderliche Bereitstellung eines relativ zur Wicklung drehenden oder wandernden Stromes auf der Grundlage eines Gleichstromes als Eingangsstrom wird üblicherweise über den so genannten Kommutator, auch als Stromwender bezeichnet, erzielt. Üblicherweise sind Stromwendeeinrichtungen als Lamellen-Bürste-System ausgeführt, beispielsweise in Gleichstrommaschinen. Eine Gleichstrommaschine kann ausgeführt sein als Elektromotor, der mit Gleichstrom betrieben wird, oder als Generator, der mechanische Energie in Gleichstrom umwandelt. In einigen Anwendungsfällen kann eine Gleichstrommaschine auch beide Funktionen erfüllen.The for the operability of electrical machines, for example of direct current machines, required provision of a relative to the winding rotating or migratory electricity based on a direct current as Input current is usually over the so-called commutator, also referred to as Stromwender achieved. Usually Stromwendeeinrichtungen are designed as a lamella brush system, for example in DC machines. A DC machine can be executed as an electric motor, which is operated with direct current, or as a generator, the converts mechanical energy into direct current. In some applications, can a DC machine also fulfill both functions.
Eine Gleichstrommaschine umfasst als wesentliche Komponenten typischerweise einen unbeweglichen äußeren Teil, den Stator, und einen drehbar gelagerten inneren Teil, den Rotor oder Anker. Bei konventionellen Gleichstrommaschinen umfasst der unbewegliche Teil mindestens einen Elektromagneten oder in kleineren, weniger leistungsfähigen Ausführungen mindestens einen Permanentmagneten.A DC machine typically includes as essential components an immovable outer part, the stator, and a rotatably mounted inner part, the rotor or anchor. In conventional DC machines includes the immovable part at least one electromagnet or in smaller, less powerful designs at least one permanent magnet.
Wesentliche Vorteile der typischen Gleichstrommaschine, beispielsweise gegenüber Drehfeldmaschinen, ist die veränderbare Betriebsdrehzahl, die bei gleichbleibendem Drehmoment über die Spannungsamplitude gesteuert werden kann. Durch diesen Aufbau können Gleichstrommaschinen in einem großen Drehzahlbereich eingesetzt werden.basics Advantages of the typical DC machine, for example, in comparison with induction machines, is the changeable one Operating speed, with the same torque over the voltage amplitude can be controlled. Through this construction, DC machines can be used in a big one Speed range can be used.
In Elektromotoren mit Kommutatoren werden zum Abgreifen des erzeugten Stroms, bei elektrischen Generatoren zum Einspeisen des Stroms, Kohlebürsten verwendet. Früher verwendete man statt Graphit Pinselbürsten als Gleitkontakt, daher die Bezeichnung Bürste. Eine solche Kohlebürste besteht meist aus Graphit und stellt über Schleifringe oder Kollektoren einen (Gleit-) Kontakt zum rotierenden Teil der Maschine, dem Rotor oder Anker, her. Wegen der zum Teil hohen Drehzahlen kann es bei konventionellen Gleichstrommaschinen in den kurzen Momenten, in denen die Bürste vom Kommutator galvanisch getrennt ist oder zwei unterschiedlich geladene Lamellen kurzschließt, zu elektrostatischen Entladungen kommen, die als Funken sichtbar werden. Dabei handelt es sich um das so genannte Bürstenfeuer.In Electric motors with commutators are used for tapping the generated Electricity, used in electric generators for feeding the electricity, carbon brushes. Earlier instead of graphite, brush brushes were used as sliding contact, therefore the term brush. Such a carbon brush consists mostly of graphite and poses via slip rings or collectors a (sliding) contact with the rotating part of the machine, the rotor or anchor, forth. Because of the sometimes high speeds, it can be conventional DC machines in the short moments when the brush of the Commutator is electrically isolated or two differently charged Short slats, come to electrostatic discharges, which are visible as sparks become. This is the so-called brush fire.
Dieses so genannte Bürstenfeuer kann die Ursache für hochfrequente Störungen sein, die beispielsweise die Gleichstrommaschine im Betrieb abstrahlt und in das Leitungsnetz zurückspeist und somit Störungen für andere Verbraucher im Leitungsnetz verursachen kann. Auch ist die Drehgeschwindigkeit durch diese Funkenbildung begrenzt, da die Kohlebürste bei hohen Drehzahlen heiß wird und schneller als in für diese Gleichstrommaschinen typischen Temperaturbereichen verschleißt. Des Weiteren bewirken hohe Drehzahlen eine höhere Induktionsspannung, die ein umlaufendes Bürstenfeuer initialisieren kann.This so-called brush fire may be the cause of high-frequency interference be, for example, the DC machine in operation radiates and feeds back into the pipeline network and thus disruptions for others Consumers in the network can cause. Also, the rotational speed limited by this sparking, as the carbon brush at high speeds gets hot and faster than in This DC machines wears typical temperature ranges. Of Furthermore, high speeds cause a higher induction voltage, the a revolving brush fire can initialize.
Ein weiterer Nachteil der typischen Verwendung von Kohlebürsten ist die auftretende Geräuschentwicklung, die durch die Stoßanregungen der Kohleführung, verursacht durch die tangentiale und radiale Anregung der Kohlebürsten durch den Kommutator, entsteht. Verantwortlich für diese Anregung der Kohlebürsten ist das Spiel der Kohlebürste in der Kohleführung. Dieses Spiel ist allerdings notwendig, um der Kohlebürste die radiale Anpressung an den Kommutator zu ermöglichen, da insbesondere bei Hitzeentwicklung dieses Spiel eine Veränderung durch die unterschiedliche Ausdehnung der verschiedenen Materialien, die in der Kohlebürste und in der Kohleführung Verwendung finden, erfährt.One Another disadvantage of the typical use of carbon brushes is the occurring noise, the by the shock excitations the coal guide, caused by the tangential and radial excitation of the carbon brushes the commutator, arises. Responsible for this stimulation of carbon brushes is the game of carbon brush in the coal leadership. However, this game is necessary to the carbon brush the radial contact with the commutator to allow, especially in heat this game is a change the different extent of different materials that in the carbon brush and in the coal leadership Find use finds out.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstrommaschine der oben genannten Art anzugeben, bei der das Bürstenfeuer reduziert oder vermieden ist und somit eine übermäßige Geräuschentwicklung sowie hochfrequente Störungen weitestgehend ausgeschlossen sind.Of the Invention is therefore the object of a DC machine specify the above-mentioned type in which reduces the brush fire or avoided is and therefore an excessive noise as well as high-frequency interference are largely excluded.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Kohleführung von einer Basisfläche, gegebenenfalls von Seitenflächen und von einer Anzahl von relativ zur Basisfläche abgeschrägten Führungsflächen gebildet ist.These The object is achieved according to the invention by the coal leadership from a base surface, if necessary of side surfaces and formed by a number of guide surfaces chamfered relative to the base surface is.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass das so genannte Bürstenfeuer im Wesentlichen durch das Spiel zwischen der Kohlebürste und der Kohleführung bedingt ist. Daher sollte dieses minimiert werden. Um trotz des unterschiedlichen Ausdehungsverhaltens der genannten Komponenten des Systems unter Temperatureinfluss die freie Beweglichkeit der Kohlebürste zu erhalten, sollte eine geeignete Führung vorgesehen sein. Dazu ist die Kohleführung geeignet ausgestaltet.The Invention goes from consideration from that, the so-called brush fire essentially by the play between the carbon brush and the coal leadership is conditional. Therefore, this should be minimized. In spite of the different expansion behavior of said components the system under the influence of temperature the free mobility of the carbon brush appropriate guidance should be provided. To is the coal leadership suitably designed.
Üblicherweise ist die Kohleführung als rechteckiger Schacht ausgelegt. Das vorgesehene und notwendige Spiel der Kohlebürste in tangentialer Richtung in der Kohleführung ist über die gesamte Höhe der Kohlebürste und Kohleführung vorhanden und ermöglicht eine Anregung der Kohlebürste und somit die Geräuschentwicklung und die Funkenbildung, das so genannte Bürstenfeuer. Eine Abschrägung der Führungsflächen sowie der Andruck der Kohlebürste in Richtung der Basisfläche und der relativ zur Basis abgeschrägten Führungsflächen erzielt mindestens eine punktuelle Berührung und Führung der üblicher weise rechteckig ausgebildeten Kohlebürste in der Kohleführung.Usually, the coal guide is designed as a rectangular shaft. The intended and necessary game of carbon brush in the tangential direction in the coal guide is over the entire Height of the carbon brush and carbon guide available and allows for excitation of the carbon brush and thus the noise and sparking, the so-called brush fire. A chamfer of the guide surfaces and the pressure of the carbon brush in the direction of the base surface and the relative to the base beveled guide surfaces achieved at least a selective contact and leadership of the usual way rectangular shaped carbon brush in the coal guide.
Um den Kontakt zwischen der Kohlebürste und der Kohleführung als Flächenberührung auszubilden, weist die Kohlebürste ebenfalls eine Führungsfläche auf, die an die Führungsfläche der Kohleführung angepasst ist.Around the contact between the carbon brush and the coal leadership form as surface contact, points the carbon brush also a guide surface, the to the guide surface of the carbon guide is adjusted.
Um die ausgebildete Abschrägung sowohl der Führungsflächen der Kohlebürste als auch der Führungsflächen der Kohleführung für eine möglichst spielfreie Führung der Kohlebürste in der Kohleführung vorzusehen, wirkt vorteilhafterweise eine Andruckkraft auf die Kohlebürste in Richtung der Basisfläche.Around the trained bevel both the guide surfaces of the carbon brush as well as the guide surfaces of the carbon guide for one as possible backlash-free guide the carbon brush in the coal leadership Provide, advantageously acts a pressing force on the carbon brush in Direction of the base area.
Der Andruck der Kohlebürste in Richtung der Basisfläche der Kohleführung erfolgt vorzugsweise über die Integration eines zusätzlichen Bauteils wie einer Spiral-, Torsions- oder Biegefeder in die Kohleführung. Das Federelement kann auch fertigungstechnisch in der Kohleführung oder in einem der Anbauteile vorgesehen sein. In einer besonders vorteilhaften Auslegung erfolgt der Andruck der Kohlebürste durch eine in radialer Richtung wirkende Federvorspannung über eine Hebelumlenkung.Of the Pressure of the carbon brush in the direction of the base area the coal leadership preferably takes place via the integration of an additional Component such as a spiral, torsion or spiral spring in the coal guide. The Spring element can also manufacturing technology in the coal guide or be provided in one of the attachments. In a particularly advantageous Design, the pressure of the carbon brush by a radial Directional spring preload via a lever deflection.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Abschrägung der Führungsflächen sowohl der Kohlebürste als auch der Kohleführung beim Andrücken der Kohlebürste eine Justierung und eine seitliche Fixierung erfolgt, die die Funkenbildung oder die durch seitliches Pendeln entstehenden Stoßanregungen eliminiert. Dadurch wird sowohl die Geräuschbildung der Gleichstrommaschine minimiert als auch das EMV-Verhalten durch die Reduzierung der hochfrequenten Störungen verbessert.The particular advantages of the invention are that by the bevel the guide surfaces both the carbon brush as also the coal leadership when pressed the carbon brush an adjustment and a lateral fixation takes place, the sparking or the impact stimuli resulting from lateral oscillation eliminated. This will both the noise of the DC machine minimized as well as the EMC behavior by reducing the high-frequency disorders improved.
Weiterhin liegen Vorteile dieser Ausführung in einer einfacheren und daher kostengünstigeren Fertigung des Lamellen-Bürste-Systems, da an der Kohlebürste selber und an der Koh leführung größere Fertigungstoleranzen vertretbar sind als bei der bisher üblichen Ausführung.Farther lie benefits of this design in a simpler and therefore more cost-effective production of the lamella brush system, as on the carbon brush itself and on the Koh leführung greater manufacturing tolerances are acceptable than in the usual implementation.
Des Weiteren liegt die Werkzeugstandzeit gegenüber den bisherigen Ausführungen höher, da die Abnutzung der Kohlebürste durch die Minimierung der Stoßanregung und der Funkenbildung reduziert ist, was sich für den Betrieb der Gleichstrommaschine ebenfalls kostengünstig auswirkt.Of Furthermore, the tool life compared to the previous versions higher, because the wear of the carbon brush by minimizing shock excitation and the sparking is reduced, resulting in the operation of the DC machine also inexpensive effect.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Same Parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die
Gleichstrommaschine
Die
Führung
der Kohlebürste
Um
den Luftspalt zwischen der Kohlebürste
Um
eine wesentliche Verstärkung
des Führungseffektes
der Kohlebürste
Durch
die Abschrägung
der Führungsfläche
Eine
besonders vorteilhafte Auslegung der Vorrichtung zur Erzeugung des
Anpressdrucks zeigt die
Durch
die Abschrägung
der Führungsfläche
Die
Auslegung des Kontaktes zwischen der Kohleführung
Durch
die Erzeugung des Anpressdrucks der Kohlebürste
- 11
- GleichstrommaschineDC machine
- 22
- Erregerwicklungexcitation winding
- 44
- Ständerstand
- 66
- Ankeranchor
- 88th
- Ankerwicklungarmature winding
- 1010
- Kommutatorcommutator
- 1212
- Kohlebürstecarbon brush
- 1414
- Kohleführungcarbon guide
- 1616
- Führungsfläche der KohleführungGuide surface of carbon guide
- 1818
- Führungsfläche der KohlebürsteGuide surface of carbon brush
- 2020
- Basisflächefootprint
- 2222
- Federfeather
- 2424
- Hebellever
- 2626
- Achse des Hebelsaxis of the lever
Claims (3)
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