DE102011076544A1

DE102011076544A1 - Multilayer brush for brush assembly used in commutation device of electrical machine, has power output layer whose cross-sectional area ratio on commutation layer in radial direction to armature shaft collector is non-constant

Info

Publication number: DE102011076544A1
Application number: DE201110076544
Authority: DE
Inventors: Michael Bayer; Reiner Hirning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-29

Abstract

The multilayer brush (4) has a power output layer (6) and a commutation layer (7). The cross-sectional area ratio of the power output layer on commutation layer in the radial direction to an armature shaft collector (8) is non-constant. The commutation layer has a relatively greater proportion of the cross-sectional area ratio as a distance from the end face (11).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrschichtbürste für eine Bürstenanordnung in einer Kommutierungseinrichtung einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a multilayer brush for a brush arrangement in a commutation device of an electrical machine according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

In der WO 2009/083433 A1 wird eine Mehrschichtbürste für eine Bürstenanordnung in einer Kommutierungseinrichtung einer elektrischen Maschine beschrieben, wobei die Mehrschichtbürste zur Kontaktierung mit der Mantelfläche eines mit der Ankerwelle der Maschine umlaufenden Kollektors radial zum Kollektor verschieblich gehalten ist. Die Mehrschichtbürste besteht aus einer Leistungsschicht und einer Kommutierungsschicht, die parallel zueinander angeordnet sind und sich in Radialrichtung zum Kollektor erstrecken. Die Leistungsschicht befindet sich in Drehrichtung des Kollektors vor der Kommutierungsschicht und weist eine größere Querschnittsfläche als die Kommutierungsschicht auf. Das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht ist über die gesamte Länge der Bürste konstant und beträgt etwa 2:1. Die Leistungsschicht hat einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die Kommutierungsschicht und trägt den Hauptanteil des aufgeschalteten Stromes. Der höhere elektrische Widerstand in der Kommutierungsschicht dient dazu, Stromdichtespitzen beim Anlaufen der jeweiligen Lamelle am Kollektor zu reduzieren und hierdurch Kommutierungsverluste zu minimieren.In the WO 2009/083433 A1 a multilayer brush for a brush assembly in a commutation of an electrical machine is described, wherein the multi-layer brush is held radially to the collector for contacting with the lateral surface of a rotating with the armature shaft of the machine collector. The multilayer brush consists of a power layer and a commutation layer, which are arranged parallel to one another and extend in the radial direction to the collector. The power layer is located in the direction of rotation of the collector in front of the commutation and has a larger cross-sectional area than the commutation. The cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer is constant over the entire length of the brush and is about 2: 1. The power layer has a lower electrical resistance than the commutation layer and carries the majority of the applied current. The higher electrical resistance in the commutation layer serves to reduce current density peaks when starting the respective lamella at the collector and thereby minimize commutation losses.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mehrschichtbürste für eine Bürstenanordnung in einer Kommutierungseinrichtung mit einfachen Maßnahmen so auszubilden, dass Leistungsverluste reduziert sind und die Lebensdauer erhöht ist.The invention is based on the object, a multilayer brush for a brush assembly in a commutation with simple measures in such a way that power losses are reduced and the life is increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.

Die erfindungsgemäße Mehrschichtbürste wird in Bürstenanordnungen eingesetzt, welche Teil einer Kommutierungseinrichtung einer elektrischen Maschine zur Stromübertragung und -wendung auf einen Kommutator bzw. Kollektor ist, der drehfest mit der Ankerwelle der elektrischen Maschine gekoppelt ist und mit dieser umläuft. Die Kommutierungseinrichtung umfasst die Bürstenanordnung und den Kommutator bzw. Kollektor. In der Bürstenanordnung sind die Mehrschichtbürsten paarweise vorhanden; beispielsweise sind über den Umfang verteilt insgesamt vier oder sechs Mehrschichtbürsten angeordnet, wobei die zu einem Paar gehörenden Mehrschichtbürsten mit dem Pluspol einer Stromquelle verbunden und auf Masse gelegt sind.The multi-layer brush according to the invention is used in brush arrangements, which is part of a commutation device of an electric machine for power transmission and application to a commutator or collector, which is rotatably coupled to the armature shaft of the electric machine and rotates with this. The commutation device comprises the brush arrangement and the commutator or collector. In the brush arrangement, the multilayer brushes are present in pairs; For example, distributed over the circumference four or six multilayer brushes are arranged, wherein belonging to a pair of multilayer brushes are connected to the positive pole of a power source and grounded.

Bei der elektrischen Maschine, die mit einer Kommutierungseinrichtung mit der Bürstenanordnung und dem Kollektor ausgestattet ist, handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Startermotor für eine Brennkraftmaschine.In the electric machine equipped with a commutation device with the brush assembly and the collector, it is, for example, an electric starter motor for an internal combustion engine.

Die Mehrschichtbürste weist zumindest eine Leistungsschicht und eine Kommutierungsschicht auf, die sich in ihrem elektrischen Widerstand voneinander unterscheiden. Die Leistungsschicht besitzt einen kleineren elektrischen Widerstand als die Kommutierungsschicht. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der Mehrschichtbürste um eine Zweischichtbürste mit genau einer Leistungsschicht und einer Kommutierungsschicht. The multilayer brush has at least one power layer and one commutation layer, which differ from one another in their electrical resistance. The power layer has a smaller electrical resistance than the commutation layer. Advantageously, the multilayer brush is a two-layer brush with exactly one power layer and one commutation layer.

Bei der Mehrschichtbürste ist das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht in Radialrichtung zum Kollektor gesehen – diese Richtung fällt mit der Längsrichtung der Mehrschichtbürste zusammen – nicht-konstant. Dies bedeutet, dass bei einem Verschleiß der in Radialrichtung verstellbar gehaltenen und von einem Federelement in Richtung der Mantelfläche des Kollektors beaufschlagten Mehrschichtbürste unterschiedliche Querschnittsflächenverhältnisse zur Anlage an die Mantelfläche des Kollektors gelangen. Soweit die Mehrschichtbürste noch nicht abgenutzt ist, kommt zweckmäßigerweise ein verhältnismäßig größerer Anteil der Kommutierungsschicht zum Tragen als dies bei abgenutzter Mehrschichtbürste der Fall ist. Dementsprechend ändert sich das Querschnittsflächenverhältnis mit zunehmendem Abstand zur Stirnseite der Bürste, die an der Mantelfläche des Kollektors anliegt, in der Weise, dass unmittelbar an der Stirnseite die Kommutierungsschicht einen größeren Anteil am Gesamtquerschnittsflächenverhältnis einnimmt als dies mit größerem radialen Abstand zum Kollektor der Fall ist. Somit kommt bei nicht abgenutzter Bürste ein größerer Anteil der Kommutierungsschicht in Kontakt mit der Mantelfläche des Kollektors, was vorteilhaft ist, da in dieser Phase die Übergangswiderstände noch gering sind. Mit fortschreitendem Verschleiß der Bürste werden die Übergangswiderstände erhöht, so dass es vorteilhaft ist, eine besser leitende Oberfläche von Bürste zu Kollektor zu schaffen, was durch die Änderung des Querschnittsflächenverhältnisses zu Gunsten der Leistungsschicht realisiert wird.In the multilayer brush, the cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer in the radial direction to the collector - this direction coincides with the longitudinal direction of the multilayer brush - is non-constant. This means that with a wear of the radially adjustable held and acted upon by a spring element in the direction of the lateral surface of the collector multilayer brush different cross-sectional area ratios reach the plant to the lateral surface of the collector. As far as the multi-layer brush is not worn, suitably a relatively larger proportion of the commutation layer comes into play than is the case with worn multi-layer brush. Accordingly, the cross-sectional area ratio changes with increasing distance to the end face of the brush, which rests against the lateral surface of the collector, in such a way that immediately at the end face, the commutation occupies a larger proportion of the total cross-sectional area ratio than is the case with a larger radial distance from the collector. Thus, when the brush is not worn, a larger proportion of the commutation layer comes into contact with the lateral surface of the collector, which is advantageous because in this phase the contact resistances are still low. As the wear of the brush progresses, the contact resistances are increased, so that it is advantageous to provide a better conductive brush-to-collector surface, which is realized by changing the cross-sectional area ratio in favor of the power layer.

Es kommen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten in Betracht, wie sich das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht verändert. Gemäß einer ersten, vorteilhaften Ausführung ändert sich das Querschnittsflächenverhältnis kontinuierlich, insbesondere linear, wobei ggf. auch nichtlineare Änderungen in Betracht kommen, beispielesweise ein progressiv oder ein degressiv ansteigender Anteil der Leistungsschicht-Querschnittsfläche mit zunehmendem Verschleiß. Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführung ist dagegen vorgesehen, dass sich das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht diskontinuierlich ändert. Hierbei können ein oder mehrere Sprünge im Querschnittsflächenverhältnis vorgesehen sein. Nach einem Sprung im Querschnittsflächenverhältnis ist dieses bis zum nächsten Sprung entweder konstant oder ändert sich kontinuierlich.There are fundamentally different possibilities in consideration of how the cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer changes. According to a first, advantageous embodiment, the cross-sectional area ratio changes continuously, in particular linearly, possibly also non-linear changes come into consideration, for example, a progressive or degressive increasing proportion of the power layer cross-sectional area with increasing wear. In contrast, according to a second advantageous embodiment, it is provided that the cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer changes discontinuously. In this case, one or more jumps may be provided in the cross-sectional area ratio. After a jump in the cross-sectional area ratio, this is either constant or changes continuously until the next jump.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung beträgt das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht an der dem Kollektor zugewandten Stirnseite im unverbrauchten Zustand der Bürste zumindest annähernd 3:2. Hierdurch ist sichergestellt, dass auf Grund des größeren Anteils der Leistungsschicht an der Gesamtquerschnittsfläche eine ausreichende Stromübertragung stattfindet. Zugleich ist der Anteil der Kommutierungsschicht an der Querschnittsfläche ausreichend groß.According to a further expedient embodiment, the cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer at the collector-facing end face in the unconsumed state of the brush is at least approximately 3: 2. This ensures that due to the larger proportion of the power layer on the total cross-sectional area sufficient current transfer takes place. At the same time, the proportion of the commutation layer on the cross-sectional area is sufficiently large.

Mit zunehmendem Verschleiß ändert sich das Querschnittsflächenverhältnis, wobei zweckmäßigerweise in einem Abschnitt der Bürste, der sich bezogen auf den Ausgangszustand mit Abstand zur Stirnseite befindet, ein konstantes Querschnittsflächenverhältnis erreicht wird, das vorteilhafterweise zumindest annähernd 4:1 beträgt, so dass die Leistungsschicht die vierfache Querschnittsfläche gegenüber der Kommutierungsschicht aufweist. Da mit fortschreitendem Verscheiß die Übergangswiderstände erhöht sind, wird die Erhöhung des Anteils der Leistungsschicht eine besser leitende Oberfläche von Bürste zu Kollektor geschaffen.With increasing wear, the cross-sectional area ratio changes, it being expedient to achieve a constant cross-sectional area ratio in a section of the brush, which is located at a distance from the end side relative to the initial state, which is advantageously at least approximately 4: 1, so that the power layer has four times the cross-sectional area has with respect to the commutation layer. As the contact resistances increase with increasing dissipation, increasing the portion of the power layer creates a better conductive surface from brush to collector.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in der Mehrschichtbürste mindestens ein Abschnitt angeordnet, in welchem sich die Gesamtquerschnittsfläche, die sich aus der Leistungsschicht und der Kommutierungsschicht zusammensetzt, mit zunehmendem Abstand zu der dem Kollektor zugewandten Stirnseite erhöht. In dieser Ausführung ändert sich insbesondere die axiale Länge – bezogen auf die Achsrichtung des Kollektors – der Mehrschichtbürste, wobei ggf. auch eine Änderung in Umfangsrichtung in Betracht kommt. Bei unverbrauchter Bürste gelangt zunächst eine kleinere Gesamtquerschnittsfläche in Kontakt mit der Mantelfläche des Kollektors, mit zunehmendem Verschleiß wächst die auf Kontakt stehende Gesamtquerschnittsfläche der Bürste an. Hiermit kann den Widerstandsänderungen über die Lebensdauer der elektrischen Maschine durch Anpassung der notwendigen Querschnittsfläche für eine ideale Kommutierung Rechnung getragen werden. Während der Einlaufphase der Kommutierungseinrichtung in der elektrischen Maschine wird üblicherweise nur eine geringere Gesamtquerschnittsfläche benötigt, da der Widerstand nur sehr gering ist und im System noch keine hohen Übergangswiderstände herrschen. Erhöhen sich aber durch den Betrieb und durch Umwelteinflüsse die Übergangswiderstände, beispielsweise durch Alterung der Bürsten oder Ablagerungen, ist eine größere Gesamtquerschnittsfläche zweckmäßig. Während der Einlaufphase kann somit gezielt eine höhere Stromdichte in der Bürste erzeugt werden, wohingegen im weiteren Betrieb mit zunehmendem Verschleiß eine größer werdende Gesamtquerschnittsfläche der Bürste genutzt werden kann. Dadurch ist gewährleistet, dass es als Folge von Alterungseffekten nicht zu einer Überlastung der Bürstenfläche am Kollektor kommt.According to a further expedient embodiment, at least one section is arranged in the multilayer brush in which the total cross-sectional area, which is composed of the power layer and of the commutation layer, increases with increasing distance to the collector-facing end side. In this embodiment, in particular the axial length changes - with respect to the axial direction of the collector - the multi-layer brush, which may also be a change in the circumferential direction into consideration. When the brush is not used, first a smaller overall cross-sectional area comes into contact with the lateral surface of the collector, and with increasing wear, the total cross-sectional area of the brush in contact with the contact increases. This allows the changes in resistance over the life of the electric machine by adjusting the necessary cross-sectional area for an ideal commutation be taken into account. During the running-in phase of the commutation device in the electrical machine, usually only a smaller overall cross-sectional area is required, since the resistance is only very low and the system does not yet have high contact resistances. However, if the contact resistance increases due to operation and environmental influences, for example due to aging of the brushes or deposits, a larger total cross-sectional area is expedient. During the break-in phase, a higher current density in the brush can thus be generated in a targeted manner, whereas with increasing wear, a larger overall cross-sectional area of the brush can be used during further operation. This ensures that there is no overloading of the brush surface at the collector as a result of aging effects.

Die Änderung der Gesamtquerschnittsfläche, welche die Leistungsschicht und die Kommutierungsschicht umfasst, kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bei kontinuierlicher Änderung kommen sowohl lineare als auch nichtlineare, also progressive oder degressive Änderungen mit zunehmendem Abstand zur Mantelfläche des Kollektors in Betracht. Bei diskontinuierlicher Änderung der Gesamtquerschnittsfläche ist sowohl eine Änderung in nur einer als auch in mehreren Stufen möglich. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, bei unverbrauchter Bürste benachbart zur Stirnseite einen Abschnitt mit sich kontinuierlich ändernder Gesamtquerschnittsfläche vorzusehen. Möglich ist es aber auch, unmittelbar an der Stirnseite der unverbrauchten Bürste einen Abschnitt mit konstanter Gesamtquerschnittsfläche vorzusehen, der in einen Abschnitt mit sich ändernder Gesamtquerschnittsfläche übergeht oder an den sich ein Abschnitt mit sprunghaft sich ändernder Querschnittsfläche anschließt.The change in the total cross-sectional area comprising the power layer and the commutation layer may be either continuous or discontinuous. With continuous change, both linear and nonlinear, ie progressive or degressive changes with increasing distance to the lateral surface of the collector into consideration. With discontinuous change in the total cross-sectional area, both a change in only one and in several stages is possible. Furthermore, it may be expedient to provide a section with a continuously changing total cross-sectional area adjacent to the end face when the brush is not used. However, it is also possible to provide a section with a constant overall cross-sectional area directly on the front side of the unconsumed brush, which section merges into a section with a changing total cross-sectional area or to which a section with an abruptly changing cross-sectional area adjoins.

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 in schematischer Ansicht eine Kommutierungseinrichtung mit einer Mehrschichtbürste, die in einer köcherförmigen Bürstenhalterung verschieblich aufgenommen und gegen die Mantelfläche eines mit der Ankerwelle einer elektrischen Maschine umlaufenden Kollektors gedrückt wird, wobei die Mehrschichtbürste eine Leistungsschicht und eine Kommutierungsschicht aufweist und sich in Radialrichtung zum Kollektor das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht ändert, 1 a schematic view of a commutator with a multi-layer brush, which is slidably received in a quiver-shaped brush holder and pressed against the outer surface of an encircling with the armature shaft of an electrical machine collector, the multi-layer brush having a power layer and a Kommutierungsschicht and in the radial direction to the collector, the cross-sectional area ratio of Changes power layer to commutation layer,

2 in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Mehrschichtbürste mit sich sprunghaft änderndem Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht, 2 in a further exemplary embodiment, a multilayer brush with an abruptly changing cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer,

3 in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Bürste, deren Gesamtquerschnittsfläche sich mit zunehmendem Abstand zur Stirnseite, die an dem Kollektor anliegt, ändert, 3 in a further embodiment, a brush whose total cross-sectional area changes with increasing distance to the end face, which rests against the collector,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bürste mit sich ändernder Gesamtquerschnittsfläche, 4 Another embodiment of a brush with changing total cross-sectional area,

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bürste. 5 another embodiment of a brush.

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

In 1 ist eine Kommutierungseinrichtung 1 einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Startermotors für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Die Kommutierungseinrichtung 1 umfasst zum einen eine Bürstenanordnung 2, welche eine Bürste 4 in einer köcherförmigen Bürstenhalterung 3 aufweist, wobei die Bürste 4 über eine Anschlusslitze 5 mit Strom versorgt wird und als Mehr- bzw. Zweischichtbürste mit einer Leistungsschicht 6 und einer Kommutierungsschicht 7 ausgebildet ist. Zum andern umfasst die Kommutierungseinrichtung 1 einen Kommutator bzw. Kollektor 8, der drehfest mit der Ankerwelle der elektrischen Maschine verbunden ist und gemeinsam mit diesem, wie mit Pfeil 9 angedeutet, um die Längsachse 10 der Ankerwelle bzw. des Kollektors umläuft. Die Stirnseite 11 der Bürste 4 liegt auf Kontakt zur Mantelfläche des Kollektors 8. Bezogen auf die mit Pfeil 9 angedeutete Drehrichtung des Kollektors 8 befindet sich die Leistungsschicht 6, welche einen geringeren elektrischen Widerstand als die Kommutierungsschicht 7 aufweist, vor der Kommutierungsschicht 7, so dass beim Umlaufen des Kollektors 8 zunächst die Leistungsschicht 6 mit einer Lamelle des Kollektors und erst danach die Kommutierungsschicht 7 mit dieser Lamelle in Kontakt gelangt.In 1 is a commutation device 1 an electrical machine, in particular a starter motor for an internal combustion engine. The commutation device 1 on the one hand comprises a brush arrangement 2 which is a brush 4 in a quiver-shaped brush holder 3 having, wherein the brush 4 via a pigtail 5 is supplied with power and as a multi-layer or two-layer brush with a power layer 6 and a commutation layer 7 is trained. On the other hand, the commutation device includes 1 a commutator or collector 8th , which is rotatably connected to the armature shaft of the electric machine and together with this, as with arrow 9 indicated to the longitudinal axis 10 the armature shaft or the collector rotates. The front side 11 the brush 4 is in contact with the lateral surface of the collector 8th , Related to the arrow 9 indicated direction of rotation of the collector 8th is the performance layer 6 which has a lower electrical resistance than the commutation layer 7 in front of the commutation layer 7 so that when revolving the collector 8th first the performance layer 6 with a fin of the collector and only then the commutation layer 7 comes into contact with this lamella.

In Radialrichtung gesehen, bezogen auf die Längsachse 10, wobei die Radialrichtung mit der Verstellrichtung der Bürste 4 in der Bürstenhalterung 3 zusammenfällt, besitzen die Leistungsschicht 6 und die Kommutierungsschicht 7 ein sich änderndes Querschnittsflächenverhältnis. Im unverbrauchten Zustand weist die Kommutierungsschicht 7 an der Stirnseite 11 einen größeren Anteil am Querschnittsflächenverhältnis auf als dies mit zunehmendem Abstand zur unverbrauchten Stirnseite 11 der Fall ist. Somit gelangt während der Einlaufphase ein verhältnismäßig größerer Anteil der Kommutierungsschicht 7 in Kontakt mit der Mantelfläche des Kollektors 8.Seen in the radial direction, relative to the longitudinal axis 10 , wherein the radial direction with the adjustment of the brush 4 in the brush holder 3 coincide, own the benefit layer 6 and the commutation layer 7 a changing cross-sectional area ratio. In the unused state, the commutation layer 7 at the front 11 a larger proportion of the cross-sectional area ratio than this with increasing distance to the unused end face 11 the case is. Thus, during the running-in phase, a relatively larger proportion of the commutation layer arrives 7 in contact with the lateral surface of the collector 8th ,

In Radialrichtung ändert sich das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht 7 kontinuierlich, insbesondere linear. Die Bürste 4 weist in Radialrichtung einen stirnseitigen Abschnitt mit sich änderndem Querschnittsflächenverhältnis und hieran anschließend einen weiteren Abschnitt mit konstantem Querschnittsflächenverhältnis auf. Im Bereich der Stirnseite 11 beträgt das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht 6 zu Kommutierungsschicht 7 bei unverbrauchter Bürste zumindest annähernd 3:2. Dieses Querschnittsflächenverhältnis ändert sich bis zu einem Verhältnis von Leistungsschicht 6 zu Kommutierungsschicht 7 von zumindest annähernd 4:1 in dem Abschnitt mit konstantem Querschnittsflächenverhältnis.In the radial direction, the cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer changes 7 continuous, in particular linear. The brush 4 has in the radial direction an end-side section with changing cross-sectional area ratio and then a further section with a constant cross-sectional area ratio. In the area of the front side 11 is the cross-sectional area ratio of the power layer 6 to commutation layer 7 when the brush is not used, at least approximately 3: 2. This cross-sectional area ratio changes up to a power layer ratio 6 to commutation layer 7 of at least approximately 4: 1 in the section of constant area ratio.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehr- bzw. Zweischichtbürste dargestellt, bei der sich das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht 6 zu Kommutierungsschicht 7 diskontinuierlich ändert. Im Bereich der Stirnseite 11 der unverbrauchten Bürste beträgt das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht zu Kommutierungsschicht zumindest annähernd 3:2. Der Abschnitt, der sich an die Stirnseite 11 anschließt, weist ein konstantes Querschnittsflächenverhältnis auf. An diesen Abschnitt schließt sich ein zweiter Abschnitt an, der ebenfalls ein konstantes Querschnittsflächenverhältnis besitzt, jedoch mit einem größeren Anteil der Leistungsschicht 6, wobei das Querschnittsflächenverhältnis von Leistungsschicht 6 zu Kommutierungsschicht 7 vorteilhafterweise zumindest annähernd 4:1 beträgt.In 2 a further embodiment of a multi-layer or two-layer brush is shown, in which the cross-sectional area ratio of power layer 6 to commutation layer 7 discontinuous changes. In the area of the front side 11 For the unconsumed brush, the cross-sectional area ratio of power layer to commutation layer is at least approximately 3: 2. The section that is at the front 11 connects, has a constant cross-sectional area ratio. This section is followed by a second section which also has a constant cross-sectional area ratio, but with a larger proportion of the power layer 6 wherein the cross-sectional area ratio of power layer 6 to commutation layer 7 advantageously at least approximately 4: 1.

In den 3 bis 5 sind weitere Ausführungsbeispiele von Bürsten 4 dargestellt, die zweckmäßigerweise ebenfalls als Mehr- bzw. Zweischichtbürste ausgeführt sind. In den Darstellungen gemäß den 3 bis 5 sind die Bürsten 4 in Seitenansicht gezeigt, in 3 ist der Kollektor 8 mit seiner gesamten axialen Länge dargestellt. In the 3 to 5 are further embodiments of brushes 4 represented, which are expediently also designed as a multi-layer or two-layer brush. In the representations according to the 3 to 5 are the brushes 4 shown in side view, in 3 is the collector 8th represented with its entire axial length.

In allen drei Ausführungsbeispielen gemäß den 3 bis 5 ändert sich in Radialrichtung – bezogen auf die Längsachse 10 – die Gesamtquerschnittsfläche, welche die Leistungsschicht und die Kommutierungsschicht in der Bürste umfasst. Unmittelbar benachbart zur Stirnseite 11 der unverbrauchten Bürste ist in allen drei Ausführungsbeispielen die Gesamtquerschnittsfläche geringer als mit größerem Abstand zur Stirnseite.In all three embodiments according to the 3 to 5 changes in the radial direction - relative to the longitudinal axis 10 The total cross-sectional area comprising the power layer and the commutation layer in the brush. Immediately adjacent to the front 11 the unconsumed brush is in all three embodiments, the total cross-sectional area less than at a greater distance to the front page.

Gemäß 3 ist direkt benachbart zur Stirnseite 11 der unverbrauchten Bürste 4 ein Abschnitt mit zunächst konstanter Gesamtquerschnittsfläche vorgesehen, der in einen Übergangsabschnitt mit sich linear kontinuierlich ändernder Gesamtquerschnittsfläche übergeht, bis schließlich ein Abschnitt mit konstanter Gesamtquerschnittsfläche erreicht wird.According to 3 is directly adjacent to the front 11 the unspent brush 4 a section with a first constant total cross-sectional area is provided, which merges into a transition section with linearly continuously changing overall cross-sectional area, until finally a section with a constant overall cross-sectional area is achieved.

Gemäß 4 besteht die Bürste 4 in Radialrichtung aus zwei Abschnitten mit jeweils konstanter Gesamtquerschnittsfläche, wobei der Abschnitt, der unmittelbar benachbart zur Stirnseite 11 der unverbrauchten Bürste 4 liegt, eine kleinere Gesamtquerschnittsfläche besitzt.According to 4 is the brush 4 in the radial direction of two sections, each having a constant total cross-sectional area, wherein the portion immediately adjacent to the end face 11 of the unspent brush 4 is located, has a smaller total cross-sectional area.

Gemäß 5 weist die Bürste 4 ebenfalls zwei Abschnitte auf, von denen der der Stirnseite 11 der unverbrauchten Bürste zugewandte Abschnitt einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen Querschnittsfläche benachbart zur Stirnseite kleiner ist als mit größerem Abstand zur Stirnseite 11. An den trapezförmigen Abschnitt schließt sich mit größerem Abschnitt zur Stirnseite 11 ein Abschnitt mit konstanter Querschnittsfläche an.According to 5 points the brush 4 also two sections, of which the front side 11 the unconsumed brush facing portion has a trapezoidal cross-section, the cross-sectional area adjacent to the front side is smaller than at a greater distance from the end face 11 , The trapezoidal section closes with a larger section to the front side 11 a section of constant cross-sectional area.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/083433 A1 [0002]

Claims

Multi-layer brush for a brush arrangement ( 2 ) in a commutation device ( 1 ) of an electric machine, with a power layer ( 6 ) and a commutation layer ( 7 ), wherein the multilayer brush on the lateral surface of a non-rotatably connected to the armature shaft collector ( 8th ) and in the radial direction to the collector ( 8th ), characterized in that the cross-sectional area ratio of the power layer ( 6 ) to commutation layer ( 7 ) in the radial direction to the collector ( 8th ) is non-constant.

Multilayer brush according to claim 1, characterized in that adjacent to the collector ( 8th ) facing end face ( 11 ) the commutation layer ( 7 ) has a relatively larger proportion of the cross-sectional area ratio than at a distance from the end face ( 11 ).

Multilayer brush according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-sectional area ratio of the power layer ( 6 ) to commutation layer ( 7 ) changes continuously.

Multilayer brush according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-sectional area ratio of the power layer ( 6 ) to commutation layer ( 7 ) changes discontinuously.

Multilayer brush according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the collector ( 8th ) facing end face ( 11 ) the cross-sectional area ratio of power layer ( 6 ) to commutation layer ( 7 ) is at least approximately 3: 2.

Multi-layer brush according to one of claims 1 to 5, characterized in that one to the end face ( 11 ) spaced portion of the multilayer brush has a constant cross-sectional area ratio of the power layer (FIG. 6 ) to commutation layer ( 7 ) having.

Multilayer brush according to Claim 6, characterized in that the cross-sectional area ratio of the power layer ( 6 ) to commutation layer ( 7 ) in the front ( 11 ) spaced portion is at least approximately 4: 1.

Multi-layer brush according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one section is provided, in which the total cross-sectional area of the power layer ( 6 ) and commutation layer ( 7 ) increases with increasing distance to the collector facing the front side.

A multilayer brush according to claim 8, characterized in that adjoining the section with variable total cross-sectional area is a section with a constant cross-sectional area.

Multi-layer brush according to claim 8 or 9, characterized in that the total cross-sectional area changes continuously.

Multi-layer brush according to claim 8 or 9, characterized in that the total cross-sectional area changes discontinuously.

Brush arrangement with a multilayer brush according to one of claims 1 to 11.

Commutation device in an electrical machine with a brush arrangement according to one of claims 1 to 12.

Electric machine, in particular starter motor, with a commutation device according to claim 13.