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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Generatorbürstenhalterbaugruppe und insbesondere eine verbesserte Betriebszuverlässigkeit für eine Federbürstenbaugruppe.
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Dynamoelektrische Maschinen, wie zum Beispiel Generatoren, Motoren und Fahrzeuglichtmaschinen, können Bürsten umfassen, die einen elektrischen Übertragungsweg zwischen einem sich drehenden Rotor und anderen Komponenten eines Stromkreises einer elektrischen Maschine bereitstellen. Bürsten setzen sich typischerweise aus Kohlenstoff und Graphitmaterialien zusammen. Wenn sie Teil eines Rotorschaltkreises sind, können die Bürsten in einer Bürstenhalterbaugruppe enthalten sein, die Federn umfasst, die bewirken, dass die Bürsten einen sicheren Kontakt mit den elektrisch leitenden, sich drehenden Teilen eines Rotors aufrechterhalten. In einem typischen Generator sind zwei Schleifringe an einem Ende der Rotorbaugruppe angeordnet und jeweils mit gegenüberliegenden Enden der Rotorfeldwicklung verbunden. Das korrespondierende Bürstenpaar ist typischerweise positioniert, um durch die Federn gegen die sich drehenden Schleifringe gedrängt zu werden.
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Der Rotor eines Fahrzeuggenerators bzw. einer Fahrzeuglichtmaschine wird typischerweise mittels eines Riementriebsystems angetrieben, um sich innerhalb von Statorwicklungen zu drehen, die auf einem geschichteten Eisenrahmen aufgewickelt sind. Das Magnetfeld des sich drehenden Rotors induziert eine Wechselspannung in den Statorwicklungen. Die Wechselspannung (AC) wird dann typischerweise in einen Gleichstrom (DC) mittels Diodengleichrichtern umgewandelt, welche die Gleichspannung an eine oder mehrere Batterien und an elektrische Vorrichtung eines Fahrzeugs ausgeben. Ein zugehöriges Betriebsmittel kann einen Regulator und eine Steuereinheit umfassen, um unter anderem die Batteriespannung und den Strom, der zu der Feldwicklung des Rotors geht, zu überwachen. Die Ausgangsgleichspannung kann zum Beispiel 14 Volt betragen, was allgemein wenigstens ein Volt mehr ist als eine herkömmliche Fahrzeugbatteriespannung, zum Beispiel 12,7 Volt. Der Feldwicklungsstrom für herkömmliche Fahrzeuggeneratoren kann soviel wie 5-8 Ampere betragen und Krankenwagen, Busse, Sattelschlepper und verschiedene Fahrzeuge können mehr Strom erfordern, zum Beispiel zum Betreiben von Klimaanlagen, Heizungen, Lichtanlagen, Kühleinheiten usw., während ein Fahrzeug im Leerlauf läuft.
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Ein elektrischer Übertragungsweg zwischen einer Stromquelle und einer Bürste kann durch ein geflochtenes oder verdrilltes Kabel bereitgestellt werden, das ein Ende aufweist, das mit der Bürste verbunden ist, und das andere Ende, das mit der Stromquelle über ein oder mehrere elektrische Anschlusselemente verbunden ist. Ein solches Kabel wird von den Fachleuten häufig als Shunt oder Shunt-Kabel bezeichnet. Einige herkömmliche Bürsten haben ein Shunt-Kabel, das von der Hinterseite der Bürste durch die Mitte einer Feder hervorragt. Dies kann problematisch sein, da sich der Shunt mit der Feder verheddern kann, wenn die Bürstenfeder komprimiert wird. Ein verhedderter Shunt kann dazu führen, dass die Bürste festklemmt, was zur Entfernung des Feldstroms von dem Generator führt. In einem solchen Fall wird keine elektrische Leistung von dem Generator erzeugt. Andere herkömmliche Bürsten weisen einen Shunt auf, der von dem oberen Ende/unteren Ende der Bürste hervorragt. Mit einer unsymmetrischen Bürste jedoch, wie zum Beispiel einer Bürste mit einer abgewinkelten vorderen Kontaktfläche, ist dieser Aufbau unerwünscht, da die negativen und positiven Bürsten unterschiedliche Teile sein müssen. Zum Beispiel kann der Shunt von dem oberen Ende einer negativen Bürste und von dem unteren Ende einer positiven Bürste hervorragen.
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Aus
US 3 339 096 A als nächstliegender Stand der Technik ist beispielsweise eine Bürstenhalterbaugruppe für einen Generator mit einer Rotationsachse bekannt, die ein Paar Bürsten aufweist mit jeweils einer Kontaktfläche, die eine Breite und eine Höhe definieren, wobei sich die Höhe in einer Richtung in etwa parallel zu der Rotationsachse erstreckt, und mit jeweils einem Shunt-Kabel, das sich lateral von der Bürste in die Breitenrichtung erstreckt, und ein Gehäuse aufweist mit ersten und zweiten Bürstenkammern und ersten und zweiten Schlitzen, wobei sich die jeweiligen Shunt-Kabel durch die ersten und zweiten Schlitze erstrecken.
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Des Weiteren zeigt
US 6 750 585 B2 einen Generator mit einer Bürstenhalterbaugruppe, wobei das Gehäuse erste und zweite Kabelhohlräume aufweist, die jeweils eine Hohlraumhöhe definieren, die sich in eine Richtung parallel zu der Rotationsachse erstrecken und in denen sich die Shunt-Kabel erstrecken. Schlitze sind zwischen den Bürstenkammern und den Hohlräumen eingefügt. Die Hohlraumhöhen sind größer als 0,9-mal die Bürstenhöhen.
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US 2009 / 0 189 478 A1 beschreibt eine Generatorbürstenhalterbaugruppe mit zwei Kabelhohlräumen, die entlang einer parallel zu einer Rotationswelle eines Generators orientierten Richtung zu jeweiligen Bürstenkammern angeordnet sind. Darüber hinaus sind die beiden Kabelhohlräume zu zwei unterschiedlichen Seiten der jeweiligen Bürstenkammern in diese Richtung angeordnet.
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KURZBESCHREIBUNG
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die zuvor genannten Nachteile durch Bereitstellen einer Bürstenhalterbaugruppe mit Shunt-Kabeln zu vermeiden, die sich nicht selbst verheddern und/oder infolge des Kontakts mit den Seiten eines Shunt-Kabelhohlraums gebogen werden. Außerdem soll die Gesamthöhe der Bürstenbaugruppe minimiert werden. Weiterhin soll eine Baugruppe eine einzige Bürstenart in beiden Bürstenpositionen verwenden können. Das Verheddern, Biegen und Spannen (Zug/Torsion) eines Shunt-Kabels, was zu einem Ausfall eines Fahrzeuggenerators führen kann, sollen verringert oder verhindert werden. Wenn zum Beispiel ein Shunt-Kabel beschädigt, gefangen, gebogen wird und/oder sich selbst verheddert, kann es gestaucht werden und die Kompressionskraft auf eine Bürste übertragen, was zu einem Festklemmen der Bürste führt. Das derartige ungewollte Vorspannen einer Bürste und das ungewollte Beanspruchen eines Shunt-Kabels sollen verhindert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bürstenhalterbaugruppe für einen Generator mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Generatorbürstenhalterbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch eine Bürstenhalterbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
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Herkömmliche Generatorbürstenanordnungen, bei denen die jeweiligen Shunt-Kabel von dem oberen Ende und dem unteren Ende austreten in einer selben allgemeinen Richtung wie die Mittellinie, fügen eine ungewollte Höhe zu der korrespondierenden Bürstenbaugruppe hinzu, wohingegen die vorliegend offenbarten Ausführungsformen die Gesamthöhe der Bürstenbaugruppe durch Verwendung eines Paars seitlich austretender Bürsten minimieren. Ohne weitere Verbesserung jedoch kann die Verwendung von Seitenausgangs-Bürsten ein Problem darstellen, wo die Shunt-Kabel enge Biegungen aufweisen und sich selbst verheddern. Es ist daher ein Vorteil der offenbarten Ausführungsformen, ausreichend Raum bereitzustellen, so dass die Shunt-Kabel keine engen Biegungen aufweisen. Die Ausführungsformen stellen benachbarte Shunt-Kabelhohlräume von ausreichender Größe bereit, um den Shunt-Kabelraum zu maximieren, während noch eine Baugruppe bereitgestellt wird, die eine einzige Bürstenart in beiden Bürstenpositionen verwenden kann. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen verringern oder verhindern das Verheddern, Biegen und Spannen (Zug/Torsion) eines Shunt-Kabels, was zu einem Ausfall eines Fahrzeuggenerators führen kann. Wenn zum Beispiel ein Shunt-Kabel beschädigt, gefangen, gebogen wird und/oder sich selbst verheddert, kann es gestaucht werden und die Kompressionskraft auf eine Bürste übertragen, was zu einem Festklemmen der Bürste führt. Durch Umsetzen des offenbarten Aufbaus werden das derartige ungewollte Vorspannen einer Bürste und das ungewollte Beanspruchen eines Shunt-Kabels verhindert.
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Entsprechend einer Ausführungsform umfasst eine Bürstenhalterbaugruppe für einen Generator mit einer Rotationsachse ein Paar Bürsten mit jeweils einer Kontaktfläche, die eine Breite und eine Höhe definieren, wobei sich die Höhe in eine Richtung etwa parallel zu der Rotationsachse erstreckt, und mit jeweils einem Shunt-Kabel, das sich lateral von der Bürste in die Breitenrichtung erstreckt. Die Bürstenhalterbaugruppe weist ein Gehäuse auf mit ersten und zweiten Bürstenkammern, korrespondierenden ersten und zweiten Kabelhohlräumen, die jeweils eine Hohlraumhöhe definieren, die sich in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse erstreckt, und ersten und zweiten Schlitzen, die jeweils zwischen der korrespondierenden Kammer und dem Hohlraum eingefügt sind. Die jeweiligen Shunt-Kabel erstrecken sich durch die ersten und zweiten Schlitze, dann durch die ersten und zweiten Kabelhohlräume. Die Hohlraumhöhen der ersten und zweiten Kabelhohlräume betragen jeweils wenigstens etwa 0,9-mal die Höhe einer der Bürsten.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Höhe des ersten Kabelhohlraums weniger als etwa 0,97-mal ((A/2) plus B), wobei A die Bürstenhöhe ist und B der Abstand zwischen den Bürsten ist.
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Gemäß einer Ausführungsform definiert eine Generatorbürstenhalterbaugruppe rechtwinklige y- und z-Achsen, wobei sich die z-Achse im Wesentlichen parallel zu einer Rotationswelle eines Generators erstreckt. Die Baugruppe umfasst erste und zweite Bürsten mit jeweils einem Shunt-Kabel, das von einer lateralen Seite der Bürste hervorragt, und ein Gehäuse mit: ersten und zweiten Bürstenkammern, die sich jeweils in etwa parallel mit der y-Achse erstrecken und die ersten und zweiten Bürsten darin angeordnet aufweisen; ersten und zweiten Kabelhohlräumen, die sich von einem Bürstenvorwärtsabschnitt zu einem Kabelausgangsabschnitt erstrecken, wobei der erste Kabelhohlraum eine Mittellinie definiert, die sich in eine Richtung erstreckt, die einen Winkel α mit der z-Achse bildet; und ersten und zweiten Schlitzen, die jeweils die ersten und zweiten Kabelhohlräume mit den ersten und zweiten Bürstenkammern verbinden. Die ersten und zweiten Shunt-Kabel erstrecken sich lateral durch die jeweiligen ersten und zweiten Schlitze und dann durch die jeweiligen ersten und zweiten Kabelhohlräume. Der erste Kabelhohlraum weist eine z-Achsengröße Z auf, wonach die Länge des ersten Kabelhohlraums Z.(Sekans α) ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Bürstenhalterbaugruppe für einen Generator mit einer Rotationsachse ein Paar Bürsten mit jeweils einer Kontaktfläche, die eine Breite und eine Höhe definieren, wobei sich die Höhe in eine Richtung in etwa parallel zu der Rotationsachse erstreckt, und mit jeweils einem Shunt-Kabel, das sich von der Bürste in die Breitenrichtung erstreckt. Die Bürstenhalterbaugruppe umfasst ein Gehäuse mit ersten und zweiten Bürstenkammern, korrespondierenden ersten und zweiten Kabelhohlräumen, die jeweils eine Hohlraumhöhe definieren, die sich in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse erstreckt, und ersten und zweiten Schlitzen, die jeweils zwischen der korrespondierenden Kammer und dem Hohlraum eingefügt sind. Die Bürstenhalterbaugruppe umfasst ein Paar Federn, die in den jeweiligen Bürstenkammern zum Vorspannen der Bürsten in Richtung der jeweiligen Kontaktflächen angeordnet sind. Die jeweiligen Shunt-Kabel erstrecken sich durch die ersten und zweiten Schlitze, dann durch die ersten und zweiten Kabelhohlräume, wobei die Hohlraumhöhen der ersten und zweiten Kabelhohlräume jeweils wenigstens etwa 0,9-mal die Höhe einer der Bürsten betragen, wobei die Höhe des ersten Kabelhohlraums weniger als etwa 0,97-mal ((A/2) plus B) beträgt, wobei A die Bürstenhöhe ist und B der Abstand zwischen den Bürsten ist und der Abstand B in etwa derselbe ist wie die Höhe einer der Bürsten.
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Die vorstehende Kurzbeschreibung beschränkt die Erfindung nicht, die durch die angehängten Ansprüche definiert ist. In ähnlicher Weise sind weder der Titel noch die Zusammenfassung den Umfang der beanspruchten Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend aufzufassen.
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Figurenliste
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Die oben erwähnten Aspekte beispielhafter Ausführungsformen werden ersichtlicher und besser verstanden werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargelegt wird, in denen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Teils eines herkömmlichen Fahrzeuggenerators ist, der eine Bürstenbaugruppe umfasst;
- 2 eine Ansicht einer Bürste mit einem seitlich austretenden Shunt-Kabel von oben ist;
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Bürstenhalterbaugruppe ist;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Bürstenhalterbaugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
- 5 eine perspektivische Ansicht einer Bürstenhalterbaugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
- 6 eine perspektivische Schnittansicht der Bürstenhalterbaugruppe der 5 ist;
- 7 eine weitere perspektivische Schnittansicht der Bürstenhalterbaugruppe der 5 ist; und
- 8 eine vergrößerte Vorderansicht eines Bürstenhalters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht dazu vorgesehen erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genau offenbarten Formen zu beschränken. Stattdessen sind die Ausführungsformen derart ausgewählt und beschrieben, dass andere Fachleute die Prinzipien und Anwendungen dieser Lehren wahrnehmen und verstehen können.
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1 ist eine vergrößerte, schematische Schnittansicht eines Teils eines herkömmlichen Fahrzeuggenerators, der eine Bürstenbaugruppe 1 umfasst. Die Bürstenbaugruppe 1 umfasst ein Gehäuse 2, das aus einem wärmehärtbaren Harz hergestellt und geformt ist, zwei getrennte Bürstenkammern 3, 4 zur Aufnahme korrespondierender Bürsten 5, 6 darin aufzuweisen. Konstantkraftfedern 7, 8 sind jeweils innerhalb der Kammern 3, 4 angeordnet, um die Bürsten 5, 6 nach außen zu drängen, so dass Bürstenkontaktenden 21, 22 an Schleifringen 118, 119 anstoßen, die an der Welle 28 befestigt und konzentrisch zu dieser sind. Die Schleifringe 118, 119 sind elektrisch mit gegenüberliegenden Enden der Rotorspule (nicht dargestellt) des Generators verbunden. Die Bürste 6 weist ein erstes Shunt-Kabel 9 auf, das mit dieser elektrisch verbunden ist und sich von einer Shunt-Verbindungsstelle 18 entlang einer unteren Bürstenfläche 23 durch einen Schlitz 19 und in einen Kabelhohlraum 20 erstreckt. In ähnlicher Weise weist die Bürste 5 ein zweites Shunt-Kabel (nicht dargestellt) auf, das elektrisch mit dieser an einer Shunt-Verbindungsstelle 24 entlang einer oberen Bürstenfläche 25 verbunden ist und sich nach außen in einen Kabelhohlraum (nicht dargestellt) erstreckt, der getrennt von dem Kabelhohlraum 20 ist. Ein Dichtelement 26 kann an ausgewählten Stellen vorgesehen sein, um eine Verschmutzung der Bürstenbaugruppe 1 zu verhindern. Um Staub und Pulver, das durch die Abnutzung der Bürsten 5, 6 entsteht, zu entlüften, können Entlüftungsöffnungen 27 in dem Gehäuse 2 an Stellen vorgesehen sein, an denen die verschiedenen Teile der Bürstenbaugruppe noch vor dem Nasswerden geschützt sind, wenn der Generator in einem Fahrzeug installiert ist. Die jetzigen Erfinder haben festgestellt, dass das Shunt-Kabel 9 sich verheddern und/oder gebogen werden kann, wenn der Kabelhohlraum 20 keinen ausreichenden Raum aufweist. Zusätzlich weisen die Bürsten 5, 6 jeweils obere und untere Shunt-Anordnungen auf, was die Bevorratung zweier gesonderter Bürsten erfordert. Ferner kann der Einbau der Bürsten 5, 6 schwierig sein, da die jeweiligen Bürstenausrichtungen unterschiedlich sind.
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2 stellt eine Bürste 30 mit einem Körperabschnitt 31 und einem Shunt-Kabel 32 dar, das an dieser an einer Shunt-Verbindungsstelle 33 entlang eines lateralen Rands 34 befestigt ist. Zum Beispiel kann die Bürste 30 aus Graphit und/oder Kohlenstoff gebildet sein und kann verschleißbeständige Materialien enthalten. Das Shunt-Kabel 32 ist typischerweise aus einem gewebten Kupfergeflecht gebildet. Federeingriffsabschnitte 36 sind an dem hinteren Ende 37 der Bürste 30 ausgebildet, so dass die Bürste 30 lückenlos mit einer Feder zusammenpasst, wenn sie in einer Bürstenhalterbaugruppe eingebaut ist. Das distale Ende 35 des Shunt-Kabels 32 kann mit einem Anschlusselement oder mit einem Verbindungselement (nicht dargestellt) zur elektrischen Verbindung mit einer Stromversorgung, wie zum Beispiel einer Fahrzeugbatterie, abgeschlossen sein. Die Bürste 30 kann eine abgewinkelte und/oder gekrümmte vordere Kontaktfläche 38 aufweisen, um ein Rattern zu verringern, welches sonst auftreten könnte, wenn sich die Fläche 38 in Kontakt mit sich drehenden Schleifringen befindet. Die Bürste 30 kann ein Schmiermittel (nicht dargestellt) umfassen, um die Reibung zwischen der Bürste 30 und einem Schleifring des Generators zu verringern und/oder zu verbessern. Pulver und Staub, die durch eine solche Reibung entstehen, können während des Betriebs in einen Raum vor den Bürsten entlüftet werden. Während des Betriebs in einem Fahrzeuggenerator nutzt sich die Bürste 30 sehr langsam ab und wandert entsprechend sehr langsam, so dass das Shunt-Kabel 32 langsam ausgestreckt wird und typischerweise unter normalen Temperaturbedingungen wahrscheinlich keine Ermüdungserscheinungen erfährt.
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3 veranschaulicht eine beispielhafte Bürstenhalterbaugruppe 10, die vor dem Einbau der Bürsten 30 dargestellt ist. Die Bürstenbaugruppe 10 weist einen Körperabschnitt 11 auf, der aus Polyphenylensulfid (PPS), Polyproylenen aufweisend 20 bis 40 % Talk als Füllmaterial (PPT) und/oder anderen Kunststoffen oder Copolymeren oder Mischungen hiervon und/oder umfassend Nylon und/oder ein wärmehärtbares Polymer, wie zum Beispiel Epoxyd, Polyimid, Polyester und dergleichen, hergestellt ist. Da es relativ wenig Wärme gibt, die intern in der Bürstenbaugruppe 10 erzeugt wird, ist der Kunststoff oder das andere Material des Körpers 11 typischerweise bestimmt, der Wärme zu widerstehen, die von Hilfselementen erzeugt wird, zum Beispiel Gleichrichterdioden. Ein Paar Bürstenkammern 12, 13 ist zur Aufnahme eines korrespondierenden Paars Bürsten darin (nicht dargestellt in 3) vorgesehen. Die Bürstenkammern 12, 13 sind jeweils über Schlitze 16, 17 mit Kabelhohlräumen 14, 15 verbunden. Die Hohlräume 14, 15 weisen jeweils ein symmetrisches Profil mit einer Hohlraumhöhe von 3,7 mm auf gemessen zum Beispiel von der Mittellinie 39 der Shunt-Verbindung 33, die einem Mittelpunkt des Schlitzes 16 entspricht, zu einem Ende 40 des Hohlraums 14, das in 3 als Endlinie 41 dargestellt ist. In einem solchen Fall beträgt der Abstand zwischen dem oberen 42 und dem unteren Ende 43 jedes Hohlraums 14, 15 typischerweise 7,4 mm. In dieser symmetrischen Form sind die oberen 42 und unteren Enden 43 des Hohlraums 15 gleich weit von der Mittellinie 39 entfernt. Wenn sie zusammengebaut ist, weist die Bürstenbaugruppe 10 zwei Bürstenabschnitte 30 mit jeweils einem entsprechenden Shunt-Kabel 32 auf, das von einer lateralen Seite der Bürste hervorragt und sich lateral über den Schlitz 16, 17 in einen Shunt-Kabelhohlraum 14, 15 erstreckt. Für jeden Bürstenabschnitt sind die jeweiligen Höhen des Schlitzes und des Hohlraums mit einer Mittellinie der Shunt-Kabelverbindung zu der Seite der Bürste zentriert. Obwohl ein solcher Aufbau die Verwendung derselben Bürste 30 von der Art eines „Lateralrand-Shunt“ in beiden Hohlräumen 14, 15 ermöglicht und es keine Verhedderprobleme mit einer Feder gibt, kann die Bürstenbaugruppe 10 noch durch Selbstverheddern und/oder Biegen der Shunt-Kabel 32 ausfallen. Ein solches Verheddern und/oder Biegen kann durch die extremen Schwingungen verursacht werden, die in einer Umgebung eines Fahrzeuggenerators auftreten können, und die Schwingungen können ein Springen der Bürsten 30 und der Shunt-Kabel 32 herbeiführen. Diese dynamische Schwingungswirkung kann zu einer Erhöhung der Verdrehung einer Bürste 30 führen, wenn das Shunt-Kabel 32 geklemmt, geknickt oder sonst behindert wird.
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Wie in 2 dargestellt ist, bezieht sich die Breitengröße und eine laterale oder Seitenrichtung auf die X-Achse der Bürste 30 und eine Tiefengröße bezieht sich allgemein auf die Y-Achse der Bürste 30. Die Höhengröße bezieht sich allgemein auf die Z-Achse, die beispielhaft in 1 dargestellt ist und parallel zu der Mittelachse einer Generatorwelle 28 verläuft. Typischerweise bezieht sich die Länge eines Shunt-Kabelhohlraums auf die längste Abmessung in einer Querschnittsansicht oder einem Teil hiervon.
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4 veranschaulicht eine beispielhafte Bürstenhalterbaugruppe 50, die vor dem Einbau von Bürsten dargestellt ist, mit einem Körperabschnitt 44, der aus Materialien hergestellt ist, die oben für den Körperabschnitt 11 beschrieben sind. Ein Paar Bürstenkammern 45, 46 ist zur Aufnahme eines korrespondierenden Paares Bürsten darin (nicht dargestellt in 4) vorgesehen. Die Bürstenkammern 45, 46 sind jeweils über Schlitze 28, 29 mit Kabelhohlräumen 47, 48 verbunden. Der Kabelhohlraum 47 weist ein asymmetrisches Profil mit einer Hohlraumhöhe von wenigstens 7,5 mm auf gemessen von der Mittellinie 51 der Shunt-Verbindung 33, die dem Mittelpunkt des Schlitzes 28 entspricht, zu dem oberen Ende 53 des Hohlraums 47, das in 4 als Endlinie 49 dargestellt ist. Der Kabelhohlraum 48 weist ein asymmetrisches Profil mit einer Hohlraumhöhe von wenigstens 7,5 mm auf gemessen von der Mittellinie 52 der Shunt-Verbindung 33, die dem Mittelpunkt des Schlitzes 29 entspricht, zu dem oberen Ende 54 des Hohlraums 48, das in 4 als Endlinie 55 dargestellt ist. Wenn die Kabelhohlräume 47, 48 dieselbe Höhe aufweisen, beträgt der Abstand zum Beispiel zwischen dem oberen 54 und dem unteren Ende 56 des Hohlraums 47 und zwischen dem oberen 53 und dem unteren Ende 57 des Hohlraums 48 jeweils typischerweise 8,5 mm. Wenn sie zusammengebaut ist, weist die Bürstenbaugruppe 50 zwei Bürstenabschnitte mit jeweils einem Shunt-Kabel 32 auf, das von einer Seite der Bürste hervorragt und sich lateral über den Schlitz 28, 29 in einen Shunt-Kabelhohlraum 47, 48 erstreckt. Der zusätzliche Raum, der durch die asymmetrische Hohlraumgestaltung bereitgestellt wird, verringert in hohem Maße die dynamischen Wirkungen der Schwingung, wie durch Umgebungstests bewiesen ist.
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5 stellt eine Bürstenbaugruppe 60 mit einer Bürste 30 dar, die in jeder Bürstenkammer 58, 59 eingefasst ist. Jede Bürstenkammer 58, 59 hat einen gerundeten oberen Abschnitt 61 und einen gerundeten unteren Abschnitt 62 (siehe z. B. 6), so dass Federn 69, 70 vor dem Einbau der Bürsten 30 eingebaut werden können. Die Kontaktflächen 38 der jeweiligen Bürsten 30 können abgewinkelt und/oder gekrümmt sein (z. B. 2) und die Außenseite 63 des Gehäuses 64 kann in Übereinstimmung mit den Formen derartiger Kontaktflächen 38 abgewinkelt/gekrümmt sein. Die Federn drängen die Bürsten 30 nach außen und in Eingriff mit den Schleifringen eines Generators und die Bürstenkammern 58, 59 sind ausgebildet um zu ermöglichen, dass die Bürsten 30 leicht von der Fläche 63 nach außen gleiten, während sie sich infolge der Reibung abnutzen. Shunt-Kabel 32 der Bürsten 30 erstrecken sich lateral durch jeweilige Schlitze 65, 66 in jeweilige Kabelhohlräume 67, 68. Da die Kabelhohlräume 67, 68 jeweils zu einer Seite in Breitenrichtung der Bürstenkammern 58, 59 angeordnet sind, können Bürsten 30 mit einer abgewinkelten Kontaktfläche in beiden Bürstenkammern verwendet werden, wodurch die Notwendigkeit zur Bevorratung und zum Einbau zweier gesonderter Bürsten beseitigt ist. Jeder Kabelhohlraum 67, 68 erstreckt sich im Wesentlichen in lediglich einer Höhenrichtung, wodurch ein Verheddern der entsprechenden Shunt-Kabel 32 verringert wird, während die Gesamthöhe des Gehäuses 64 minimiert wird. Die Shunt-Kabel 32 bewegen sich leichter in den einseitigen Hohlräumen 67, 68, die eine effiziente Packung der jeweiligen Shunt-Kabel 32 während der Bürstenbewegung ermöglichen. Die resultierende Verringerung des Schwergehens und der Spannung der Shunt-Kabel 32 ermöglicht ebenfalls eine gleichmäßige Bewegung der Bürsten 30, da dies die auf die Bürsten 30 einwirkenden lateralen Kräfte verringert. Das Shunt-Kabel 32 der oberen Bürste 30 verlässt das obere Ende des Gehäuses 64 und das Shunt-Kabel 32 der unteren Bürste 30 verlässt das untere Ende des Gehäuses 64, wie durch ein Beispiel in 6 dargestellt ist.
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Die 6 und 7 sind Schnittansichten einer beispielhaften Bürstenbaugruppe 60. Konstantkraftfedern 69, 70 passen in jeweilige Bürstenkammern 58, 59 und sind ausgelegt, sich darin auszuweiten und zusammenzuziehen. Der Durchmesser der Federn 69, 70 ist typischerweise ausgewählt, um Schwingungen oder unbeabsichtigte Bewegungen während des Generatorbetriebs zu minimieren, während ebenfalls die Freiheit der Federbewegung sichergestellt ist. Die Federn 69, 70 passen mit Federeingriffsabschnitten 36 (z. B. 2) der Bürsten 30 zusammen, um die Bürsten 30 in Eingriff mit den Schleifringen zu drängen. Jeweilige Breiten 71, 72 der Schlitze 65, 66 sind ausreichend um zu ermöglichen, dass die jeweiligen Shunt-Kabel 32 entlang dieser gleiten, jedoch nicht so breit, um eine Möglichkeit bereitzustellen, dass die Shunt-Kabel 32 in Kontakt mit freiliegenden Federabschnitten 73, 74 kommen. Während des Einbaus werden die jeweiligen Enden 35 der Shunt-Kabel 32 in Ausgangsöffnungen 77, 78 eingesetzt und können an jeweiligen Biegestellen 75, 76 behutsam gegriffen werden, um eine Gleichförmigkeit der Kabelführung durch die Hohlräume 67, 68 sicherzustellen, wenn Biegungen 75, 76 an einer vorherbestimmten Stelle platziert werden. Die Biegungen 75, 76 sind typischerweise in der Form graduell, um ein Abknicken zu vermeiden und können vorgeformt sein. Der Kabelhohlraum 67 weist ein asymmetrisches Profil mit einer Hohlraumhöhe von wenigstens 7,5 mm auf - gemessen von der Mittellinie 79 der Shunt-Verbindung 33, die dem Mittelpunkt des Schlitzes 65 entspricht, zu dem oberen Ende 81 des Hohlraums 67, das in 7 als Endlinie 80 dargestellt ist. Der Kabelhohlraum 68 weist ein asymmetrisches Profil mit einer Hohlraumhöhe von wenigstens 7,5 mm auf - gemessen von der Mittellinie 82 der Shunt-Verbindung 33, die dem Mittelpunkt des Schlitzes 66 entspricht, zu dem oberen Ende 84 des Hohlraums 68, das in 7 als Endlinie 83 dargestellt ist. Der Abstand zwischen dem oberen Ende 81 und dem unteren Ende 85 des Hohlraums 67 und zwischen dem oberen Ende 84 und dem unteren Ende 86 des Hohlraums 68 betragen typischerweise wenigstens 8,5 mm. Angeschrägte Abschnitte 114, 115 helfen, die zwei jeweiligen Shunt-Kabelenden 35 während des Zusammenbaus in Richtung der Shunt-Ausgangsöffnungen 77, 78 zu führen. Die Länge eines Shunt-Kabelhohlraums kann daher als Nominalwert bezeichnet werden, da derartige angeschrägte Abschnitte eine Hohlraumlänge aufweisen, die mit Annäherung des Hohlraums an die jeweilige Kabelausgangsöffnung abnimmt. Um den verfügbaren Hohlraumplatz zu maximieren, wird der Abschnitt des Körpers 44 zwischen den Hohlräumen 67, 68 typischerweise minimiert.
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Die Ausführungsform der Bürstenbaugruppe 60 kann allgemein als ein Paar im Wesentlichen einseitig asymmetrischer Kabelhohlräume 67, 68 beschrieben werden, die jeweils eine z-Achsen-Höhe aufweisen (gemessen zum Beispiel von der Mittellinie 79 der Shunt-Bürsten-Verbindung 33 zu dem langen Ende des Hohlraums 81), die wenigstens 0,9-mal die z-Achsen-Höhe der Bürste 30 beträgt. Damit der untere Hohlraum 68 nicht in den oberen Hohlraum 67 läuft, beträgt die Höhe des unteren Hohlraums 68 (für einen unteren Kabelhohlraum, der sich parallel zu der z-Achse erstreckt) typischerweise weniger als 0,97-mal (die halbe z-Achsen-Höhe der Bürste 30 plus die z-Achsen-Höhe zwischen den zwei Bürsten 30). Da es wünschenswert ist, einen Abstand von etwa einer Bürstenhöhe zwischen den zwei Bürsten 30 zu erhalten, wird die obere Grenze für die Höhe des unteren Kabelhohlraums 68 (wenn er parallel mit der z-Achse verläuft) 1,45-mal die Höhe der Bürste 30.
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8 ist eine Vorderansicht einer beispielhaften Bürstenhalterbaugruppe 90, die vor dem Einbau von Bürsten und Federn in die Bürstenkammern 87, 88 dargestellt ist. Die Bürstenkammern 87, 88 sind jeweils über Schlitze 93, 94 mit Kabelhohlräumen 91, 92 verbunden. Die Hohlräume 91, 92 sind jeweils wenigsten mit Bezug auf die z-Achse 98 abgeschrägt ausgebildet. Wie dargestellt ist, weist der Kabelhohlraum 91 eine Mittellinie 89 auf, die in einem Winkel α von der z-Achse 98 weg verläuft. Der Kabelhohlraum 92 weist eine Mittellinie 103 auf, die in einem Winkel β von der z-Achse 98 weg verläuft. Jeder Kabelhohlraum 91, 92 ist durch ein umgebendes Materialvolumen definiert, das einstückig mit dem Körperabschnitt 97 ausgebildet ist und die Hohlraumbereiche isoliert, und das derartige, umgebende Material umfasst zum Beispiel eine Barriere 100, die an dem Endabschnitt 99 des Kabelhohlraums 91 ausgebildet ist. Durch Ausbilden des Kabelhohlraums 91 in dem Schrägwinkel α verbleibt das distale Ende 104 des Kabelhohlraums 91 an einer z-Achsen-Stelle 101 (vgl. Ausführungsform der 5, die als gestrichelter Abschnitt 105 dargestellt ist), die Kabelhohlraumlänge nimmt jedoch von der z-Größe 106 zu der abgeschrägten Kabelhohlraumlänge 107 zu. Wenn zum Beispiel die Länge 106 gemessen von der Mittellinie 102 (als x-Achse dargestellt) der Bürsten-Shunt-Verbindung 33 (z. B. 2) zu der z-Achsen-Stelle 101 Z ist, beträgt die abgeschrägte Hohlräumlänge 107 von dem Schnittpunkt der z-Achse 98 und der x-Achse 102 zu dem distalen Ende 104 des Kabelhohlraums 91 (Z.(Sekans α)). Dadurch vergrößert das Abschrägen des Kabelhohlraums 91 um einen Winkel α im Wesentlichen die Länge hiervon weiter. Wenn zum Beispiel Z = 7,5 mm und α = 30 Grad sind, wird die abgeschrägte Hohlraumlänge 107 (7,5·(Sekans 30)) = 8,7 mm. Dieselbe allgemeine Analyse gilt für das Abschrägen der Mittellinie 103 des Hohlraums 92 um einen Winkel β von der z-Achse 98 weg. Der Körperabschnitt 97 kann modifiziert werden, um die Körpergröße durch Abschrägen eines Körperabschnitts 108 angrenzend an den Kabelhohlraum 91 und durch Abschrägen eines Körperabschnitts 109 angrenzend an den Kabelhohlraum 92 zu verringern, wodurch wesentliches Körpermaterial entfernt wird und zugehörige Kosten- und Raumeinsparungen bereitgestellt werden. Die untere Shunt-Kabelausgangsöffnung 96 ist angrenzend an eine Bodenfläche 110 des Körperabschnitts 97 angeordnet. Die obere Shunt-Kabelausgangsöffnung kann an einer Zwischenfläche 112 angeordnet sein, die durch das Abschrägen des Kabelhohlraums 92 und das zugehörige Abschrägen des Körperabschnitts 109 bereitgestellt wird. In einem solchen Fall kann ein elektrisches Anschlusselement 113 zur elektrischen Verbindung mit einer Bürste der Bürstenkammer 87 entlang der Zwischenfläche 112 in der Nähe der Kabelausgangsöffnung 95 angeordnet sein. Alternativ kann die Kabelausgangsöffnung 95 entlang des Körperabschnitts 108 oder in der Nähe einer oberen Körperfläche 111 angeordnet sein. Mittels der beschriebenen Prinzipien kann ein Fachmann das Bereitstellen eines Shunt-Kabelausgangs für die Bürstenkammer 87 entweder in derselben oder in einer allgemein entgegengesetzten Richtung wie die Richtung der Kabelausgangsöffnung 94 wählen.
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Die verschiedenen Ausführungsformen können vorteilhafterweise die Abschnitte der Kabelhohlräume und der Schlitze umschließen, die sonst entlang des Bürstenkontaktendes des Körperabschnitts offen sind. Nachdem zum Beispiel die Bürsten eingebaut worden sind, die Shunt-Kabelenden 32 aus den Kabelausgängen herausgeführt sind und die Shunt-Kabel 32 richtig innerhalb der Kabelhohlräume positioniert sind, können die Kabelhohlräume und die Schlitze, die sich in Richtung des Bürstenkontaktendes öffnen, durch Einbau einer Abdichtung, eines Epoxyds oder anderer Materialien verstöpselt werden. Ein solches Verstöpseln kann ungewolltes Bürstenpulver, das durch Reibung der Bürsten 30 mit den Schleifringen erzeugt wird, und andere Bruchstücke vom Eindringen in die Kabelhohlräume abhalten. Alternativ kann der Körperabschnitt eingegossen sein, um diese externen Öffnungen zu beseitigen und ein Freiliegen der Kabelhohlräume nahe den Bürsten zu vermeiden.
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Verschiedene Merkmale und Anordnungen der beispielhaften Bürstenbaugruppen 50, 60, 90 gehören nicht ausschließlich zu den veranschaulichten Ausführungsformen, sondern können wahlweise kombiniert werden, wo es für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Eine Bürstenhalterbaugruppe für eine bestimmte Anwendung kann im Ganzen oder zum Teil in jeder geeigneten Weise gebildet werden.
