DE102012024114A1

DE102012024114A1 - Brush system for electromotor e.g. direct current motor, has compression spring producing contact pressure between brush and commutator and having guide segment whose winding cross section area is enlarged in relation to main segment

Info

Publication number: DE102012024114A1
Application number: DE201210024114
Authority: DE
Inventors: Robert Hessdörfer
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-12

Abstract

The brush system (1) comprises a brush (3) that is provided for engagement with a commutator (2) of an electromotor and is guided in a quiver (4). A brush compression spring (5) is used for producing a contact pressure between the brush and commutator. The brush compression spring is formed in helical shape and is provided with a main segment (9) and a guide segment (10). The winding cross section area of the guide segment is enlarged in relation to the winding cross section area of the main segment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bürstensystem für einen Elektromotor, der federbelastete Bürsten zur Anlage an einem Kommutator aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem Bürstensystem.The invention relates to a brush system for an electric motor having spring-loaded brushes for engagement with a commutator. The invention further relates to an electric motor with a brush system.

Bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Elektromotoren, die als Gleichstrommotor ausgebildet sind, kommen meist sogenannte Kommutatoren zum Einsatz, die den elektrischen Strom auf die Wicklungen des sich drehenden Rotors übertragen. Dazu ist der Kommutator auf der Rotorwelle, die zugleich die Welle des Elektromotors darstellt, in Form von axial ausgerichteten und umfänglich voneinander beabstandeten Lamellen gebildet. Die Kommutatorlamellen werden von Bürsten bestrichen, die mit dem (feststehenden) Stator des Elektromotors verbunden sind und den Strom auf die Lamellen übertragen. Durch die Lamellen wird von Wicklung zu Wicklung eine Stromwendung erzeugt, die gegenüber den (feststehenden) Magnetpolen des Stators ein Drehmoment auf die Rotorwelle erzeugt.In electrical machines, in particular in electric motors, which are designed as a DC motor, usually so-called commutators are used, which transmit the electric current to the windings of the rotating rotor. For this purpose, the commutator is formed on the rotor shaft, which also represents the shaft of the electric motor, in the form of axially aligned and circumferentially spaced apart slats. The commutator blades are brushed with brushes that are connected to the (fixed) stator of the electric motor and transmit the current to the blades. The lamellae generates a current turn from winding to winding, which generates a torque on the rotor shaft relative to the (stationary) magnetic poles of the stator.

Die Bürsten sind herkömmlicherweise aus Kohlepulver – gegebenenfalls zusammen mit Metallpartikeln – gepresst. Aufgrund des Schleifkontakts mit den Lamellen erfahren die Bürsten einen Abrieb. Um trotz des Abriebs den Kontakt zwischen Bürste und Kommutator zu gewährleisten, sind die Bürsten in einem sogenannten Köcher mittels Federelementen (mechanischen Federn) unter Wirkung deren Rückstellkraft federnd gelagert. Dadurch erfolgt eine automatische Nachstellung der Bürsten. Die Köcher sind meist auf einem Träger angeordnet, der zusammen mit den Köchern, den Bürsten, den erforderlichen elektrischen Kontaktmitteln und teilweise ebenfalls auf dem Träger angeordneten Entstörelementen (Entstörspulen) ein sogenanntes Bürstensystem bildet.The brushes are conventionally made of carbon powder - optionally together with metal particles - pressed. Due to the sliding contact with the slats, the brushes are subject to abrasion. In order to ensure contact between brush and commutator despite the abrasion, the brushes are resiliently mounted in a so-called quiver by means of spring elements (mechanical springs) under the effect of their restoring force. This results in an automatic adjustment of the brushes. The quivers are usually arranged on a carrier, which forms a so-called brush system together with the quivers, the brushes, the required electrical contact means and also partly arranged on the support suppression elements (suppression coils).

Bei den eingesetzten Federn handelt es sich üblicherweise um herkömmliche Schraubenfedern. Diese sind insbesondere beim Einsatz von Bürsten mit rechteckigem Querschnitt häufig oval ausgebildet, damit die Federn in dem Köcher ausreichend geführt sind, beziehungsweise unter Druck nicht ausknicken. Aufgrund des Ausknickens der Federn kann die Anpresskraft der Bürsten auf den Kommutator nicht oder nicht in ausreichendem Maße aufrechterhalten werden, sodass ein Nachstellen der während des Betriebs des Elektromotors verschleißenden Bürste nicht dauerhaft sichergestellt ist. Zudem ist die Herstellung solcher ovalen Schraubenfedern gegenüber kreiszylindrischen Schraubenfedern deutlich aufwendiger und deshalb kostenintensiver.The springs used are usually conventional coil springs. These are often oval in particular when using brushes with a rectangular cross-section, so that the springs are sufficiently guided in the quiver, or do not buckle under pressure. Due to the buckling of the springs, the contact pressure of the brushes on the commutator can not or not sufficiently be maintained, so that an adjustment of the wear during operation of the electric motor brush is not permanently ensured. In addition, the production of such oval coil springs over circular cylindrical coil springs is much more expensive and therefore more expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein funktionssicheres und dennoch günstiges Bürstensystem anzugeben. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen funktionssicheren und günstig herzustellenden Elektromotor anzugeben.The invention has for its object to provide a reliable and yet inexpensive brush system. Furthermore, the invention has the object to provide a functionally reliable and inexpensive to manufacture electric motor.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Bürstensystems erfindungsgemäß gelöst durch ein Bürstensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Elektromotors wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.This object is achieved with respect to the brush system according to the invention by a brush system with the features of claim 1. With regard to the electric motor, this object is achieved by the features of claim 10. Advantageous and partly inventive embodiments and further developments of the invention are in the dependent claims and in set out in the description below.

Erfindungsgemäß umfasst das bei einem Elektromotor eingesetzte Bürstensystem eine Bürste zur Anlage an einem Kommutator des Elektromotors und einen Köcher, in dem die Bürste geführt ist. Des Weiteren umfasst das Bürstensystem eine Bürstenandruckfeder zum Erzeugen einer Anpresskraft zwischen der Bürste und dem Kommutator. Die Bürstenandruckfeder ist dabei wendelförmig ausgebildet, d. h. vorzugsweise aus einem Federdraht gewickelt, und weist ein erstes Segment mit einer ersten Wicklungsquerschnittsfläche auf. Erfindungsgemäß weist die Bürstenandruckfeder mindestens ein zweites Segment mit einer gegenüber der ersten Wicklungsquerschnittsfläche größeren zweiten Wicklungsquerschnittsfläche auf.According to the invention, the brush system used in an electric motor comprises a brush for engagement with a commutator of the electric motor and a quiver in which the brush is guided. Furthermore, the brush system comprises a brush compression spring for generating a contact force between the brush and the commutator. The brush compression spring is helical, d. H. preferably wound from a spring wire, and has a first segment with a first winding cross-sectional area. According to the invention, the brush compression spring has at least one second segment with a second winding cross-sectional area which is larger than the first winding cross-sectional area.

Unter der Bezeichnung „Segment” der Bürstenandruckfeder wird hier und im Folgenden vorzugsweise mindestens eine Wicklung, d. h. eine vollständige, 360° überstreichende Windung, des Federdrahtes um eine Längsachse der Bürstenandruckfeder verstanden. In diesem Zusammenhang wird die Bezeichnung „Segment” zur Unterscheidung von Wicklungen mit unterschiedlichem Durchmesser verwendet, wobei unterschiedliche Steigungen der Wicklungen nicht berücksichtigt sind. Das erste Segment der Bürstenandruckfeder umfasst vorzugsweise mehrere Wicklungen (Windungen), beispielsweise mindestens drei oder einen Großteil aller Wicklungen der Bürstenandruckfeder. Das zweite Segment umfasst dahingegen im Vergleich zur Gesamtzahl aller Wicklungen lediglich eine geringe Anzahl von Wicklungen der Bürstenandruckfeder, beispielsweise lediglich eine bis drei Wicklungen.The term "segment" of the brush compression spring is here and below preferably at least one winding, d. H. a complete, 360 ° sweeping turn, understood by the spring wire about a longitudinal axis of the brush compression spring. In this context, the term "segment" is used to distinguish windings of different diameter, ignoring different pitches of the windings. The first segment of the brush compression spring preferably comprises a plurality of windings (turns), for example at least three or a majority of all windings of the brush compression spring. In comparison to the total number of all windings, the second segment comprises only a small number of windings of the brush compression spring, for example only one to three windings.

Aufgrund der lediglich in einem Teilbereich, nämlich in dem zweiten Segment, vergrößerten Wicklungsquerschnittsfläche der Bürstenandruckfeder kann diese mit vergleichsweise geringem Materialaufwand und damit günstig hergestellt werden. Durch die Vergrößerung der Wicklungsquerschnittsfläche des zweiten Segments wird außerdem ein Ausknicken der Bürstenandruckfeder bezüglich deren Längsachse in dem Köcher verhindert oder zumindest deutlich verringert, so dass die Funktionssicherheit des Bürstensystems verbessert wird.Due to the only in a partial area, namely in the second segment, increased winding cross-sectional area of the brush compression spring, this can be produced with relatively low cost of materials and thus low. By enlarging the winding cross-sectional area of the second segment, buckling of the brush compression spring with respect to its longitudinal axis in the quiver is also prevented or at least significantly reduced, so that the functional reliability of the brush system is improved.

In einer vorteilhaften Ausführungsform entspricht die zweite Wicklungsquerschnittsfläche näherungsweise der Querschnittsfläche der Bürste und/oder des Köchers. Unter „näherungsweise” wird hierbei verstanden, dass die zweite Wicklungsquerschnittsfläche – insbesondere am Außenrand der Bürstenandruckfeder – maximal der Querschnittsfläche der Bürste bzw. des Köchers entspricht oder – in fertigungstechnisch einfacher und bevorzugter Ausführung – die Querschnittsfläche der Bürste bzw. des Köchers geringfügig unterschreitet. Aufgrund dieser Dimensionierung des zweiten Segments der Bürstenandruckfeder ist diese mit geringem Spiel in dem Köcher in dem Köcher angeordnet und geführt. In an advantageous embodiment, the second winding cross-sectional area corresponds approximately to the cross-sectional area of the brush and / or the quiver. By "approximately" is meant here that the second winding cross-sectional area - in particular at the outer edge of the brush compression spring - corresponds to the maximum cross-sectional area of the brush or the quiver or - in production technology simple and preferred embodiment - slightly below the cross-sectional area of the brush or the quiver. Due to this dimensioning of the second segment of the brush compression spring this is arranged and guided with little play in the quiver in the quiver.

In bevorzugter Ausführung handelt es sich bei der Bürstenandruckfeder im Wesentlichen, d. h. insbesondere im ersten Segment, um eine kreiszylindrische Schraubenfeder. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei denkbar, dass das zweite Segment ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der gegenüber dem kreisförmigen Querschnitt des ersten Segments vergrößert ist. Diese Ausführung ist für den Einsatz bei Bürsten mit quadratischem Querschnitt vorteilhaft, da der Querschnitt, d. h. der Durchmesser des ersten Segments, klein und somit materialsparend ausgeführt werden kann.In a preferred embodiment, the brush compression spring substantially, d. H. especially in the first segment, around a circular cylindrical coil spring. In the context of the invention, it is conceivable that the second segment also has a circular cross section which is enlarged relative to the circular cross section of the first segment. This embodiment is advantageous for use with square cross section brushes because the cross section, i. H. the diameter of the first segment, small and thus can be performed to save material.

In bevorzugter Ausführung ist das zweite Segment der Bürstenandruckfeder mit einem ovalen Querschnitt ausgeführt. Diese Ausführung des zweiten Segments ist insbesondere für den Fall zweckmäßig, dass die Bürste und somit der Köcher mit einem rechteckigen, d. h. länglichen Querschnitt ausgeführt sind. Hierbei ermöglicht der ovale Querschnitt des zweiten Segments auf einfache Weise, dass die Bürstenandruckfeder allseitig mit einem besonders geringen Spiel in dem rechteckigen Köcher einliegt. Die kreiszylindrische Ausführung der Wicklungen des ersten Segments, also des Großteils der Bürstenandruckfeder, ermöglicht dabei eine kostengünstige Herstellung der gesamten Bürstenandruckfeder, da die vergleichsweise aufwendige Herstellung der ovalen Wicklungsquerschnitte lediglich bei den vergleichsweise wenigen Wicklungen des zweiten Segments anfällt.In a preferred embodiment, the second segment of the brush compression spring is designed with an oval cross-section. This embodiment of the second segment is particularly useful in the event that the brush and thus the quiver with a rectangular, d. H. elongated cross section are executed. Here, the oval cross-section of the second segment allows in a simple manner that the brush compression spring rests on all sides with a particularly small clearance in the rectangular quiver. The circular cylindrical design of the windings of the first segment, that is, the majority of Bürstenandruckfeder, thereby enabling a cost-effective production of the entire brush compression spring, since the comparatively complicated production of oval winding cross-sections is obtained only in the comparatively few windings of the second segment.

Um bei einer Bürste mit rechteckigem oder länglichem Querschnitt das zweite Segment der Bürstenandruckfeder mit möglichst geringem Spiel in dem Köcher anordnen zu können, entspricht der (ovale) Querschnitt des zweiten Segments insbesondere einem Polygon mit abgerundeten Ecken, vorzugsweise einem Rechteck mit abgerundeten Ecken.In order to be able to arrange the second segment of the brush compression spring in the quiver with a brush of rectangular or oblong cross section, the (oval) cross section of the second segment corresponds in particular to a polygon with rounded corners, preferably a rectangle with rounded corners.

Im Rahmen der Erfindung der es dabei denkbar, dass die oder jede Wicklung des zweiten Segments nicht zu der Federwirkung der Bürstenandruckfeder beiträgt, indem der Federdraht im zweiten Segment näherungsweise ohne Steigung, d. h. in einer annähernd senkrecht zur Längsachse der Bürstenandruckfeder liegenden Ebene gewunden ist.In the context of the invention, it is conceivable that the or each winding of the second segment does not contribute to the spring action of the brush compression spring by the spring wire in the second segment approximately without inclination, d. H. is wound in a plane lying approximately perpendicular to the longitudinal axis of the Bürstenandruckfeder level.

Um das Ausknicken der Bürstenandruckfeder im Bereich der Auflage der Bürstenandruckfeder an der Bürste zu verhindern, ist in zweckmäßiger Ausgestaltung das zweite Segment an dem der Bürste zugewandten Freiende der Bürstenandruckfeder angeordnet. Dadurch wird eine möglichst große Auflagefläche zwischen der Bürste und der Bürstenandruckfeder erreicht, sodass diese stabil auf der Bürste aufsteht.In order to prevent the buckling of the brush compression spring in the region of the support of the brush pressure spring on the brush, the second segment is arranged on the brush facing the free end of the Bürstenandruckfeder in an advantageous embodiment. As a result, the largest possible contact surface between the brush and the brush compression spring is achieved so that it rests stably on the brush.

Im Rahmen der Erfindung ist es zudem denkbar, dass die Bürstenandruckfeder mit deren der Bürste abgewandten Freiende in dem Köcher fixiert ist, sodass dort ein Ausknicken unterbunden ist. In vorteilhafter und einfacher Ausführung des Bürstensystems weist die Bürstenandruckfeder allerdings jeweils an beiden Freienden das zweite Segment auf, sodass die Bürstenandruckfeder auch auf einem Bodenstück (oder Deckel) des Köchers stabil aufsteht.In the context of the invention, it is also conceivable that the Bürstenandruckfeder is fixed with their brush end facing free end in the quiver, so there is a buckling is prevented. In an advantageous and simple embodiment of the brush system, however, the Bürstenandruckfeder each at both free ends on the second segment, so that the Bürstenandruckfeder stands upright on a bottom piece (or cover) of the quiver.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Bürstensystems ist das zweite Segment, oder gegebenenfalls ein zusätzliches zweites Segment, zwischen den beiden Freienden der Bürstenandruckfeder angeordnet. Vorzugsweise unterbricht das zweite Segment das erste Segment der Bürstenandruckfeder dabei etwa mittig zwischen den beiden Freienden. Die Bürstenandruckfeder umfasst dabei in bevorzugter Ausführung drei zweite Segmente und zwei erste Segmente, die jeweils zwischen den zweiten Segmenten angeordnet sind. Durch die Anordnung des (gegebenenfalls zusätzlichen) zweiten Segments in der Mitte der Bürstenandruckfeder wird letztere auf einfache Weise über deren gesamte Länge gegen ein Ausknicken in dem Köcher stabilisiert. Zudem kann durch die mittige Anordnung des zweiten Segments für den Fall, dass der Köcher in Längsrichtung einen Schlitz zur Durchführung einer elektrischen Anschlussleitung der Bürste aufweist, verhindert werden, dass die Bürstenandruckfeder ausknickt und dabei aus diesem Schlitz austritt oder sich in diesem verklemmt.In a further advantageous embodiment of the brush system, the second segment, or optionally an additional second segment, is arranged between the two free ends of the brush compression spring. Preferably, the second segment interrupts the first segment of the brush compression spring approximately centrally between the two free ends. The brush compression spring comprises in a preferred embodiment, three second segments and two first segments, which are each arranged between the second segments. The arrangement of the (optionally additional) second segment in the middle of the brush compression spring the latter is stabilized in a simple manner over its entire length against buckling in the quiver. In addition, can be prevented by the central arrangement of the second segment in the event that the quiver in the longitudinal direction has a slot for carrying out an electrical connection line of the brush, that the brush compression spring buckles and thereby exits from this slot or jammed in this.

Gemäß einer einfachen Variante sind die beiden Enden des Federdrahts der Bürstenandruckfeder zur Innenseite hin, d. h. näherungsweise radial nach innen eingebogen. Zweckmäßigerweise sind dabei die beiden Federdrahtenden in einem Bereich des zweiten Segments nach innen gebogen, der über den ersten Wicklungsquerschnitt des ersten Segments hinaus ragt, sodass vorteilhafterweise in einer Blockstellung der Bürstenandruckfeder wenigstens ein Teil des ersten Segments in das zweite Segment eintauchen kann, ohne auf dem eingebogenen Federdrahtende aufzusitzen. Als „Blockstellung” wird hier und im Folgenden die Stellung der Bürstenandruckfeder bezeichnet, in der die einzelnen Wicklungen der Bürstenandruckfeder bei Druckbelastung aneinander anliegen. Unter „zumindest teilweise eintauchen” wird verstanden, dass wenigstens ein Abschnitt der ersten Wicklung des ersten Segments, die an das zweite Segment angrenzt, in der Blockstellung innerhalb des zweiten Segments, d. h. in der gleichen radialen Ebene angeordnet ist.According to a simple variant, the two ends of the spring wire of the brush compression spring towards the inside, ie, bent approximately radially inwards. Conveniently, the two spring wire ends are bent inwardly in a region of the second segment, which protrudes beyond the first winding cross section of the first segment, so that advantageously in a blocking position of the brush compression spring at least a portion of the first segment can dip into the second segment, without on the sit up bent spring wire end. As "blocking position" is here and below the position of the brush compression spring referred to, in which the individual Windings of the brush compression spring abut each other under pressure load. By "at least partially submerged" is meant that at least a portion of the first winding of the first segment adjacent to the second segment is disposed in the block position within the second segment, ie, in the same radial plane.

Um ein vollständiges Eintauchen der an das zweite Segment angrenzenden Wicklung der Bürstenandruckfeder auf einfache Weise zu ermöglich, weist die Bürstenandruckfeder in einer geeigneten Ausführungsform ein drittes Segment auf, das zwischen dem ersten Segment und dem oder gegebenenfalls jedem zweiten Segment angeordnet ist. Dabei ist der Wicklungsquerschnitt des dritten Segments derart gegenüber dem Wicklungsquerschnitt des zweiten Segments verkleinert, dass das dritte Segment bei Druckbelastung der Bürstenandruckfeder, insbesondere in der Blockstellung, innerhalb der Wicklung bzw. den Wicklungen des zweiten Segments angeordnet ist. Dadurch wird auf besonders einfache Weise eine im Vergleich zu vollständig kreiszylindrischen Federn kürzere Blocklänge, also die Länge der Bürstenandruckfeder in der Blockstellung, ermöglicht. Dadurch können bei gleichbleibendem Bauraum längere Bürsten eingesetzt werden.In order to allow a complete immersion of adjacent to the second segment winding of the brush compression spring in a simple manner, the Bürstenandruckfeder in a suitable embodiment, a third segment, which is arranged between the first segment and the optionally each second segment. In this case, the winding cross section of the third segment is reduced relative to the winding cross section of the second segment, that the third segment is arranged under pressure loading of the brush compression spring, in particular in the blocking position, within the winding or the windings of the second segment. As a result, a shorter block length, ie the length of the brush compression spring in the blocking position, is made possible in a particularly simple manner compared with completely circular-cylindrical springs. As a result, longer brushes can be used with the same installation space.

Insbesondere für den Fall, dass das zweite Segment mit ovalem Wicklungsquerschnitt ausgeführt ist, ist eine Halbachse des dritten Segments kleiner ausgeführt als eine Halbachse des zweiten Segments. Bei der Halbachse des zweiten Segments handelt es sich zweckmäßigerweise um dessen kleine Halbachse. Unter „Halbachse” werden insbesondere bei Ellipsen die aufeinander senkrecht stehenden Verbindungslinien des Mittelpunkts der Ellipse mit den Längsseiten und den Schmalseiten der Ellipse verstanden. Als „kleine Halbachse” wird dabei die kürzere Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt und einer Seite der Ellipse verstanden. Der Begriff „Halbachse” wird hier und im Folgenden analog auf Ovale und Rechtecke (hier die Mittelsenkrechten der Seitenkanten) angewendet.In particular, in the case that the second segment is designed with an oval winding cross-section, a half-axis of the third segment is made smaller than a half-axis of the second segment. The semiaxis of the second segment is expediently about its small semiaxis. In the case of ellipses, "semiaxis" is understood to mean the mutually perpendicular connecting lines of the center point of the ellipse with the longitudinal sides and the narrow sides of the ellipse. The term "small semi-axis" is understood to mean the shorter connecting line between the center point and one side of the ellipse. The term "semiaxis" is here and below analogously applied to ovals and rectangles (here the mid-perpendiculars of the side edges).

Zweckmäßigerweise weist das dritte Segment allerdings einen kreisförmigen Querschnitt auf, so dass die Halbachse des dritten Segments dessen Radius darstellt. In diesem Fall ist der Durchmesser des dritten Segments kleiner ausgeführt als die minimale Breite des zweiten (ovalen bzw. rechteckigen) Segments, also kleiner als die doppelte kleine Halbachse des zweiten Segments.However, the third segment expediently has a circular cross section, so that the semiaxis of the third segment represents its radius. In this case, the diameter of the third segment is made smaller than the minimum width of the second (oval or rectangular) segment, that is smaller than the double semi-minor axis of the second segment.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Bürstensystems weist das erste Segment wenigstens zwei unterschiedliche Steigungen auf, wobei insbesondere die Wicklungsquerschnittsfläche über die gesamte Länge des ersten Segments konstant bleibt. In zweckmäßiger Ausführung weist die Bürstenandruckfeder hierbei zwei erste Segmente auf, die mittig zu der Bürstenandruckfeder voneinander durch das zweite Segment getrennt sind, und von denen jedes eine unterschiedliche Steigung aufweist. Durch die unterschiedlichen Steigungen wird auf einfache Weise ein progressives Federverhalten der Bürstenandruckfeder ermöglicht. Dadurch kann vorteilhafterweise die Anpresskraft zwischen der Bürste und dem Kommutator über den gesamten Federweg der Bürstenandruckfeder gezielt beeinflusst werden.In a further advantageous embodiment of the brush system, the first segment has at least two different slopes, wherein in particular the winding cross-sectional area remains constant over the entire length of the first segment. In an expedient embodiment, the brush compression spring in this case has two first segments, which are separated from one another by the second segment in the middle of the brush pressure spring, and each of which has a different pitch. Due to the different gradients, a progressive spring behavior of the brush compression spring is made possible in a simple way. As a result, advantageously, the contact force between the brush and the commutator can be influenced in a targeted manner over the entire travel of the brush compression spring.

Ein erfindungsgemäßer Elektromotor ist mit einem Bürstensystem der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet.An electric motor according to the invention is equipped with a brush system of the type described above.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in schematischer Darstellung ein Bürstensystem eines Elektromotors mit zwei Bürsten, die in jeweils einem Köcher über eine Bürstenandruckfeder gegen einen Kommutator gelagert sind, 1 a schematic representation of a brush system of an electric motor with two brushes, which are mounted in each case a quiver via a brush compression spring against a commutator,

2 in einem schematischen Ausschnitt eine der Bürstenandruckfedern, 2 in a schematic section of the brush compression springs,

3 in einer Darstellung gemäß 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Bürstenandruckfeder, 3 in a representation according to 2 an alternative embodiment of the brush compression spring,

4 in einem Schnitt IV-IV gemäß 3 die dortige Bürstenandruckfeder, 4 in a section IV-IV according to 3 the local brush pressure spring,

5 in Darstellung gemäß 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Bürstenandruckfeder, 5 in illustration according to 4 a further embodiment of the brush compression spring,

6 in Darstellung gemäß 4 wiederum ein weiteres Ausführungsbeispiel der Bürstenandruckfeder, 6 in illustration according to 4 in turn another embodiment of the brush compression spring,

7 in Darstellung gemäß 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Bürstenandruckfeder, 7 in illustration according to 3 an alternative embodiment of the brush compression spring,

8 in Darstellung gemäß 7 wiederum ein alternatives Ausführungsbeispiel der Bürstenandruckfeder, 8th in illustration according to 7 again an alternative embodiment of the brush compression spring,

9 in Darstellung gemäß 7 ein wiederum weiteres Ausführungsbeispiel der Bürstenandruckfeder, 9 in illustration according to 7 a further embodiment of the brush compression spring,

10 in einem Schnitt X-X gemäß 9 die dortige Bürstenandruckfeder, und 10 in a section XX according to 9 the local brush pressure spring, and

11 in Ansicht gemäß 9 die dortige Bürstenandruckfeder in einer Blockstellung. 11 in view according to 9 the local brush pressure spring in a block position.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are always provided with the same reference numerals in all figures.

In 1 ist ein Bürstensystem 1 dargestellt, das in Form einer Ringscheibe ausgeführt ist und konzentrisch um einen Kommutator 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors angeordnet ist. Das Bürstensystem 1 umfasst zwei (Kohle-)Bürsten 3, die in Kontakt mit dem Kommutator 2 stehen. Des Weiteren umfasst das Bürstensystem 1 zwei Köcher 4, in denen die Bürsten 3 radial zu dem Kommutator 2 und senkrecht zueinander geführt sind. Um eine Anpresskraft zwischen den Bürsten 3 und dem Kommutator 2 zu erzeugen umfasst das Bürstensystem 1 außerdem zwei Bürstenandruckfedern (nachfolgend kurz: Federn 5), die jeweils in einem der Köcher 4 zwischen der Bürsten 3 und einem radial außenseitigen Köcherboden 6 einliegen. Zur Verdeutlichung ist in 1 einer der Köcher 4 durchbrochen dargestellt.In 1 is a brush system 1 shown, which is designed in the form of an annular disk and concentrically around a commutator 2 a non-illustrated electric motor is arranged. The brush system 1 includes two (carbon) brushes 3 who are in contact with the commutator 2 stand. Furthermore, the brush system includes 1 two quivers 4 in which the brushes 3 radially to the commutator 2 and are guided perpendicular to each other. For a contact force between the brushes 3 and the commutator 2 to generate comprises the brush system 1 also two brush pressure springs (hereafter: springs 5 ), each in one of the quivers 4 between the brushes 3 and a radially outboard bottom of the boot 6 einliegen. For clarification is in 1 one of the quivers 4 shown in broken lines.

Die Bürsten 3 dienen in dem Elektromotor zur Stromübertragung auf den Kommutator 2 und damit auf die nicht näher dargestellten Wicklungen des Rotors des Elektromotors. Zur Stromübertragung weisen die Bürsten 3 an einer ihrer Seitenflächen jeweils ein Anschlusskabel 7 auf. Zur einfachen Kontaktierung der Bürsten 3 sind die Anschlusskabel 7 jeweils durch einen in dem Köcher 4 verlaufenden Längsschlitz 8 herausgeführt.The brushes 3 serve in the electric motor for power transmission to the commutator 2 and thus to the windings, not shown, of the rotor of the electric motor. For power transmission, the brushes 3 one connection cable each on one of its side surfaces 7 on. For easy contacting of the brushes 3 are the connection cables 7 each by one in the quiver 4 extending longitudinal slot 8th led out.

Wie aus 2 zu erkennen ist, weisen die Federn 5 ein erstes Segment (nachfolgend kurz: Hauptsegment 9) und ein zweites Segment (nachfolgend: Führungssegment 10) auf. Das Hauptsegment 9 umfasst in dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Feder 5 nahezu alle Wicklungen der Feder 5. Das Führungssegment 10 umfasst dagegen lediglich eine Wicklung der Feder 5 und ist mit einer gegenüber dem Hauptsegment 9 vergrößerten Wicklungsquerschnittsfläche ausgeführt. Das Führungssegment 10 ist außerdem an einem Freiende 11 der Feder 5 angeordnet, das im bestimmungsgemäßen Einbauzustand (dargestellt in 1) der Bürste 3 zugewandt ist und auf dieser aufliegt. Aufgrund der gegenüber dem Hauptsegment 9 vergrößerten Wicklungsquerschnittsfläche des Führungssegments 10 wird eine stabile Auflage der Feder 5 auf der Bürste 3 ermöglicht und ein Risiko, dass die Feder 5 quer zu ihrer Längsachse 12 ausknickt, verringert. Zudem kann durch die größere Wicklungsquerschnittsfläche des Führungssegments 10 das Hauptsegment 9 mit einer vergleichsweise kleinen Wicklungsquerschnittsfläche ausgeführt werden, was wiederum zu einer günstigen Herstellung der Feder 5 führt.How out 2 it can be seen, the feathers point 5 a first segment (hereafter short: main segment 9 ) and a second segment (hereinafter: guide segment 10 ) on. The main segment 9 includes in the in 1 and 2 illustrated embodiment of the spring 5 almost all windings of the spring 5 , The lead segment 10 In contrast, only one winding of the spring 5 and is one opposite the main segment 9 enlarged winding cross-sectional area running. The lead segment 10 is also at a free end 11 the feather 5 arranged in the intended installation state (shown in 1 ) of the brush 3 is facing and rests on this. Because of the opposite to the main segment 9 enlarged winding cross-sectional area of the guide segment 10 becomes a stable support of the spring 5 on the brush 3 allows and a risk that the spring 5 transverse to its longitudinal axis 12 kinks, decreases. In addition, due to the larger winding cross-sectional area of the guide segment 10 the main segment 9 be performed with a relatively small winding cross-sectional area, which in turn leads to a favorable production of the spring 5 leads.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Feder 5 dargestellt. Die Feder 5 ist hierbei im Gegensatz zu dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch ausgebildet. Das heißt, dass die Feder 5 sowohl an ihrem Freiende 11 als auch an ihrem der Bürste 3 abgewandten, dem Köcherboden 6 zugewandten, Freiende 13 jeweils das Führungssegment 10 aufweist. Dadurch ist die Feder 5 sowohl gegen die Bürste 3 als auch gegen den Köcherboden 6 aufgrund der großen Wicklungsquerschnittsfläche des Führungssegments 10 stabil gelagert.In 3 is another embodiment of the spring 5 shown. The feather 5 is in contrast to the in 1 and 2 illustrated embodiment formed symmetrically. That means that the spring 5 both at her free end 11 as well as her brush 3 turned away, the Köcherboden 6 facing, free 13 each the guide segment 10 having. This is the spring 5 both against the brush 3 as well as against the Köcherboden 6 due to the large winding cross-sectional area of the guide segment 10 stably stored.

In 4 bis 6 sind in jeweils einem Schnitt IV-IV gemäß 3 verschiedene Ausführungsbeispiele der Feder 5 mit unterschiedlich geformten Wicklungsquerschnitten (Profilen) des Führungssegments 10 dargestellt. Das Führungssegment 10 weist dabei jeweils ein ovales Profil auf. Dieses wird dabei maßgeblich beschrieben durch eine kleine Halbachse 14 und eine große Halbachse 15, die jeweils senkrecht aufeinander und senkrecht zur Längsachse 12 der Feder 5 stehen. Die beiden Halbachsen 14 und 15 beschreiben dabei den kleinsten Abstand des Federdrahtes 16 der Feder 5 bzw. dessen größten Abstand zu der Längsachse 12 der Feder 5.In 4 to 6 are in each case a section IV-IV according to 3 Various embodiments of the spring 5 with differently shaped winding cross sections (profiles) of the guide segment 10 shown. The lead segment 10 has in each case an oval profile. This is significantly described by a small semi-axis 14 and a big half-axis 15 , each perpendicular to each other and perpendicular to the longitudinal axis 12 the feather 5 stand. The two half-axes 14 and 15 describe the smallest distance of the spring wire 16 the feather 5 or its largest distance to the longitudinal axis 12 the feather 5 ,

In 4 und 5 ist das Profil des Führungssegments 10 als Ellipse ausgeführt. Die kleine Halbachse 14 und die große Halbachse 15 der Ellipse unterschreiten dabei geringfügig jeweils die halbe Breite bzw. halbe Länge des rechteckigen Querschnitts des Köchers 4. Dadurch wird auf einfache Weise ermöglicht, dass das Führungssegment 10 zu den Seitenwänden des Köchers 4 mit einem geringfügigen Abstand angeordnet ist. In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Feder 5 dargestellt, bei dem ein Ende des Federdrahts 16 (nachfolgend kurz: Federende 18) schräg angeschliffen ist, sodass das Drahtende 18 auf der Wicklung des zweiten Segments 10 ausläuft. Abweichend davon ist das Drahtende 18 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 zur Innenseite des Segments 10 eingebogen (angelegt). In beiden Fällen – geschliffenes bzw. angelegtes Drahtende 18 – wird eine nahezu ringförmig geschlossene Auflage des Führungssegments 10 auf der Bürste 3 bzw. dem Köcherboden 6 erreicht.In 4 and 5 is the profile of the leadership segment 10 executed as an ellipse. The small half-axle 14 and the big half-axis 15 The ellipse slightly under each half below half or half the length of the rectangular cross section of the quiver 4 , This allows a simple way that the guide segment 10 to the side walls of the quiver 4 is arranged at a slight distance. In 4 is an embodiment of the spring 5 shown in which one end of the spring wire 16 (in the following short: spring end 18 ) is ground at an angle, so that the wire end 18 on the winding of the second segment 10 expires. Deviating from this is the wire end 18 in the embodiment according to 5 to the inside of the segment 10 inflected (created). In both cases - ground or applied wire end 18 - Is a nearly annular closed edition of the guide segment 10 on the brush 3 or the Köcherboden 6 reached.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 entspricht das ovale Profil des Führungssegments 10 einem Rechteck mit abgerundeten Ecken. Die Wicklungsquerschnittsfläche des Führungssegments 10 entspricht dadurch nahezu exakt der Querschnittsfläche der Bürste 3.In the embodiment according to 6 corresponds to the oval profile of the guide segment 10 a rectangle with rounded corners. The winding cross-sectional area of the guide segment 10 This corresponds almost exactly to the cross-sectional area of the brush 3 ,

In den 4 bis 6 ist das Hauptsegment 9 der Feder 5 mit einem kreisförmigen Wicklungsquerschnitt ausgeführt, wobei der Radius 19 dieses Wicklungsquerschnitts der kleinen Halbachse 14 des Führungssegments 10 entspricht. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel der Feder 5 ist es dabei im Rahmen der Erfindung denkbar, dass der Radius 19 des Hauptsegments 9 gegenüber der kleinen Halbachse 14 derart verkleinert ist, dass in einer Blockstellung 20 (dargestellt in 11) das Hauptsegment 9 zumindest mit seiner ersten Wicklung innerhalb der Wicklung des Führungssegments 10 angeordnet ist. Dadurch kann die Länge der Feder 5 in der Blockstellung 20 verkürzt werden.In the 4 to 6 is the main segment 9 the feather 5 designed with a circular winding cross-section, wherein the radius 19 this winding cross-section of the small half-axis 14 of the guide segment 10 equivalent. In a non-illustrated embodiment of the spring 5 it is conceivable within the scope of the invention that the radius 19 of the main segment 9 opposite the small half-axis 14 is reduced so that in a block position 20 (shown in 11 ) the main segment 9 at least with its first winding within the winding of the guide segment 10 is arranged. This can change the length of the spring 5 in the block position 20 be shortened.

In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Feder 5 dargestellt. Das Führungssegment 10 ist hier gegenüber der Ausführung der Feder 5 gemäß 3 zusätzlich mittig zwischen den Freienden 11 und 13 angeordnet, sodass das Hauptsegment 9 von diesem unterbrochen wird. Aufgrund dieser mittigen Anordnung des zweiten Segments 10 wird eine seitliche Abstützung der Feder 5 in dem Köcher 4 erreicht und somit das Risiko, dass die Feder 5 ausknickt, weiter verringert.In 7 is another embodiment of the spring 5 shown. The lead segment 10 is opposite to the design of the spring 5 according to 3 additionally in the middle between the free ends 11 and 13 arranged so that the main segment 9 is interrupted by this. Due to this central arrangement of the second segment 10 becomes a lateral support of the spring 5 in the quiver 4 achieved and thus the risk that the spring 5 kinks, further reduced.

In 8 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Feder 5 dargestellt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 weisen die Hauptsegmente 9, die auf beiden Seiten des mittig angeordneten Führungssegments 10 angeordnet sind, jeweils eine unterschiedliche Steigung der Wicklungen auf, wobei deren Wicklungsquerschnittsfläche gleichbleibt. Durch die unterschiedlichen Steigungen der Hauptsegmente 9 wird eine progressive Federkennlinie der Feder 5 erreicht. Das heißt, dass bei Kompression der Feder 5 die Federkraft über dem Federweg überproportional zunimmt.In 8th is an alternative embodiment of the spring 5 shown. Compared to the embodiment according to 7 have the main segments 9 located on either side of the centrally located guide segment 10 are arranged, each having a different pitch of the windings, wherein the winding cross-sectional area remains the same. Due to the different slopes of the main segments 9 becomes a progressive spring characteristic of the spring 5 reached. That means that during compression of the spring 5 the spring force over the spring travel increases disproportionately.

In 9 bis 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Feder 5 dargestellt. Die Feder 5 umfasst hierbei – im Gegensatz zu der Ausführung gemäß 3 – ein drittes Segment 22, das jeweils zwischen dem Führungssegment 10 und dem Hauptsegment 9 im Bereich beider Freienden 11 bzw. 13 angeordnet ist. Wie aus 10 ersichtlich ist, ist das Segment 22 mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt, wobei eine Halbachse, d. h. der Wicklungsradius 23, des Segments 22 kleiner ausgeführt ist als die kleine Halbachse 14 des Segments 10. Dadurch ist in der in 11 dargestellten Blockstellung 20 der Feder 5 das Segment 22 jeweils innerhalb der Wicklung des benachbarten Führungssegments 10 angeordnet, sodass die Länge der Feder 5 in der Blockstellung 20 gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß 1 bis 8 deutlich verkürzt ist. Alternativ kann bei dieser Ausführung der Feder 5 das Segment 22 in der Blockstellung 20 auch in das Hauptsegment 9 eintauchen. Wie in 9 zu erkennen ist, umfasst das Segment 22 genau eine Wicklung der Feder 5.In 9 to 11 is another embodiment of the spring 5 shown. The feather 5 hereby includes - in contrast to the execution according to 3 - a third segment 22 , each between the guide segment 10 and the main segment 9 in the area of both free ends 11 respectively. 13 is arranged. How out 10 it can be seen is the segment 22 executed with a circular cross section, wherein a half-axis, ie the winding radius 23 , the segment 22 is smaller than the small half-axis 14 of the segment 10 , This is in the in 11 illustrated block position 20 the feather 5 the segment 22 each within the winding of the adjacent guide segment 10 arranged so that the length of the spring 5 in the block position 20 compared to the embodiments described above 1 to 8th is significantly shortened. Alternatively, in this embodiment of the spring 5 the segment 22 in the block position 20 also in the main segment 9 plunge. As in 9 can be seen, includes the segment 22 exactly one winding of the spring 5 ,

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.The object of the invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other embodiments of the invention may be derived by those skilled in the art from the foregoing description. In particular, the individual features of the invention described with reference to the various exemplary embodiments and their design variants can also be combined with one another in a different manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bürstensystembrush system
22: Kommutatorcommutator
33: (Kohle-)Bürste(Coal) brush
44: Köcherquiver
55: Federfeather
66: Köcherbodenquiver ground
77: Anschlusskabelconnection cable
88th: Längsschlitzlongitudinal slot
99: Hauptsegmentmain segment
1010: Führungssegmentguide segment
1111: Freiendefree end
1212: Längsachselongitudinal axis
1313: Freiendefree end
1414: (kleine) Halbachse(small) half-axis
1515: (große) Halbachse(big) half-axis
1616: Federdrahtspring wire
1818: Drahtendewire end
2020: Blockstellungblock position
2222: Segmentsegment
2323: Wicklungsradiuswinding radius

Claims

Brush system ( 1 ) for an electric motor, - with a brush ( 3 ) for engagement with a commutator ( 2 ) of the electric motor, - with a quiver ( 4 ), in which the brush ( 3 ), and - with a brush compression spring ( 5 ) for generating a contact force between the brush ( 3 ) and the commutator ( 2 ), wherein the brush compression spring ( 5 ) is helically formed and a first segment ( 9 ) having a first winding cross-sectional area, characterized in that the brush compression spring ( 5 ) at least one second segment ( 10 ) having a second winding cross-sectional area larger than the first winding cross-sectional area.

Brush system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second winding cross-sectional area approximately the cross-sectional area of the brush ( 3 ) and / or the quiver ( 4 ) corresponds.

Brush system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that - the brush compression spring ( 5 ) in the first segment ( 9 ) is formed as a circular cylindrical coil spring, and - that the brush compression spring ( 5 ) in the second segment ( 10 ) is executed with oval cross-section.

Brush system ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the cross section of the second segment ( 10 ) corresponds to a polygon with rounded corners, in particular a rectangle.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the or each second segment ( 10 ) on at least one free end ( 11 ) of the brush pressure spring ( 5 ) is trained.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second segment ( 10 ) at each of the two free ends ( 11 . 13 ) of the brush pressure spring ( 5 ) is trained.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the or one of the second segments ( 10 ), especially in the center, between the two free 11 . 13 ) of the brush pressure spring ( 5 ) is trained.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the brush compression spring ( 5 ) a third segment ( 22 ) between the first segment ( 9 ) and the second segment ( 10 ) is arranged, wherein at least one half-axis ( 23 ) of the third segment ( 22 ) is smaller than a half-axis ( 14 . 15 ), in particular the small half-axis ( 14 ), the second segment ( 10 ).

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first segment ( 9 ) of the brush pressure spring ( 5 ) is executed with at least two different gradients.

Electric motor with a brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 9.