DE102010040525A1

DE102010040525A1 - Device and method for monitoring the wear of a brush of a commutator system in an electrical machine

Info

Publication number: DE102010040525A1
Application number: DE102010040525A
Authority: DE
Inventors: Michael Bayer; Juergen Gross
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-15
Also published as: CN102565700B; EP2429045A3; CN102565700A; EP2429045A2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verschleißüberwachung einer Bürste eines Kommutatorsystems in einer elektrischen Maschine, bei dem die Bürste in einem Bürstenhalter verstellbar aufgenommen und von einem Federelement in Richtung auf einen Kollektor kraftbeaufschlagt ist, ist so ausgebildet, dass sich mit dem Erreichen eines definierten Verschleißwegs die Kontaktfläche zwischen Bürste und Kollektor ändert, was über eine Messgröße erfassbar ist.A device for monitoring the wear of a brush of a commutator system in an electrical machine, in which the brush is adjustably received in a brush holder and is acted upon by a spring element in the direction of a collector, is designed so that the contact surface between the brushes when a defined wear path is reached and the collector changes what can be measured using a measured variable.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verschleißüberwachung einer Bürste eines Kommutatorsystems in einer elektrischen Maschine.The invention relates to a device and a method for monitoring the wear of a brush of a commutator system in an electrical machine.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2004 035 318 A1 ist es bekannt, den Verschleiß einer Kohlebürste eines Elektromotors in Abhängigkeit der Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen. Hierbei werden die Rotordrehungen während der Laufzeit des Elektromotors aufsummiert bzw. aus einer erfassten Spannungsgröße abgeleitet. Überschreitet die Anzahl der Drehungen einen kritischen Wert, wird ein Warnsignal ausgegeben.From the DE 10 2004 035 318 A1 It is known to determine the wear of a carbon brush of an electric motor as a function of the rotational speed of the electric motor. Here, the rotor rotations are summed up during the life of the electric motor or derived from a detected voltage. If the number of rotations exceeds a critical value, a warning signal is output.

Aus der DE 10 2005 061 412 A1 ist es bekannt, die Bürste eines Kommutators als zwei Komponenten-Bauteil mit Abschnitten unterschiedlicher Leitfähigkeit zu gestalten. Über einen Impedanzsensor wird bei fortschreitendem Bürstenverschleiß ein Impedanzunterschied im Messsignal registriert, was zur Anzeige gebracht werden kann. Voraussetzung ist aber der Aufbau der Bürste mit zwei Abschnitten unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit.From the DE 10 2005 061 412 A1 It is known to make the brush of a commutator as a two-component component with sections of different conductivity. An impedance sensor registers an impedance difference in the measurement signal as the brush wear progresses, which can be displayed. Prerequisite is the structure of the brush with two sections of different electrical conductivity.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen den Bürstenverschleiß in einem Kommutator einer elektrischen Maschine zuverlässig detektieren zu können.The invention has for its object to be able to reliably detect the brush wear in a commutator of an electric machine with simple measures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of the independent claims. The dependent claims indicate expedient developments.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren dient zur Verschleißüberwachung einer Bürste eines Kommutators in einer elektrischen Maschine wie einem Elektromotor oder einem elektrischen Generator. In einer vorteilhaften Anwendung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Verschleißüberwachung in einem Startermotor für eine Brennkraftmaschine eingesetzt wird.The device or the method according to the invention serves to monitor the wear of a brush of a commutator in an electrical machine such as an electric motor or an electric generator. In an advantageous application it is provided that the device for wear monitoring is used in a starter motor for an internal combustion engine.

Das Kommutatorsystem umfasst zur Stromübertragung mehrere Bürsten, von denen mindestens eine Bürste in einem Bürstenhalter verstellbar aufgenommen und von einem Federelement in Richtung auf einen Kollektor kraftbeaufschlagt ist. Über diese an sich bekannte Ausführung wird bei einem Verschleiß die Bürste in Richtung auf den Kollektor nachgestellt, so dass über einen langen Betriebszeitraum eine sichere Stromübertragung zwischen Bürste und rotierendem Kollektor gewährleistet ist.The commutator system comprises a plurality of brushes for power transmission, of which at least one brush is adjustably received in a brush holder and is subjected to force by a spring element in the direction of a collector. About this known per se, the brush is adjusted in the direction of the collector in case of wear, so that over a long period of operation, a secure power transmission between brush and rotating collector is ensured.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist mindestens eine Bürste einen definierten, vorzugsweise einen maximalen Verschleißweg – in Stellrichtung der Bürste gesehen – auf, wobei mit dem Erreichen des definierten Verschleißwegs sich die Kontaktfläche zwischen Bürste und Kollektor ändert. Das Erreichen des definierten Verschleißwegs ist über eine Messgröße zu erfassen.In the device according to the invention, at least one brush has a defined, preferably a maximum wear path - as seen in the direction of adjustment of the brush -, with the reaching of the defined wear path, the contact area between the brush and collector changes. The achievement of the defined wear path is to be recorded via a measured variable.

Diese Ausführung ermöglicht es, Bürsten aus einem einzigen Bürstenmaterial einzusetzen, da die Messgröße, über die der definierte Verschleißweg detektiert wird, nicht von einem Materialunterschied, sondern nur von dem zurückgelegten Vorschub der Bürste abhängt. Der Vorschub kann entweder auf mechanische Weise sensiert werden, beispielsweise durch Erreichen eines Anschlags und Auslösen eines Kontaktes oder, gemäß bevorzugter Ausführung, auf elektrische Weise, indem ein elektrischer Kennwert der Maschine sensiert wird, welcher sich aufgrund der unterschiedlichen Kontaktfläche ändert.This design makes it possible to use brushes made of a single brush material, since the measured variable, over which the defined wear path is detected, does not depend on a material difference, but only on the distance traveled by the brush. The feed can either be sensed mechanically, for example by reaching a stop and triggering a contact or, according to a preferred embodiment, in an electrical manner by sensing an electrical characteristic value of the machine which changes due to the different contact surface.

Gemäß bevorzugter Ausführung wird die Kontaktfläche mit Erreichen des definierten Verschleißwegs reduziert, wobei hierunter auch Ausführungen fallen, in denen der Kontakt zwischen der Bürste und der Kollektormantelfläche unterbrochen wird. Durch die Reduzierung der Kontaktfläche bzw. Unterbrechung des Kontaktes ändert sich mindestens ein elektrischer Kennwert, was über eine entsprechende Messanordnung bzw. Elektronik festgestellt werden kann. Die Reduzierung der Kontaktfläche führt zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands und damit zu einem reduzierten Spannungsabfall im Bordnetz, der festgestellt werden kann, woraufhin beispielsweise ein Signal zur Anzeige gebracht wird, dass der Verschleißweg dieser Bürste aufgebraucht ist und ein Bürstenwechsel ansteht.According to a preferred embodiment, the contact surface is reduced upon reaching the defined wear path, which also includes embodiments in which the contact between the brush and the collector shell surface is interrupted. By reducing the contact area or interruption of the contact, at least one electrical characteristic changes, which can be determined via a corresponding measuring arrangement or electronics. The reduction of the contact surface leads to an increase in the electrical resistance and thus to a reduced voltage drop in the electrical system, which can be detected, whereupon, for example, a signal is displayed, that the wear path of this brush is used up and a brush change is pending.

Gemäß bevorzugter Ausführung weisen mindestens zwei Bürsten der elektrischen Maschine einen unterschiedlichen definierten Verschleißweg auf, welcher somit – unter der Voraussetzung eines annähernd gleichen Verschleißes – zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht wird. Sobald die Bürste mit reduziertem definierten Verschleißweg so weit abgenutzt ist, dass sich die Kontaktfläche zwischen dieser Bürste und dem Kollektor ändert, wird ein entsprechendes Signal zur Anzeige gebracht; zugleich steht die Bürste mit längerem definierten Verschleißweg immer noch in Kontakt mit dem Kollektor und trägt zur Stromübertragung bei. Somit ist es möglich, die Stromübertragung grundsätzlich auch bei einem fortgeschrittenen Verschleiß aufrechtzuerhalten und den aktuellen Verschleißstatus dem Anwender anzuzeigen. Trotz des Verschleißes mindestens einer Bürste kann die elektrische Maschine in vollem oder in zumindest nur geringfügig reduziertem Umfang weiter betrieben werden.According to a preferred embodiment, at least two brushes of the electric machine have a different defined wear path, which is thus achieved at different times, assuming approximately the same wear. As soon as the brush is worn so far with a reduced defined wear path that the contact area between this brush and the collector changes, a corresponding signal is displayed; At the same time, the brush with a longer defined wear path is still in contact with the collector and contributes to power transmission. Thus, it is possible to maintain the power transmission even with an advanced wear and display the current wear status to the user. Despite the wear of at least one brush, the electric machine can continue to operate in full or at least only slightly reduced extent.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird der Vorschub mindestens einer Bürste in Richtung auf den Kollektor auf einen maximal zulässigen Verschleißweg begrenzt, was insbesondere mithilfe eines Anschlages erreicht wird. Dieser Anschlag befindet sich zweckmäßigerweise an dem Bürstenhalter oder alternativ an einem sonstigen, gehäuseseitigen Bauteil. Zur Begrenzung des Vorschubs ist entweder die Stellbewegung des Federelementes begrenzt, so dass mit dem Erreichen des Anschlags die Bürste über die Kraft des Federelementes nicht weiter in Richtung auf den Kollektor kraftbeaufschlagt wird. Gemäß einer weiteren Ausführung ist die Stellbewegung der Bürste durch den Anschlag begrenzt, so dass die Bürste, welche von dem Federelement in Richtung auf den Kollektor kraftbeaufschlagt ist, mit dem Erreichen des Anschlags den maximal zulässigen Verschleißweg erreicht, bei dem auch die Kontaktfläche zwischen Bürste und Kollektor entweder reduziert oder der Kontakt komplett aufgehoben ist. Der Anschlag ist beispielsweise in Form eines nach innen gerichteten Absatzes an der Bürstenhalterung ausgebildet, der den Vorschub in der gewünschten Weise begrenzt. According to an advantageous embodiment, the feed of at least one brush is limited in the direction of the collector to a maximum allowable wear, which is achieved in particular by means of a stop. This stop is expediently located on the brush holder or alternatively on another, housing-side component. To limit the feed either the adjusting movement of the spring element is limited so that the brush is not subjected to the force of the spring element in the direction of the collector with the arrival of the stopper. According to a further embodiment, the adjusting movement of the brush is limited by the stop, so that the brush, which is subjected to force of the spring element in the direction of the collector reaches the maximum permissible wear path with the arrival of the stop, in which the contact surface between the brush and Collector either reduced or the contact is completely canceled. The stop is formed for example in the form of an inwardly directed paragraph on the brush holder, which limits the feed in the desired manner.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, in der ein Anschlag zur Begrenzung der Vorschubbewegung nicht zwingend erforderlich ist, umfasst der Bürstenkörper einen Verschleißabschnitt mit konstanter Querschnittsfläche sowie einen Grundabschnitt, der gegenüber dem Verschleißabschnitt eine sich unterscheidende Querschnittsfläche aufweist. Der Verschleißabschnitt unterliegt dem zulässigen Verschleiß, wobei mit dem Aufbrauchen des Verschleißabschnittes der Grundabschnitt in Kontakt mit dem Kollektor gelangt und aufgrund der unterschiedlichen Querschnittsfläche des Grundabschnittes sich eine elektrische Kenngröße, insbesondere die Spannung in der elektrischen Maschine ändert, was registriert werden kann. Der Grundabschnitt besitzt insbesondere eine kleinere Querschnittsfläche als der Verschleißabschnitt, wobei grundsätzlich auch größere Querschnittsflächen des Grundabschnittes in Betracht kommen.According to yet another expedient embodiment in which a stop for limiting the feed movement is not absolutely necessary, the brush body comprises a wear section with a constant cross-sectional area and a base section which has a different cross-sectional area with respect to the wear section. The wear portion is subject to allowable wear, with the consumption of the wear portion of the base portion comes into contact with the collector and due to the different cross-sectional area of the base portion changes an electrical characteristic, in particular the voltage in the electric machine, which can be registered. In particular, the base section has a smaller cross-sectional area than the wear section, wherein in principle also larger cross-sectional areas of the base section come into consideration.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung weist die elektrische Maschine eine Mehrzahl von Bürstenpaaren mit jeweils zwei Bürsten auf, wobei zumindest eine Bürste eines Bürstenpaares, zweckmäßigerweise jedoch beide Bürsten dieses Bürstenpaares sich im maximal zulässigen Verschleißweg von den weiteren Bürstenpaaren unterscheidet. Die Bürste bzw. die beiden Bürsten dieses Bürstenpaares besitzen insbesondere einen verkürzten maximalen Verschleißweg, um frühzeitig auf den Verschleiß hinweisen zu können, ohne die Funktionstüchtigkeit der elektrischen Maschine außer Kraft zu setzen. Beispielsweise werden in sechspoligen elektrischen Maschinen Bürstensysteme mit sechs Kohlebürsten eingesetzt, von denen die beiden Kohlebürsten eines Bürstenpaares einen reduzierten Verschleißweg aufweisen, so dass mit Erreichen des maximalen Verschleißwegs dieses Bürstenpaares nur noch über vier Kohlebürsten Strom übertragen wird, was anhand des erhöhten elektrischen Gesamtwiderstandes detektiert werden kann.According to a further advantageous embodiment, the electric machine has a plurality of pairs of brushes, each with two brushes, wherein at least one brush of a pair of brushes, but expediently both brushes of this pair of brushes differs in the maximum allowable wear of the other brush pairs. In particular, the brush or the two brushes of this pair of brushes have a shortened maximum wear path in order to be able to point out the wear at an early stage without overriding the functionality of the electrical machine. For example, brush systems with six carbon brushes are used in six-pole electrical machines, of which the two carbon brushes of a pair of brushes have a reduced wear path, so that when the maximum wear path of this brush pair is reached, only four carbon brushes transmit electricity, which is detected on the basis of the increased total electrical resistance can.

Die elektrischen Kennwerte, anhand derer der kritische Bereich des Verschleißes festgestellt werden kann, sind zum einen ein Spannungseinbruch beim Einschalten der elektrischen Maschine, zum andern eine erhöhte Auslaufzeit der elektrischen Maschine nach dem Ausschalten der Bestromung.The electrical characteristics by which the critical range of wear can be determined, on the one hand a voltage dip when switching on the electric machine, on the other hand, an increased flow time of the electric machine after switching off the energization.

Nachdem die mindestens eine, zweckmäßigerweise aber beide Kohlebürsten mit reduziertem Verschleißweg nicht mehr an der Mantelfläche des Kollektors anliegen und damit nicht mehr einem weiteren Verschleiß unterliegen, nimmt zwar der Verschleiß der übrigen Kohlebürsten geringfügig zu, was aber dennoch ausreichend Zeit für Wartungsarbeiten und einen Austausch der Bürsten lässt.After the at least one, but advantageously both carbon brushes with reduced wear no longer rest on the lateral surface of the collector and thus no longer subject to further wear, although the wear of the remaining carbon brushes increases slightly, but still sufficient time for maintenance and replacement of the Brushes leaves.

Zweckmäßigerweise besitzen in einem Bürstenpaar sowohl die Plus-Bürste als auch die Minus-Bürste einen reduzierten Verschleißweg, um zu vermeiden, dass es zu einer Überlastung der Polarität und damit zu einem rapiden Verschleiß kommt. Innerhalb eines Bürstenpaares ist der Verschleißweg vorzugsweise gleich groß, wobei grundsätzlich auch unterschiedliche Verschleißwege, die jeweils gegenüber den sonstigen Bürsten reduziert sind, in Betracht kommen, beispielsweise um gezielt ein unterschiedliches Verschleißverhalten innerhalb des Bürstenpaares zu kompensieren.Conveniently, both the plus brush and the minus brush have a reduced wear path in a pair of brushes in order to avoid overloading the polarity and thus causing rapid wear. Within a pair of brushes, the wear path is preferably the same size, and in principle also different wear paths, which are each reduced with respect to the other brushes come into consideration, for example, to specifically compensate for a different wear behavior within the brush pair.

Zweckmäßigerweise werden, soweit mindestens zwei Bürstenpaare in der elektrischen Maschine vorgesehen sind, nur die beiden Bürsten eines einzigen Bürstenpaares mit einem reduzierten Verschleißweg versehen. In Betracht kommt aber auch, mehrere Bürstenpaare, jedoch nicht sämtliche Bürstenpaare mit reduziertem Verschleiß zu versehen, wobei der verkürzte Verschleißweg sowohl gleich groß als auch unterschiedlich groß sein kann, um beispielsweise in einem abgestuften Verfahren auf einen zunehmenden Ausfall der Bürsten hinzuweisen.Appropriately, as far as at least two pairs of brushes are provided in the electric machine, only the two brushes of a single brush pair are provided with a reduced wear path. It is also possible to provide a plurality of pairs of brushes, but not all pairs of brushes with reduced wear, the shortened wear path can be both the same size and different sizes, for example, in a gradual process to indicate an increasing failure of the brush.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 einen Schnitt durch ein Kommutatorsystem in einer elektrischen Maschine, mit einer Kohlebürste, die in einer Bürstenhalterung verstellbar aufgenommen und über ein Federelement in Richtung auf die Mantelfläche des Kollektors kraftbeaufschlagt ist, 1 a section through a commutator in an electric machine, with a carbon brush, which is adjustably received in a brush holder and is acted upon by a spring element in the direction of the lateral surface of the collector,

2 ein Kommutatorsystem, bei dem der Verschleißweg der Kohlebürste über einen Anschlag an der Bürstenhalterung begrenzt ist, 2 a Kommutatorsystem in which the wear path of the carbon brush is limited by a stop on the brush holder,

3 ein weiteres Kommutatorsystem, bei dem die Federbewegung über einen Anschlag begrenzt ist, 3 another commutator system in which the spring movement is limited by a stop,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ebenso wie bei 2 der Verschleißweg der Kohlebürste begrenzt ist, wobei der Anschlag sich an der tangentialen Seitenwand der Bürstenhalterung befindet, 4 another embodiment in which as well as in 2 the wear path of the carbon brush is limited, wherein the stop is located on the tangential side wall of the brush holder,

5 ein weiteres Kommutierungssystem, bei dem die Bürste einen Abschnitt mit reduzierter Querschnittsfläche aufweist. 5 another commutation system in which the brush has a section of reduced cross-sectional area.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.

Das Kommutierungssystem 1 gemäß 1 ist Bestandteil einer nur andeutungsweise dargestellten elektrischen Maschine 2, beispielsweise eines elektrischen Startermotors für eine Brennkraftmaschine. Das Kommutierungssystem 1 umfasst eine Kohlebürste 3, die in einer gehäuseseitigen Bürstenhalterung 4 verstellbar aufgenommen ist, sowie einen Kollektor 5, der fest mit dem Rotor der elektrischen Maschine 2 verbunden ist. Die Rotorachse, um die auch der Kollektor 5 rotiert, ist mit Bezugszeichen 6 gekennzeichnet.The commutation system 1 according to 1 is part of an only hinted illustrated electrical machine 2 , For example, an electric starter motor for an internal combustion engine. The commutation system 1 includes a carbon brush 3 in a housing-side brush holder 4 is adjustably received, as well as a collector 5 that is stuck to the rotor of the electric machine 2 connected is. The rotor axis, around which also the collector 5 rotated, is with reference numerals 6 characterized.

Die verstellbar in der Bürstenhalterung 4 aufgenommene Kohlebürste 3 wird von der Kraft eines Federelementes 7 in Richtung auf die Kollektormantelfläche kraftbeaufschlagt. Das Federelement 7 ist ebenfalls in der Bürstenhalterung 4 aufgenommen. Die Stellbewegung der Kohlebürste 3 sowie die Wirkrichtung des Federelementes 7 erfolgt radial zur Rotorlängsachse 6. Die Stromzufuhr zur Bürste 3 erfolgt über eine Litze 8.The adjustable in the brush holder 4 absorbed carbon brush 3 is determined by the force of a spring element 7 in the direction of the collector shell surface subjected to force. The spring element 7 is also in the brush holder 4 added. The adjusting movement of the carbon brush 3 and the effective direction of the spring element 7 takes place radially to the rotor longitudinal axis 6 , The power supply to the brush 3 via a wire 8th ,

Aufgrund der radialen Verstellbarkeit der Kohlebürste 3 in der Bürstenhalterung 4 sowie der Kraftbeaufschlagung durch das Federelement 7 stellt sich die Kohlebürste 3 bei einem Verschleiß automatisch radial in Richtung auf den Kollektor 5 nach.Due to the radial adjustability of the carbon brush 3 in the brush holder 4 as well as the application of force by the spring element 7 turns on the carbon brush 3 in the event of wear automatically radially in the direction of the collector 5 to.

In 2 ist ein Kommutierungssystem 1 dargestellt, das weitgehend demjenigen nach 1 entspricht, jedoch zusätzlich mit einer Vorschubbegrenzung ausgestattet ist, um einen definierten, maximalen Verschleißweg der Kohlebürste 3 zu realisieren. Der Anschlag wird über ein Anschlagselement 9 an der Bürstenhalterung 4 sowie ein bürstenseitiges Anschlagselement 10 gebildet. Aufgrund der Ansicht auf das Kommutierungssystem in 2 in Tangentialrichtung erstrecken sich die Anschlagselemente 9 und 10 an der Bürstenhalterung 4 bzw. der Kohlebürste 3 in Achsrichtung. Auf Seiten der Bürstenhalterung 4 bildet das Anschlagselement 9 einen an der unteren Stirnseite der Bürstenhalterung 4 ausgebildeten, nach innen gerichteten Vorsprung, dem das Anschlagselement 10 an der Kohlebürste 3 zugeordnet ist, wobei das Anschlagselement 10 gegenüber dem Bürsten-Grundkörper axial übersteht und sich radial auf der der Kontaktfläche zum Kollektor abgewandten Seite der Bürste befindet. Die Positionen der Anschlagselemente 9 und 10 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, dass die Kohlebürste im Kommutierungssystem 1 gemäß 2 eine geringere maximale Verschleißlänge – in radialer Verstellrichtung gesehen – aufweist als das Kommutierungssystem gemäß 1. Sobald das Anschlagselement 10 an der Kohlebürste 3 in Kontakt mit dem Anschlagselement 9 an der Bürstenhalterung 4 gelangt, ist der weitere radiale Vorschub in Richtung auf den Kollektor 5 unterbrochen. Dadurch reißt der Schleifkontakt zwischen der Stirnfläche der Kohlebürste 3 und der Mantelfläche des Kollektors 5 ab, so dass über diese Kohlebürste keine weitere Stromübertragung erfolgen kann. Soweit die elektrische Maschine mit weiteren Kohlebürsten mit Strom versorgt wird, welche eine größere Verschleißlänge aufweisen, beispielsweise im Rahmen von Kommutierungssystemen nach 1, erfolgt die weitere Stromversorgung ausschließlich über diese Kohlebürsten mit größerer Verschleißlänge. Die Änderung in der Stromversorgung aufgrund des Ausfalls einer Kohlebürste bzw. eines Kohlebürstenpaares, welches einen reduzierten Verschleißweg besitzt, kann anhand elektrischer Kennwerte festgestellt werden.In 2 is a commutation system 1 This is largely the case according to 1 corresponds, but is additionally equipped with a feed limit to a defined, maximum wear path of the carbon brush 3 to realize. The stop is via a stop element 9 on the brush holder 4 and a brush-side stop member 10 educated. Due to the view on the commutation system in 2 in the tangential direction, the stop elements extend 9 and 10 on the brush holder 4 or the carbon brush 3 in the axial direction. On the side of the brush holder 4 forms the stop element 9 one at the lower end of the brush holder 4 trained, inwardly directed projection, which the stop element 10 on the carbon brush 3 is assigned, wherein the stop element 10 protrudes axially relative to the brush body and is located radially on the side facing away from the contact surface to the collector of the brush. The positions of the stop elements 9 and 10 are matched in such a way that the carbon brush in the commutation 1 according to 2 a lower maximum wear length - seen in the radial adjustment direction - than the commutation according to 1 , Once the stop element 10 on the carbon brush 3 in contact with the stop element 9 on the brush holder 4 passes, is the further radial feed in the direction of the collector 5 interrupted. As a result, the sliding contact tears between the end face of the carbon brush 3 and the lateral surface of the collector 5 so that no further power transmission can take place via this carbon brush. As far as the electric machine is supplied with other carbon brushes with electricity, which have a greater wear length, for example in the context of commutation after 1 , the further power supply takes place exclusively via these carbon brushes with greater wear length. The change in the power supply due to the failure of a carbon brush or a pair of carbon brushes, which has a reduced wear path can be determined by electrical characteristics.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist nicht der Stellweg der Kohlebürste 3 über das Anschlagselement 9 reduziert, sondern der Stellweg des Federelementes 7. Somit stützt sich die Kraft des Federelementes 7 an dem nach innen gerichteten Anschlagselement 9 an der Bürstenhalterung 4 ab, sobald die Kohlebürste 3 einen entsprechenden Verschleißweg zurückgelegt hat. Mit dem Abstützen an dem Anschlagselement 9 verliert das Federelement 7 seine Wirkung auf die Kohlebürste 3, so dass diese nicht weiter radial in Richtung auf die Mantelfläche des Kollektors 5 kraftbeaufschlagt wird und ihre erreichte Position beibehält. Auch auf diese Weise wird der Verschleißweg der Kohlebürste 3 begrenzt.In the embodiment according to 3 is not the travel of the carbon brush 3 over the stop element 9 reduced, but the travel of the spring element 7 , Thus, the force of the spring element is supported 7 on the inwardly directed stop element 9 on the brush holder 4 as soon as the carbon brush 3 has covered a corresponding wear path. With the support on the stop element 9 loses the spring element 7 its effect on the carbon brush 3 so that these do not continue radially towards the shell surface of the collector 5 is energized and maintains their position reached. Also in this way, the wear path of the carbon brush 3 limited.

3 stellt, ebenso wie 4, eine Ansicht des Kommutatorsystems 1 in Achsrichtung dar. Die Drehbewegung des Kollektors 5 sowie entsprechend des Rotors der elektrischen Maschine ist mit Pfeil 11 dargestellt. Das Anschlagselement 9 befindet sich an der Innenseite der Halterung 4 benachbart zur freien Stirnseite der Bürstenhalterung, und zwar an einer Umfangsseitenwand. 3 as well as 4 , a view of the commutator system 1 in the axial direction. The rotary movement of the collector 5 as well as according to the rotor of the electric machine is with arrow 11 shown. The stop element 9 is located on the inside of the bracket 4 adjacent to the free end face of the brush holder, on a peripheral side wall.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist analog zu 2 der Vorschubweg der Kohlebürste 3 begrenzt. Hierfür wirken die Anschlagselemente 9 und 10 an der Bürstenhalterung 4 bzw. der Kohlebürste 3 zusammen. Im Unterschied zu 2 befinden sich aber die Anschlagselemente 9, 10 nicht an der axialen Stirnseite der Bürstenhalterung bzw. der Kohlebürste, sondern an der Umfangsseite, wodurch die Kohlebürste und auch die Bürstenhalterung in Achsrichtung entsprechend kürzer ausgebildet sein können.In the embodiment according to 4 is analogous to 2 the feed path of the carbon brush 3 limited. For this purpose, the stop elements act 9 and 10 on the brush holder 4 or the carbon brush 3 together. In contrast to 2 but are the stop elements 9 . 10 not on the axial end face of the brush holder or the carbon brush, but on the peripheral side, whereby the carbon brush and the brush holder in the axial direction may be formed correspondingly shorter.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist der Verschleißweg der Kohlebürste 3 dadurch begrenzt, dass innerhalb des Bürstenkörpers ein Einschnitt 14 in die Kohlebürste eingebracht ist. Der Bürstenkörper unterteilt sich in Radialrichtung in einen dem Kollektor 5 abgewandten Grundabschnitt 12 und einen dem Kollektor 5 zugewandten Verschleißabschnitt 13, wobei sich der Verschleißabschnitt zwischen der Kontaktfläche zum Kollektor und dem Grundabschnitt 12 erstreckt. Der Grundabschnitt 12 besitzt im Bereich des Einschnittes 14 eine kleinere Querschnittsfläche als der Verschleißabschnitt 13, der über seine radiale Erstreckung eine konstante Querschnittsfläche besitzt. Sobald der Verschleißabschnitt 13 durch Abrieb vollständig abgetragen ist, gelangt der Grundabschnitt 12 im Bereich des Einschnittes 14 mit der reduzierten Querschnittsfläche in Kontakt mit der Mantelfläche des Kollektors 5. Aufgrund der reduzierten Querschnittsfläche ändern sich die elektrischen Kennwerte in der elektrischen Maschine, was zum Feststellen eines fortgeschrittenen Verschleißes zur Anzeige gebracht werden kann. Die reduzierte Querschnittsfläche der Kohlebürste 3 bewirkt eine Erhöhung des Widerstands und einen Spannungseinbruch, der gemessen werden kann.In the embodiment according to 5 is the wear path of the carbon brush 3 characterized in that within the brush body an incision 14 is introduced into the carbon brush. The brush body is divided radially into a collector 5 remote base section 12 and one to the collector 5 facing wear section 13 , wherein the wear portion between the contact surface to the collector and the base portion 12 extends. The basic section 12 owns in the area of the incision 14 a smaller cross-sectional area than the wear portion 13 , which has a constant cross-sectional area over its radial extent. As soon as the wear section 13 is completely removed by abrasion, the base section passes 12 in the area of the incision 14 with the reduced cross-sectional area in contact with the lateral surface of the collector 5 , Due to the reduced cross-sectional area, the electrical characteristics in the electrical machine change, which can be brought to the detection of advanced wear on the display. The reduced cross-sectional area of the carbon brush 3 causes an increase in resistance and a voltage dip that can be measured.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004035318 A1 [0002]
DE 102005061412 A1 [0003]

Claims

Device for monitoring the wear of a brush ( 3 ) of a commutator system ( 1 ) in an electric machine ( 2 ), whereby the brush ( 3 ) in a brush holder ( 4 ) and received by a spring element ( 7 ) towards a collector ( 5 ) is subjected to force, characterized in that with the achievement of a defined wear path - in the direction of the brush ( 3 ) - the contact surface between brush ( 3 ) and collector ( 5 ), wherein the achievement of the defined wear path can be detected via a measured variable.

Device according to claim 1, characterized in that at least two brushes ( 3 ) have a different maximum wear path.

Device according to claim 2, characterized in that the brushes ( 3 ) of a brush pair opposite the brushes ( 3 ) further pairs of brushes have a reduced wear path.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the brush holder ( 4 ) a stop device for limiting the feed of the brush ( 3 ) is arranged at an adjustable level, wherein the achievement of the maximum feed is measurable.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measured variable is an electrical characteristic value of the electrical machine ( 2 ).

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adjusting movement of the spring element ( 7 ) is limited.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjusting movement of the brush ( 3 ) is limited.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the brush ( 3 ) a wear section ( 13 ) having a constant cross-sectional area to which a base portion ( 12 ), which has a different cross-sectional area than the wear section ( 13 ) owns.

Device according to claim 8, characterized in that the basic section ( 12 ) has a smaller cross-sectional area than the wear portion ( 13 ) having.

Electric machine, in particular starter motor for an internal combustion engine, with a device according to one of claims 1 to 9.

Method for operating the device according to one of claims 1 to 9, in which the achievement of the defined wear path is detected by a measured variable and a signal is displayed.

A method according to claim 11, characterized in that at least one electrical characteristic of the electric machine ( 2 ) is monitored and is closed from a change in the characteristic value on the achievement of the maximum wear path.

Control device for carrying out the method according to claim 11 or 12.