DE102011081840A1 - Brush holder for electromotor e.g. direct current (DC) motor used in handheld power tool e.g. drilling machine, has carbon brush conductor that is pressed against outer surface of receiving space by using spring - Google Patents
Brush holder for electromotor e.g. direct current (DC) motor used in handheld power tool e.g. drilling machine, has carbon brush conductor that is pressed against outer surface of receiving space by using spring Download PDFInfo
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Abstract
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenhalter mit einem Aufnahmeraum sowie mit einer den Aufnahmeraum begrenzenden Mantelfläche, und mit einer Kohlebürste, die im Aufnahmeraum angeordnet ist, und der eine erste Feder, die die Kohlebürste in einer Erstreckungsrichtung des Aufnahmeraums gegen einen Kommutator eines Elektromotors drückt, aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Bürstenhalter, eine Handwerkzeugmaschine mit einem solchen Elektromotor sowie ein Verfahren zum Nachrüsten eines Bürstenhalters.The present invention relates to a brush holder having a receiving space and having a receiving space limiting lateral surface, and with a carbon brush, which is arranged in the receiving space, and a first spring which presses the carbon brush in a direction of extension of the receiving space against a commutator of an electric motor having , The present invention further relates to an electric motor with a brush holder according to the invention, a hand tool with such an electric motor and a method for retrofitting a brush holder.
Es sind elektrische Maschinen bekannt, die Kohlebürsten aufweisen, über die eine Kommutierung, d. h. ein Wechsel eines bestromten Stromzweiges, bewirkt wird. Solche elektrische Maschinen sind beispielsweise Elektromotoren, insbesondere Gleichstrommotoren. Die Kohlebürsten sind in einem Kohleköcher, auch Schleifkontakthalter genannt, angeordnet und werden in radialer Richtung auf einen Kommutator aufgesetzt, an dem die elektrischen Kontakte zu den Stromzweigen angeordnet sind. Um einen sicheren elektrischen Kontakt zu gewährleisten, werden sie mit Hilfe einer in die radiale Richtung wirkenden Bürstenfeder an den Kommutator angedrückt. There are known electrical machines having carbon brushes, via which a commutation, d. H. a change of an energized branch current, is effected. Such electrical machines are, for example, electric motors, in particular DC motors. The carbon brushes are arranged in a coal quiver, also called sliding contact holder, and are mounted in the radial direction on a commutator on which the electrical contacts are arranged to the current branches. In order to ensure a secure electrical contact, they are pressed by means of a force acting in the radial direction brush spring to the commutator.
Eine solche Kohlebürste ist mit geringem Spiel in ihrem Kohleköcher anordnet, so dass sie reibungslos im Kohleköcher gleiten kann. Obwohl dieses Spiel gering ist, reicht es aus, um ein Taumeln der Kohle, also eine Schwingung der Kohle innerhalb des Aufnahmeraums, hervorzurufen. Das Taumeln wird beispielsweise durch Gerätevibrationen, Erschütterungen und/oder einen unrunden Kommutator ausgelöst. Such a carbon brush is arranged with little play in their coal quiver, so that they can slide smoothly in the coal quiver. Although this game is low, it is sufficient to cause a tumble of the coal, ie a vibration of the coal within the receiving space. The tumbling is triggered for example by device vibrations, vibrations and / or a non-circular commutator.
Beim Taumeln wird die Kohlebürste zumindest teilweise vom Kommutator abgehoben, wodurch ein unrunder Abrieb entsteht. Außerdem kann es zum Feuern kommen, d. h. zu einer Lichtbogenbildung zwischen Kohlebürste und Kommutator, da die Stromdichte aufgrund der verminderten Kontaktfläche zunimmt. Dies führt in erster Linie zu einem exzessiv erhöhten Verschleiß, durch den die Kohlestandzeiten erheblich verkürzt sind. Zudem verschlechtert sich der Rundlauf des Kommutators und es können dadurch Drehzahlschwankungen entstehen. Außerdem führt dies auch zu einem verschlechterten Motorwirkungsgrad, und es muss mit einem erhöhten Entstöraufwand aufgrund verschlechterter EMV-Werte (elektromagnetische Verträglichkeit) gerechnet werden.When tumbling, the carbon brush is at least partially lifted off the commutator, creating a non-round abrasion. In addition, it can come to firing, d. H. to an arc formation between carbon brush and commutator, since the current density increases due to the reduced contact area. This leads primarily to excessive wear, which significantly shortens carbon inventory times. In addition, the concentricity of the commutator deteriorates and it can cause speed fluctuations. In addition, this also leads to a deteriorated engine efficiency, and it must be expected with increased Entstöraaufarbeitwand due to deteriorated EMC (electromagnetic compatibility) values.
Die Druckschrift
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen und einfach herstellbaren Bürstenhalter zu schaffen, bei dem das Taumeln der Kohlebürste ebenfalls verringert ist oder vermieden wird, und der sich für Elektromotoren mit sehr hoher Temperaturentwicklung an der Kohlebürste eignet.The invention has for its object to provide a cost-effective and easy to produce brush holder, in which the tumbling of the carbon brush is also reduced or avoided, and which is suitable for electric motors with very high temperature development of the carbon brush.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Bürstenhalter für einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrommotor, der einen Aufnahmeraum sowie eine den Aufnahmeraum begrenzende Seitenwand aufweist, mit einer Kohlebürste die im Aufnahmeraum angeordnet ist, und mit einer ersten Feder, die die Kohlebürste in eine Erstreckungsrichtung des Aufnahmeraums drückt, wobei der Bürstenhalter eine zweite Feder aufweist, wobei die Seitenwand eine sie durchsetzende Nut aufweist, durch die eine Lasche gebildet ist, welche die Kohlebürste gegen eine Mantelfläche des Aufnahmeraums drückt, und die zweite Feder bildet.The object is achieved with a brush holder for an electric motor, in particular a DC motor, which has a receiving space and a receiving space bounding the side wall, with a carbon brush which is arranged in the receiving space, and with a first spring which presses the carbon brush in an extension direction of the receiving space wherein the brush holder has a second spring, wherein the side wall has a groove passing through it, through which a tab is formed, which presses the carbon brush against a lateral surface of the receiving space, and forms the second spring.
Da die zweite Feder erfindungsgemäß durch die Lasche gebildet ist, werden im Folgenden die Begriffe zweite Feder und Lasche synonym verwendet. Since the second spring is formed according to the invention by the tab, the terms second spring and tab are used synonymously below.
Erfindungsgemäß wird die Kohlebürste mittels der zweiten Feder gegen die Mantelfläche gedrückt. Daher ist der für die Kohlebürste zur Verfügung stehende Aufnahmeraum im Bereich der zweiten Feder so verringert, dass die Kohlebürste spielfrei im Aufnahmeraum geführt wird. Aufgrund ihrer Federwirkung kompensiert die zweite Feder Abstandsänderungen zwischen der Kohlebürste und dem Bürstenhalter und/oder einem Kommutator eines mit dem Bürstenhalter ausgestatteten Elektromotors, die während des Betriebes des Elektromotors beispielsweise aufgrund von Unebenheiten, Unrundlaufen, Lagerspiel, Temperaturschwankungen etc. entstehen. Dadurch werden Relativbewegungen zwischen der Kohlebürste und dem Aufnahmeraum eingeschränkt oder sogar verhindert, und somit das Taumeln der Kohlebürste im Aufnahmeraum verringert oder sogar vermieden. Dadurch verlängern sich die Kohlestandzeit und somit ein für den Bürstenhalter erforderliches Serviceintervall. Der Kommutator verschleißt weniger. According to the carbon brush is pressed by means of the second spring against the lateral surface. Therefore, the space available for the carbon brush receiving space in the region of the second spring is reduced so that the carbon brush is guided without play in the receiving space. Due to its spring action, the second spring compensates for changes in distance between the carbon brush and the brush holder and / or a commutator of an electric motor equipped with the brush holder, which arise during operation of the electric motor, for example due to unevenness, run-out, bearing clearance, temperature fluctuations, etc. As a result, relative movements between the carbon brush and the receiving space are restricted or even prevented, and thus the tumbling of the carbon brush in the receiving space is reduced or even avoided. This lengthens the carbon life and thus a required service for the brush holder service interval. The commutator wears less.
Da die Lasche federnd ausgebildet ist und eine Rückstellkraft aufweist, gegen die die Kohlebürste an die Mantelfläche gedrückt wird, ermöglicht die zweite Feder auch weiterhin das Gleiten der Kohlebürste in die Erstreckungsrichtung im Aufnahmeraum des Bürstenhalters, so dass weder die Montage der Kohlebürste in den Aufnahmeraum, noch das Andrücken der Kohlebürste an den Kommutator behindert werden.Since the tab is resilient and has a restoring force against which the carbon brush is pressed against the lateral surface, the second spring also allows the sliding of the Carbon brush in the direction of extension in the receiving space of the brush holder, so that neither the mounting of the carbon brush in the receiving space, nor the pressing of the carbon brush are prevented from the commutator.
Bevorzugt weist die Lasche ein sich in den Aufnahmeraum hinein erstreckendes offenes Ende auf. Das offene Ende ist bevorzugt an einer dem Kommutator zugewandten Seite vorgesehen. Besonders bevorzugt weist die Lasche eine Biegung in den Aufnahmeraum hinein auf, so dass sie mit ihrem offenen Ende in den Aufnahmeraum hinein ragt und den Aufnahmeraum im Bereich der Lasche verringert. Dabei ist die Auslenkung der Lasche in den Aufnahmeraum hinein bevorzugt am offenen Ende am größten, so dass eine Relativbewegung zwischen der Kohlebürste und dem Aufnahmeraum dort vermehrt verhindert wird.Preferably, the tab has an open end extending into the receiving space. The open end is preferably provided on a side facing the commutator. Particularly preferably, the tab has a bend in the receiving space into it, so that it projects into the receiving space with its open end and reduces the receiving space in the region of the tab. In this case, the deflection of the tab into the receiving space is preferably greatest at the open end, so that a relative movement between the carbon brush and the receiving space is increasingly prevented there.
Die Nut weist bevorzugt zwei Längsschenkel und einen die Längsschenkel verbindenden Steg auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nut u-förmig ausgebildet. Es sind aber auch andere Formen der Lasche bevorzugt, bei denen die Längsschenkel und/oder der Steg in einem Winkel zueinander und/oder abgerundet oder ähnlich vorgesehen sind.The groove preferably has two longitudinal limbs and a web connecting the longitudinal limbs. In a preferred embodiment, the groove is U-shaped. However, other shapes of the tab are preferred in which the longitudinal leg and / or the web are provided at an angle to each other and / or rounded or similar.
Die Lasche weist bevorzugt zwei Längskanten und eine Querkante auf. Sie ist vorzugsweise rechteckig oder zungenförmig ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Längskanten und/oder die Querkante aus dem Aufnahmeraum heraus weisend gebogen, so dass ein Anlagebereich der Lasche an der Kohlebürste abgerundet und nicht scharfkantig ist. Dadurch verursachen die Längskante und/oder die Querkante der Lasche keinen Verschleiß an der Kohlebürste.The tab preferably has two longitudinal edges and a transverse edge. It is preferably rectangular or tongue-shaped. In a preferred embodiment, the longitudinal edges and / or the transverse edge are bent out of the receiving space, so that an abutment region of the tab on the carbon brush is rounded and not sharp-edged. As a result, cause the longitudinal edge and / or the transverse edge of the tab no wear on the carbon brush.
Es ist bevorzugt, dass die Seitenwand aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Federblech, gebildet ist, so dass die Lasche wie eine Blattfeder wirkt. In dieser Ausführungsform ist die Federsteifigkeit der Lasche durch ihre Länge, ihre Form, insbesondere ihre Biegung in den Aufnahmeraum hinein, sowie ihre Materialdicke bestimmt und anwendungsspezifisch sehr einfach anpassbar. Besonders bevorzugt ist die Seitenwand als Stanzbiegeteil gefertigt, vorzugsweise aus einem Blech, was mit herkömmlichen Verfahren kostengünstig möglich ist. Prinzipiell ist aber auch eine Ausführungsform aus einem Kunststoff möglich. Gegenüber der aus Kunststoff gefertigten Seitenwand hat die aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigte Seitenwand aber den Vorteil, dass sie keine Entformschrägen benötigt und daher in engeren Toleranzen fertigbar ist. Zudem eignet sich Kunststoff nicht für Elektromotoren, bei denen am Bürstenhalter sehr hohe Temperaturen entstehen.It is preferred that the side wall is formed of a metal or a metal alloy, in particular spring plate, so that the tab acts like a leaf spring. In this embodiment, the spring stiffness of the tab is determined by its length, its shape, in particular its bending into the receiving space, as well as its material thickness and application-specific very easily adaptable. Particularly preferably, the side wall is made as a stamped and bent part, preferably made of a metal sheet, which is inexpensive possible with conventional methods. In principle, however, an embodiment made of a plastic is possible. Compared to the side wall made of plastic, however, the side wall made of a metal or a metal alloy has the advantage that it requires no Entformschrägen and therefore manufacturable within narrower tolerances. In addition, plastic is not suitable for electric motors in which the brush holder very high temperatures.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lasche durch eine Ausstanzung der Seitenwand des Bürstenhalters gebildet, so dass sie ein einstückig mit der Seitenwand verbundenes Ende aufweist. Die Lasche ist dabei bevorzugt an ihrer dem Kommutator abgewandten Seite mit der Seitenwand einstückig verbunden. Für die zweite Feder ist daher kein zusätzliches Bauteil erforderlich, und sie benötigt auch keine Verbindungsstelle in Form einer Schweiß- oder Lötnaht, Klebestelle oder ähnliches. Diese Anordnung ist daher sehr robust. In a particularly preferred embodiment, the tab is formed by a cutout of the side wall of the brush holder, so that it has an integrally connected to the side wall end. The tab is preferably integrally connected on its side facing away from the commutator with the side wall. Therefore, no additional component is required for the second spring, and it also requires no joint in the form of a weld or solder seam, splice or the like. This arrangement is therefore very robust.
Der Aufnahmeraum ist bevorzugt etwa quaderförmig ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist die Seitenwand eine der Seitenwände des Quaders, wobei die Lasche die Kohlebürste an die der Seitenwand gegenüberliegende Seitenwand drückt. Prinzipiell sind aber auch andere Geometrien, beispielsweise ein runder oder ovaler Aufnahmeraum, möglich.The receiving space is preferably formed approximately cuboid. In this embodiment, the side wall is one of the sidewalls of the cuboid, wherein the tab presses the carbon brush against the sidewall opposite side wall. In principle, however, other geometries, such as a round or oval receiving space possible.
Die Lasche ist bevorzugt etwa mittig zu einer Mittellinie der Seitenwand angeordnet. Dadurch drückt sie die Kohlebürste mit gleichmäßiger Andruckkraft an die Mantelfläche der gegenüberliegenden Seitenwand. Es ist auch eine Ausführungsform mit mehreren Laschen, insbesondere zwei Laschen, bevorzugt, wobei die Laschen symmetrisch zur Mittellinie angeordnet sind, und die Kohlebürste gemeinsam gegen die Mantelfläche drücken.The tab is preferably arranged approximately centrally to a center line of the side wall. As a result, it presses the carbon brush with uniform contact pressure against the lateral surface of the opposite side wall. It is also an embodiment with a plurality of tabs, in particular two tabs, preferably, wherein the tabs are arranged symmetrically to the center line, and press the carbon brush together against the lateral surface.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Elektromotor, insbesondere einem Gleichstrommotor, mit einem erfindungsgemäßen Bürstenhalter. Der Elektromotor weist einen verbesserten Motorwirkungsgrad auf, geringere Drehzahlschwankungen und bessere EMV-Werte im Vergleich zu einem Elektromotor mit einem Bürstenhalter, der keine zweite Feder zur Verminderung des Taumelns der Kohlebürste aufweist. Aufgrund einer verlängerten Kohlestandzeit weist er außerdem verlängerte Serviceintervalle auf.The object is also achieved with an electric motor, in particular a DC motor, with a brush holder according to the invention. The electric motor has improved engine efficiency, lower speed variations, and better EMC levels compared to an electric motor with a brush holder that does not have a second spring to reduce the tumble of the carbon brush. Due to an extended carbon life, it also has extended service intervals.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Handwerkzeugmaschine mit einem solchen Elektromotor. Die Handwerkzeugmaschine ist bevorzugt eine Bohrmaschine oder ein Bohr- oder Schlaghammer.The object is further achieved with a hand tool with such an electric motor. The hand tool is preferably a drill or a hammer or percussion hammer.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Nachrüsten eines Bürstenhalters mit einem Aufnahmeraum sowie einer den Aufnahmeraum begrenzenden Seitenwand, mit einer Kohlebürste, die zum Anordnen im Aufnahmeraum vorgesehen ist, und mit einer ersten Feder, die die Kohlebürste in eine Erstreckungsrichtung des Aufnahmeraums drückt, mit den Schritten:
- – Einbringen einer eine zweite Feder bildenden Lasche in die Seitenwand durch Ausstanzen einer die Seitenwand durchsetzenden Nut, und
- – Biegen der Lasche in den Aufnahmeraum hinein.
- - Inserting a second spring forming tab in the side wall by punching a side wall passing through the groove, and
- - Bend the tab into the recording room.
Mit dem Verfahren sind herkömmliche Bürstenhalter ohne zweite Feder auf einfache Weise kostengünstig nachrüstbar. With the method conventional brush holder without a second spring in a simple manner can be retrofitted cost.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur beschrieben. Die Figur ist lediglich beispielhaft und schränkt den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.In the following the invention will be described with reference to a figure. The figure is merely exemplary and does not limit the general inventive concept.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder der Figur offenbarten Merkmalen. All combinations of at least two features disclosed in the description, the claims and / or the figure fall within the scope of the invention.
Der in
Der Bürstenhalter
Der Aufnahmeraum
Im Folgenden werden die Begriffe erste Seitenwand
Um die Kohlebürste
Zur Verhinderung oder zumindest zur Verringerung des Taumelns der Kohlebürste
An einem dem Kommutator
Die Querkante
In der gezeigten Ausführungsform weist die Lasche
Im Bereich der Lasche
Damit die Kohlebürste
In der gezeigten Ausführungsform ist die Lasche
Es sind weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bürstenhalter
Der erfindungsgemäße Bürstenhalter
Der erfindungsgemäße Bürstenhalter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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