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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenanordnung in einer Kommutatoreinrichtung in einer elektrischen. Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 199 11 070 A1 ist ein Kommutator zur Stromübertragung und -wendung in einem Elektromotor bekannt. Der Kommutator umfasst eine Bürstenanordnung mit einer Kohlebürste, welche in einem Köcher verschieblich gelagert und durch die Kraft einer Bürstenfeder gegen die Mantelfläche eines Kollektors beaufschlagt wird, welcher drehfest mit der Motorwelle umläuft. Die Bürstenfeder ist als Schraubenfeder ausgeführt, welche sich am Boden des topfförmigen Köchers abstützt und die Kohlebürste bezogen auf die Längsachse der Motorwelle in Radialrichtung gegen den Kollektor drückt. Der Köcher ist zur Aufnahme der Bürstenfeder und für eine sichere Führung und Lagerung der Kohlebürste verhältnismäßig lang ausgebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Bürstenanordnung in einer Kommutatoreinrichtung so auszubilden, dass bei klein bauender Ausführung eine sichere Führung und Lagerung der Bürste gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Bürstenanordnung ist Teil einer Kommutatoreinrichtung in einer elektrischen Maschine, insbesondere in einem Elektromotor. Die Kommutatoreinrichtung dient zur Stromübertragung und -wendung auf ein mit der Motorwelle umlaufendes Ankerpaket, indem eine Bürste, welche in einer Bürstenhalterung bzw. Bürstenköcher verschieblich geführt ist, gegen die Mantelfläche eines mit der Motorwelle umlaufenden Kollektors gedrückt wird. Die Bürste ist von einem Federelement in Richtung auf den Kollektor kraftbeaufschlagt. Die Bürstenanordnung und der Kollektor bilden gemeinsam die Kommutatoreinrichtung.
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Die Bürste ist in einem Verstellraum in der Bürstenhalterung aufgenommen und innerhalb des Verstellraums verschieblich gelagert. Im Unterschied zu Ausführungen aus dem Stand der Technik ist bei der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung das Federelement, welches die Bürste beaufschlagt, außerhalb des Verstellraums für die Bürste angeordnet. Die Federkraft bzw. das Moment des Federelementes wird entweder direkt bzw. unmittelbar auf die Bürste übertragen, indem das Federelement unmittelbar mit der Bürste verbunden ist und diese in Richtung des Verstellwegs im Verstellraum beaufschlagt. Möglich ist auch eine indirekte bzw. mittelbare Kraftübertragung, indem zwischen das Federelement und der Bürste ein Übertragungsglied zwischengeschaltet ist, das von dem Federelement beaufschlagt wird und die Kraft bzw. das Moment des Federelementes auf die Bürste überträgt.
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Sowohl bei direkter als auch bei indirekter Federkraftbeaufschlagung befindet sich das Federelement zumindest im Wesentlichen, gegebenenfalls vollständig außerhalb des Verstellraums, in welchem die Bürste verschieblich gelagert ist. Dies bedeutet, dass im Vergleich zum Stand der Technik bei gleichen Bürsten eine kürzere Bürstenhalterung verwendet werden kann bzw. bei gleichen Bürstenhalterungen ein längerer Verstellraum zur Lagerung und Führung der Bürste zur Verfügung steht, da in Achsrichtung innerhalb des Verstellraums kein Bauraum für die Aufnahme des Federelementes vorgehalten werden muss. Dadurch können längere Kohlebürsten eingesetzt werden, die entsprechend für einen längeren Zeitraum verwendet werden können.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der einfacheren Montage. Die Federelemente müssen nicht in die Bürstenhalterung eingesetzt werden, so dass auch keine Gefahr besteht, dass während des Einsetzens die Federelemente versehentlich aus der Bürstenhalterung herausfallen. Vielmehr können die Federelemente unabhängig von den Bürsten montiert werden.
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Das Federelement befindet sich gemäß zweckmäßiger Ausführung im Seitenbereich der Bürste, insbesondere in einem Federaufnahmeraum, welcher in der Bürstenhalterung gebildet ist und sich unmittelbar an den die Bürste aufnehmenden Verstellraum seitlich anschließt. Der Seitenbereich der Bürste bzw. des Verstellraums bezieht sich auf die Verstell- bzw. Radialrichtung der Bürste gegenüber der Längsachse der Motorwelle bzw. des Kollektors.
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Gemäß einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass sich das Federelement in Achs- bzw. Verstellrichtung außerhalb des Verstellraums an die Bürstenhalterung anschließt, also im Falle einer topfförmigen Ausführung der Bürstenhalterung an die Außenseite des Bodens der Bürstenhalterung. In diesem Fall ragt ein Abschnitt des Federelementes oder eines zwischengeschaltenen Übertragungsglieds durch den Boden der Bürstenhalterung hindurch und beaufschlagt die Bürste.
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Bei einer seitlichen Anordnung steht ein Abschnitt des Federelementes bevorzugt mittelbar oder unmittelbar mit der zugewandten Seitenfläche der Bürste in Kontakt und beaufschlagt die Bürste in Richtung des Verstellwegs auf den Kollektor. Möglich ist es aber auch, bei seitlicher Anordnung das Federelement an einer Stirnseite der Bürste angreifen zu lassen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das Federelement sich im Seitenbereich zur Bürste in einem Federaufnahmeraum befindet und über ein zwischengeschaltetes Übertragungsglied die Kraft bzw. das Moment auf die Bürste überträgt. In dieser Ausführung besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Federelement und der Bürste, vielmehr wird das zwischengeschaltete Übertragungsglied mit einer Federkraft bzw. einem -moment des Federelementes beaufschlagt, wobei das Übertragungsglied kinematisch mit der Bürste gekoppelt ist und dadurch eine Kraft auf die Bürste überträgt. Dies stellt zum einen eine konstruktive Vereinfachung dar, da das Übertragungsglied so wohl für den Kraftangriff durch das Federelement als auch für die Übertragung auf die Bürste in einer konstruktiv zweckmäßigen Weise hergerichtet sein kann. Zum andern ist durch die Zwischenschaltung des Übertragungsglieds eine Kraftüber- oder untersetzung möglich, wodurch zusätzliche konstruktive Freiheiten bei der Gestaltung der Bürstenanordnung gegeben sind. Es können beispielsweise verhältnismäßig kleine Federelemente verwendet werden, deren Kraft bzw. Moment über das Übertragungsglied verstärkt wird.
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Das Übertragungsglied ist beispielsweise als ein Zahnrad ausgeführt, das drehbar gelagert ist und um seine Drehachse mit einem Moment des Federelementes beaufschlagt wird. Das Zahnrad ist insbesondere an einer Wandung der Bürstenhalterung drehbar gelagert. Als Federelement kommen vorteilhafterweise Ausführungen in Betracht, in denen ein Moment um eine Federachse übertragen wird. Die Federachse fällt vorteilhafterweise mit der Drehachse des Zahnrades zusammen. Als Federelement wird beispielsweise eine Roll- oder Drehfeder oder gegebenenfalls eine Schenkelfeder eingesetzt.
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Eine Seitenfläche der Bürste, die geradlinig ausgeführt ist, weist vorteilhafterweise eine Verzahnung auf, mit der das Zahnrad kämmt.
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Die Bürste weist, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, eine Leistungsschicht und eine Kommutierungsschicht auf, die sich jeweils in Längsrichtung bzw. Verstellrichtung der Bürste erstrecken und je eine Seitenfläche der Bürste bilden. Der Kraftangriff kann grundsätzlich an jeder Seitenfläche der Bürste erfolgen, also sowohl an der Leistungsschicht als auch an der Kommutierungsschicht. Beispielsweise befindet sich die Verzahnung an der Seitenfläche der Leistungsschicht.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines Kommutators in einer elektrischen Maschine, mit insgesamt sechs über den Umfang verteilten Bürstenanordnungen mit jeweils einer verschieblich gelagerten Bürste, die von einem seitlich angeordneten Federelement in Richtung auf die Mantelfläche eines zentral angeordneten Kollektors kraftbeaufschlagt sind,
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2 eine Bürstenanordnung in perspektivischer Ansicht, wobei eine Seitenfläche der Bürste eine Verzahnung aufweist, mit derein Zahnrad kämmt, welches von einem als Rollfeder ausgebildeten Federelement beaufschlagt ist,
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3 die Bürstenanordnung gemäß 2 in Draufsicht,
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4 die Bürstenanordnung während der Montage mit einem aufgesetzten Sicherungsclip.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Kommutatoreinrichtung 1 dargestellt, welche in elektrischen Maschinen, insbesondere in Elektromotoren zur Stromübertragung und -wendung eingesetzt wird. Die Kommutatoreinrichtung 1 weist einen Kollektor 2 auf, der drehfest mit der Motorwelle verbunden ist und über den ein Ankerpaket auf der Motorwelle bestromt wird. An der äußeren Mantelfläche 3 des Kollektors 2 liegen Kohlebürsten 5 an, die Teil jeweils einer Bürstenanordnung 4 sind und in köcherförmigen Bürstenhalterungen 6 aufgenommen sind. Über den Umfang verteilt sind im Ausführungsbeispiel sechs Bürstenanordnungen 4 mit jeweils einer Kohlebürste 5 vorgesehen. Die Kohlebürsten 5 sind jeweils in der zugeordneten Bürstenhalterung bzw. dem Bürstenköcher 6 verschieblich aufgenommen und durch die Kraft eines Federelementes 7 in Richtung auf die Kollektormantelfläche 3 beaufschlagt. Die Verstellrichtung, in der sich die Kohlebürsten 5 innerhalb der Bürstenhalterung 6 bewegen können und die mit der Längsachse der Bürsten zusammenfällt, verläuft bezogen auf die Motorwellenlängsachse in Radialrichtung.
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Wie 1 in Verbindung mit den vergrößerten Einzeldarstellungen der Bürstenanordnung 4 gemäß den 2 und 3 zu entnehmen, befindet sich die Kohlebürste 5 in einem Verstellraum 9 in der Bürstenhalterung 6 und kann sich innerhalb des Verstellraumes 9 in der vorbeschriebenen Richtung bewegen. Das Federelement 7, das eine Kraft bzw. ein Moment ausübt, über das die Kohlebürste 5 in Richtung auf den Kollektor beaufschlagt wird, befindet sich zumindest im Wesentlichen außerhalb des Verstellraumes 9 im Bereich einer Seitenfläche 11 der Kohlebürste 5. Die Seitenfläche 11, die dem Federelement 7 zugewandt ist, weist eine Geradverzahnung, auf, mit der ein als Zahnrad ausgeführtes Übertragungsglied 8 kämmt. Das Zahnrad 8 wird von dem Federelement 7 mit einem Moment beaufschlagt, so dass die Kohlebürste 5 von dem Federelement 7 nicht unmittelbar, sondern nur indirekt mit der Kraft bzw. dem Moment des Federelementes 7 beaufschlagt wird. Das Übertragungsglied 8 liegt im Kraftübertragungsweg zwischen dem Federelement 7 und der Kohlebürste 5.
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Das Federelement 7 ist als Roll- bzw. Drehfeder ausgeführt, deren Drehachse mit der Drehachse des Zahnrades 8 zusammenfällt. Die Rollfeder 7 ist auf eine Stirnseite des Zahnrades 8 aufgesetzt. Ein erstes stirnseitiges Ende 12 der Rollfeder 7 stützt sich an einem Absatz der Bürstenhalterung 6 ab, das gegenüberliegende Ende 13 der Rollfeder ist mit einem Achsabschnitt des Zahnrades 8 gekoppelt, um das Zahnrad mit dem Moment zu beaufschlagen.
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Das Zahnrad 8 und die koaxial angeordnete Rollfeder 7 befinden sich beide in einem Federaufnahmeraum 10, der seitlich an den Verstellraum 9 zur Aufnahme der Kohlebürste 5 angrenzt. Der Federaufnahmeraum 10 befindet sich innerhalb der Bürstenhalterung 6. Zweckmäßigerweise ragt nur die Verzahnung des Zahnrades 8 in den Verstellraum 9 ein, wohingegen das Federelement 7 vollständig außerhalb des Verstellraumes 9 angeordnet ist.
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Die Kohlebürste 5 ist zweiteilig aufgebaut und weist eine Leistungsschicht 15 und eine Kommutierungsschicht 16 auf. Die Schichten 15, 16 erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge der Kohlebürste und bilden jeweils eine Seitenfläche. Die Seitenfläche 11 mit der Verzahnung ist an der Leistungsschicht 15 gebildet.
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In 4 ist die Bürstenanordnung 4 mit einem Sicherungsclip 17 dargestellt, der bei der Montage der Bürstenanordnung 4 auf einen den Federaufnahmeraum 10 begrenzenden Wandabschnitt der Bürstenhalterung 6 aufgesteckt wird, um das Zahnrad 8 zu blockieren. Hierdurch wird die Montage vereinfacht, da die Kohlebürste 5 nicht aus der Bürstenfassung, in der Bürstenanordnung herausfallen kann. Nach der fertig gestellten Montage der Bürstenanordnung wird der Sicherungsclip 17 wieder entfernt.
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Während der Montage des Zahnrades 8 und der Rollfeder 7 bleibt die Rollfeder zunächst ungespannt. Durch das Einschieben der Kohlebürste 5 wird über den Kontakt zwischen der Verzahnung an der Seitenfläche 11 und dem Zahnrad 8 die Rollfeder vorgespannt, anschließend kann in der vorbeschriebenen Weise das Zahnrad 8 über den Sicherungsclip 17 bis zum endgültigen Fertigstellen der Montage gesichert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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