DE102013212078B4

DE102013212078B4 - Electrical machine

Info

Publication number: DE102013212078B4
Application number: DE102013212078.8A
Authority: DE
Inventors: Mathias Fein; Ingo Engler; Tanja Erhard
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: DE102013212078A1

Abstract

Elektrische Maschine (100), insbesondere eine Andrehvorrichtung wie ein Starter, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassendmindestens eine Kohlebürstenhaltereinrichtung (50) mit mindestens einer mit einem Bürstenfassungslager (80) gelagerten Bürstenfassungseinheit (51) zur Aufnahme und/oder Führung von einer darin gehaltenen Kohlebürste (52),wobeidie mindestens eine Kohlebürste (52) schwimmend direkt über die Bürstenfassungseinheit (51) und/oder indirekt über das mindestens eine Bürstenfassungslager (80) schwimmend gelagert ist, sodass diese zumindest in einer Kontaktebene der Kohlebürsten (52) mit dem Kommutator (63) bewegbar ist, um eine Relativbewegung in der Richtung parallel zu der Kontaktebene zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet, dass das Bürstenfassungslager (80) mindestens eine sich parallel entlang der Kontaktebene erstreckende von einem ein Polgehäuse (11) hinten verschließenden Deckel (13) ausgehende Gleitführungseinheit (82) aufweist, entlang der die Bürstenfassungseinheit (51) bewegbar ist, oder dass die Bürstenfassungseinheit (51) schwimmend über ein an dem Polgehäuse (11) ausgebildetes Büstenfassungslager (80) gelagert ist.Electrical machine (100), in particular a starting device such as a starter, for starting an internal combustion engine, comprising at least one carbon brush holder device (50) with at least one brush holder unit (51) mounted with a brush holder bearing (80) for receiving and / or guiding a carbon brush held therein ( 52), wherein the at least one carbon brush (52) is floatingly supported directly over the brush holder unit (51) and / or indirectly via the at least one brush holder bearing (80), so that it is at least in a contact plane of the carbon brushes (52) with the commutator (63 ) is movable in order to avoid a relative movement in the direction parallel to the contact plane, characterized in that the brush holder bearing (80) has at least one sliding guide unit (80) which extends parallel along the contact plane and which extends from a cover (13) which closes a pole housing (11) at the rear. 82) along which the brush holder unit (51) is movable, or that the brush holder unit (51) is floatingly supported by a brush holder bearing (80) formed on the pole housing (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Andrehvorrichtung wie einen Starter, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical machine, in particular a starter device such as a starter, for starting an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem System mit einem Starter oder Startermotor bzw. einem Generator oder Klauenpolgenerator nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a system with a starter or starter motor or a generator or claw pole generator according to the type of the independent claims.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Generatoren bzw. Starter und Anlasser für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die eine elektrische Maschine mit Anker und Kommutator aufweisen, wobei der Anker eine Ankerwelle mit entsprechender Ankerlagerung aufweist. Derartige elektrische Maschinen umfassen auch Werkzeugmotoren und beliebige andere elektrische Maschinen und Motoren mit einem Kommutierungssystem.The present invention relates to generators or starters and starters for vehicles with internal combustion engines, which have an electrical machine with armature and commutator, the armature having an armature shaft with a corresponding armature bearing. Such electrical machines also include tool motors and any other electrical machines and motors with a commutation system.

Aus dem Stand der Technik sind Anlasser mit einem Anlasserrelais für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren bekannt, die in der Regel einen Gleichstromelektromotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors umfassen.Starters with a starter relay for vehicles with internal combustion engines are known from the prior art, which generally comprise a direct current electric motor for driving the internal combustion engine.

In derartigen Startern oder Startermotoren ist für ein Einspuren oder einen Hub in den Zahnkranz beispielsweise ein Relais-Gabelhebelsystem mit einem entsprechenden Relais verantwortlich. Bei einem Hub, auch als Distanz bezeichnet, oder genauer einer Einspurbewegung zieht ein Relais einen Gabelhebel nach hinten. Dies erfolgt durch eine entsprechende Bestromung des Relais. Bei einer Bestromung wird eine mit einem magnetischen Kern zusammenwirkende Schaltachse axial in Richtung eines Kontaktes hin oder von diesem weg bewegt. Derartige Starter weisen einen Elektromotor auf. In such starters or starter motors, for example, a relay fork lever system with a corresponding relay is responsible for an engagement or a stroke in the ring gear. With a stroke, also called a distance, or more precisely a single-track movement, a relay pulls a fork lever backwards. This is done by energizing the relay accordingly. When energized, a switching axis cooperating with a magnetic core is moved axially in the direction of a contact or away from it. Such starters have an electric motor.

Dieser Elektromotor weist einen Stator auf, der als Magnet ausgebildet ist. Weiter weist der Elektromotor einen Rotor auf. Der Rotor weist einen aus Spule mit Eisenkern ausgebildeten Anker auf, der drehbar in einem Magnetfeld zwischen Polschuhen des Stators gelagert ist. Eine Stromzuführung für den Anker erfolgt über einen segmentierten Kommutator und Schleifkontakte, sogenannte Kommutatorbürsten oder Kohlebürsten. Bei einer Bestromung des Rotors entsteht auch hier ein Magnetfeld, welches in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators steht.This electric motor has a stator which is designed as a magnet. The electric motor also has a rotor. The rotor has an armature formed from a coil with an iron core, which is rotatably mounted in a magnetic field between pole shoes of the stator. The armature is supplied with current via a segmented commutator and sliding contacts, so-called commutator brushes or carbon brushes. When the rotor is energized, a magnetic field also arises here, which interacts with the magnetic field of the stator.

Die Kohle- oder Kommutatorbürsten werden in sogenannten Kohlebürstenfassungen oder -führungen gehalten. Üblicherweise werden in Startern vier oder sechs Kohlebürstenfassungen verwendet. Die Kohlebürsten werden mittels Kupferlitzen mit einem jeweiligen Plus- oder Minuspol durch Schweißen verbunden. Dabei wird das tribologische System der Kommutierung des Starters durch die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Reibpartner Kohlebürste und Kommutatorlamellen beeinflusst. Die Oberflächentopografie der Reibpartner und das Belastungskollektiv des tribologischen Systems beeinflussen den Verschleiß des Kommutierungssystems wesentlich. Das Belastungskollektiv ist u. a. abhängig von einer Schaltzahl, einer Stromdichte, einer Ankerdrehzahl und den Relativbewegungen zwischen der Kohlebürste und den Kommutatorlamellen.The carbon or commutator brushes are held in so-called carbon brush holders or guides. Usually four or six carbon brush holders are used in starters. The carbon brushes are connected to a respective positive or negative pole by welding using copper strands. The tribological system of the commutation of the starter is influenced by the mechanical and thermal properties of the friction partners carbon brush and commutator lamellae. The surface topography of the friction partners and the load spectrum of the tribological system significantly influence the wear of the commutation system. The load collective is u. a. depending on a number of operations, a current density, an armature speed and the relative movements between the carbon brush and the commutator fins.

Aus der GB 1 416 827 A ist ein Bürstenhalter für eine elektrische Maschine bekannt, welcher aus zwei identischen Formteilen aus Kunststoff gebildet ist. Der Bürstenhalter weist mehrere Fassungsteile auf, die jeweils auf einer unterteilten Trägerplatte angeordnet sind. Durch Zusammenfügen der Trägerplatte wird der Bürstenhalter realisiert.From the GB 1 416 827 A is known a brush holder for an electrical machine, which is formed from two identical molded parts made of plastic. The brush holder has a plurality of socket parts, each of which is arranged on a divided support plate. The brush holder is realized by assembling the carrier plate.

Aus der gattungsbildenden DE 27 48 550 A1 ist bekannt, dass eine Haltplatte zum Halten von Bürsten dient und diese Halteplatte mit axialem Schiebesitz in einem gehäusefesten Teil sitzt. Bei einer derartigen Maschine hätten die Bürsten eine axial unverschiebliche Lage in Bezug auf den Kollektor, selbst wenn sich der Rotor, etwa durch Erwärmung, anders ausdehnte als das Maschinengehäuse.From the generic DE 27 48 550 A1 it is known that a holding plate is used to hold brushes and this holding plate is seated with an axial sliding seat in a part fixed to the housing. In such a machine, the brushes would have an axially immovable position with respect to the collector, even if the rotor expanded differently than the machine housing, for example due to heating.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, die axiale Relativbewegung zwischen Kommutator und Kohlebürsten zu verringern und den Kohlebürstenverschleiß zu reduzieren.Starting from this prior art, the task is to reduce the axial relative movement between the commutator and carbon brushes and to reduce carbon brush wear.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass eine ungewollte Relativbewegung zwischen den Kohlebürsten und dem Kommutator verringert bzw. vermieden und dadurch ein ungewollter Verschleiß reduziert und/oder vermieden wird. Auf diese Weise werden aufwendige Axialspielbegrenzungseinrichtungen zur Verringerung einer axialen Bewegung des Kommutators redundant, da durch die schwimmende Lagerung die Kohlenbürsten der axialen Bewegung des Kommutators folgen und so keine Relativbewegung in axiale Richtung existiert.This object is achieved by an electrical machine with the features of claim 1. The electrical machine according to the invention has the advantage over the prior art that an undesired relative movement between the carbon brushes and the commutator is reduced or avoided, and thus an undesired wear is reduced and / or is avoided. In this way, complex axial play limitation devices for reducing an axial movement of the commutator become redundant, since the carbon brushes follow the axial movement of the commutator due to the floating bearing and so there is no relative movement in the axial direction.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Büstenfassungseinheit schwimmend über ein an einem Kommutatorlager ausgebildeten Bürstenfassungslager gelagert ist. In einer anderen alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bürstenfassungseinheit schwimmend über ein an einem Polgehäuse ausgebildeten Büstenfassungslager gelagert ist.According to an alternative embodiment, it is provided that the brush holder unit is floatingly supported by a brush holder bearing formed on a commutator bearing. In another alternative embodiment it is provided that the brush holder unit is floatingly supported on a brass socket bearing formed on a pole housing.

Die elektrische Maschine umfasst bevorzugt einen Elektromotor mit Rotor und Stator. Dabei ist in einer Ausführungsfrom die elektrische Maschine als Andrehvorrichtung, insbesondere als Starter, ausgebildet. Der Starter ist in einer Ausführungsform mit einem Relais ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist der Starter ohne Relais ausgebildet. In einer Ausführungsform weist der Stator einen Magneten auf bzw. ist selber als Magnet ausgebildet. Dabei ist der Magnet in einer Ausführungsform als Permanentmagnet ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform ist der Magnet als temporärer Magnet, beispielsweise als Elektromagnet, der zum Beispiel mit einer Spule erregt ist, ausgebildet. Insbesondere ist die elektrische Maschine als Andrehvorrichtung für eine Brennkraftmaschine als sogenannter Starter oder Startermotor ausgebildet. Diese umfasst in einer Ausführung eine Kommutator-Anker-Einheit mit einem Kommutator mit Kommutatorbürsten bzw. Kohlebürsten. Die Kohlebürsten sind in einer Kohlebürstenhaltereinrichtung gehalten. Weiter umfasst die Kommutator-Anker-Einheit einen Anker mit einer drehbaren Ankerwelle. Über den Kommutator wird dem Anker Strom zugeführt und die Ankerwelle angetrieben. Damit die Kohlebürsten ordnungsgemäß angeordnet sind, sind diese in der Kohlebürstenhaltereinrichtung in jeweils einer Bürstenfassungseinheit geführt und positioniert. Die Bürstenfassungseinheiten sind als Schalenteile ausgebildet, die durch Zusammenfügen ein Gehäuse bzw. eine Fassung zur Führung der Kohlebürsten in eine Längsrichtung der Fassung ausgebildet sind. An einem Ende in Längsrichtung ist eine Federspeichereinheit angeordnet, um bei einer Abnutzung der Kohlebürsten an dem anderen Ende diese aufgrund einer Vorspannung nachzuführen. Durch die Ausbildung der Bürstenfassungseinheit in zwei Bürstenfassungsteile lassen sich die Federspeichereinheit und die Kohlebürsten leicht in die Bürstenfassungsteile einlegen und durch Zusammenfügen der Bürstenfassungsteile montieren. Die Bürstenfassungseinheit ist in einer anderen Ausführungsform einteilig ausgeführt.The electrical machine preferably comprises an electric motor with a rotor and stator. In one embodiment, the electrical machine is designed as a starting device, in particular as a starter. In one embodiment, the starter is designed with a relay. In another embodiment, the starter is designed without a relay. In one embodiment, the stator has a magnet or is itself designed as a magnet. In one embodiment, the magnet is designed as a permanent magnet. In another embodiment, the magnet is designed as a temporary magnet, for example as an electromagnet, which is excited, for example, with a coil. In particular, the electrical machine is designed as a starting device for an internal combustion engine as a so-called starter or starter motor. In one embodiment, this comprises a commutator-armature unit with a commutator with commutator brushes or carbon brushes. The carbon brushes are held in a carbon brush holder device. The commutator-armature unit further comprises an armature with a rotatable armature shaft. The armature is supplied with current via the commutator and the armature shaft is driven. So that the carbon brushes are properly arranged, they are each guided and positioned in a brush holder unit in the carbon brush holder device. The brush holder units are designed as shell parts which, by joining together, form a housing or a holder for guiding the carbon brushes in a longitudinal direction of the holder. A spring-loaded unit is arranged at one end in the longitudinal direction in order to track the carbon brushes at the other end when they are worn out due to a preload. By designing the brush holder unit in two brush holder parts, the spring-loaded unit and the carbon brushes can be easily inserted into the brush holder parts and assembled by assembling the brush holder parts. In another embodiment, the brush holder unit is made in one piece.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.The measures listed in the dependent claims enable advantageous developments and improvements of the devices specified in the independent and independent claims.

Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Bürstenfassungslager mindestens eine sich parallel entlang der Kontaktebene erstreckende Gleitführungseinheit aufweist, entlang der die Bürstenfassungseinheit bewegbar ist. Bevorzugt ist das Bürstenfassungslager in eine axiale Richtung oder in eine radiale Richtung bewegbar gelagert. Bei einer stirnseitigen Kommutierung der Kohlebürsten mit dem Kommutator weist die schwimmende Lagerung zumindest einen Freiheitsgrad in radiale Richtung auf. Bei einer Kommutierung an einer Umfangsfläche des Kommutators weist die schwimmende Lagerung zumindest einen Freiheitsgrad in axiale Richtung auf.Yet another embodiment provides that the brush holder bearing has at least one sliding guide unit extending parallel along the contact plane, along which the brush holder unit can be moved. The brush holder bearing is preferably mounted so as to be movable in an axial direction or in a radial direction. When the carbon brushes are commutated on the face end with the commutator, the floating bearing has at least one degree of freedom in the radial direction. When commutating on a peripheral surface of the commutator, the floating bearing has at least one degree of freedom in the axial direction.

Weiter ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Bürstenfassungseinheit mindestens eine sich parallel entlang der Kontaktebene erstreckende Gleitführungseinheit zum Zusammenwirken mit dem Bürstenfassungslager aufweist, entlang der die Bürstenfassungseinheit bewegbar ist. Die Gleitführungseinheit weist in einer Ausführungsform Gleitschienen, Gleitzapfen oder dergleichen auf. Diese sind bevorzugt in die Richtung des Freiheitsgrades gerichtet. Dabei lassen sich die Führungseinheiten gerade, parallel zueinander, gekrümmt, linear und/oder mit einem variierenden Abstand zueinander, beispielsweise auseinander laufend oder aufeinander zu laufend, beispielsweise für eine Freiheitsgradbegrenzung, ausbilden. Bevorzugt ist eine Freiheitsgradbegrenzung vorgesehen, um eine Bewegung der Kohlebürsten in Richtung des Freiheitsgrades oder der Freiheitsgrade zu begrenzen.It is further provided in one embodiment that the brush holder unit has at least one sliding guide unit, which extends parallel along the contact plane, for interacting with the brush holder bearing, along which the brush holder unit can be moved. In one embodiment, the slide guide unit has slide rails, slide pins or the like. These are preferably directed in the direction of the degree of freedom. The guide units can be formed straight, parallel to one another, curved, linear and / or with a varying distance from one another, for example running apart or running towards one another, for example for a degree of freedom limitation. A degree of freedom limitation is preferably provided in order to limit a movement of the carbon brushes in the direction of the degree of freedom or degrees of freedom.

In noch einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Kohlebürste mit einem Spiel in die Richtung parallel zu der Kontaktebene in der Bürstenfassungseinheit gelagert ist. Die Kohlebürste ist zum einen in eine Richtung zu dem Kommutator, beispielsweise in eine Normalenrichtung zu der Kontaktfläche, bewegbar gelagert. Die Bewegung wird durch die Kontaktfläche, das heißt die Kommutatoroberfläche für einen Kontakt, begrenzt. Dabei ist die Kohlebürste in die Richtung zu dem Kommutator mit einer Federeinheit vorgespannt, sodass die Kohlebürste in der Richtung zu dem Kommutator durch die Federeinheit und die Kommutatoroberfläche begrenzt ist. Zusätzlich ist in der Bürstenfassungseinheit mindestens ein weiterer Freiheitsgrad für eine Bewegung der Kohlebürste vorgesehen, bevorzugt parallel zu der Kontaktfläche, das heißt, bevorzugt in radiale oder in axiale Richtung. Bevorzugt ist ein Freiheitsgrad in Umfangsrichtung der Kommutatoroberfläche verhindert. Die schwimmende Lagerung weist somit nur einen einzigen zusätzlichen Freiheitsgrad zu dem in Richtung der Kommutatoroberfläche auf. Der Freiheitsgrad ist insbesondere durch eine Spielpassung mit einem entsprechenden Spiel zwischen der Kohlebürste und der Bürstenfassungseinheit oder der Bürstenfassungseinheit und dem Bürstenfassungslager bzw. dem über eine Führungsbegrenzung definierten Spiel festgelegt.In yet another embodiment it is provided that the at least one carbon brush is mounted in the brush holder unit with play in the direction parallel to the contact plane. The carbon brush is movably mounted on the one hand in a direction to the commutator, for example in a normal direction to the contact surface. The movement is limited by the contact area, i.e. the commutator surface for a contact. The carbon brush is biased in the direction of the commutator with a spring unit, so that the carbon brush is limited in the direction of the commutator by the spring unit and the commutator surface. In addition, at least one further degree of freedom for movement of the carbon brush is provided in the brush holder unit, preferably parallel to the contact surface, that is to say, preferably in the radial or axial direction. A degree of freedom in the circumferential direction of the commutator surface is preferably prevented. The floating bearing thus has only a single additional degree of freedom in addition to that in the direction of the commutator surface. The degree of freedom is determined in particular by a clearance fit with a corresponding clearance between the carbon brush and the brush mounting unit or the brush mounting unit and the brush mounting bearing or the clearance defined by a guide limitation.

Entsprechend ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Spiel in Richtung parallel zu der Kontaktebene, also entlang des zusätzlichen Freiheitsgrades, größer gleich 0,3 mm, weiter bevorzugt größer gleich 0,4 mm und am meisten bevorzugt größer gleich 0,5 mm und/oder das Spiel in Richtung parallel zu der Kontaktebene größer gleich 2,5 % einer axialen Kohlenlänge, bevorzugt größer gleich 3,5 % der axialen Kohlenlänge, weiter bevorzugt größer gleich 4,5 % der axialen Kohlenlänge, weiter bevorzugt größer gleich 4,5 % der axialen Kohlenlänge und meisten bevorzugt ein Mindestspiel in Richtung parallel zu der Kontaktebene in einem Bereich von 2,6 % und 6,5 % der axialen Kohlenlänge beträgt. Das Spiel ist in einer Ausführungsform das Spiel der Kohlebürste in der Bürstenfassungseinheit und/oder das Spiel der Bürstenfassungseinheit in dem Bürstenfassungslager.Accordingly, it is provided in one embodiment that the play in the direction parallel to the contact plane, that is, along the additional degree of freedom, is greater than or equal to 0.3 mm, more preferably greater than or equal to 0.4 mm and most preferably greater than or equal to 0.5 mm and / or the play in the direction parallel to the contact plane greater than or equal to 2.5% of an axial carbon length, preferably greater than or equal to 3.5% of the axial carbon length, more preferably greater than or equal to 4.5% of the axial carbon length, more preferably greater than or equal to 4.5% of the axial carbon length and most preferably a minimum play in the direction parallel to the contact plane in a range of 2.6% and 6.5% of the axial carbon length. In one embodiment, the game is the game of the carbon brush in the brush holder unit and / or the game of the brush holder unit in the brush holder bearing.

Auch ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Kommutator und/oder die Kohlebürste bei einem Zusammenwirken über einen gemeinsamen Kontakt Kopplungsmittel, insbesondere eine Formgeometrie, aufweisen, mit welcher eine Bewegung, insbesondere eine Bewegung parallel zu der Kontaktfläche, bevorzugt in Richtung des zusätzlichen Freiheitsgrades, des Kommutators auf die Kohlebürste übertragen wird, sodass die Kohlebürste der Bewegung des Kommutators im Rahmen eines durch die schwimmende Lagerung ermöglichten Freiheitsgrads oder ermöglichter Freiheitsgrade folgt.It is also provided in one embodiment that the commutator and / or the carbon brush, when interacting via a common contact, have coupling means, in particular a shape geometry, with which a movement, in particular a movement parallel to the contact surface, preferably in the direction of the additional degree of freedom, of the commutator is transferred to the carbon brush, so that the carbon brush follows the movement of the commutator within the scope of a degree of freedom or degrees of freedom made possible by the floating bearing.

Weiter sieht eine Ausführungsform vor, dass eine Richtung parallel zu der Kontaktebene eine axiale Richtung ist oder eine Richtung parallel zu der Kontaktebene eine radiale Richtung ist und/oder die schwimmende Lagerung derart ausgebildet ist, dass zumindest eine Bewegung in die radiale Richtung bzw. in die axiale Richtung ermöglicht ist.Furthermore, an embodiment provides that a direction parallel to the contact plane is an axial direction or a direction parallel to the contact plane is a radial direction and / or the floating bearing is designed such that at least one movement in the radial direction or in the axial direction is enabled.

Bevorzugt sind mehrere Kohlebürsten, Kohlebürstenhaltereinrichtungen, Bürstenfassungslager und/oder Bürstenfassungseinheiten vorgesehen. Es sind bevorzugt den Strom leitenden Bauteile vorgesehen, die eine Stromschiene bzw. eine Bürstenplatte umfassen. Die Stromschiene bildet bevorzugt eine Pluspolverbindung. Die Bürstenplatte bildet eine Minuspolverbindung. In einer Ausführungsform weist die Kohlebürstenhaltereinrichtung eine Kunststoffabdeckung auf. Die Kunststoffabdeckung ist ausgebildet, um die Gefahr eines Kurzsschlusses zwischen den elektrischen Strom leitenden Bauteilen zu reduzieren.A plurality of carbon brushes, carbon brush holder devices, brush holder bearings and / or brush holder units are preferably provided. The current-conducting components are preferably provided, which comprise a busbar or a brush plate. The busbar preferably forms a positive pole connection. The brush plate forms a negative pole connection. In one embodiment, the carbon brush holder device has a plastic cover. The plastic cover is designed to reduce the risk of a short circuit between the electrical current-conducting components.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 in einer Querschnittsansicht eine als Andrehvorrichtung ausgebildete elektrische Maschine mit Relais,
2 schematisch eine Querschnittsansicht einer Lagerung der Bürstenfassungseinheit über ein Bürstenfassungslager an einem Kommutatordeckel,
3 schematisch eine Querschnittsansicht einer Lagerung der Bürstenfassungseinheit über ein Bürstenfassungslager an einem Polgehäuse,
4 schematisch in verschiedenen Perspektivansichten eine Ausführungsform einer schwimmenden Lagerung der Bürstenfassungseinheit an dem Kommutatordeckel gemäß 2,
5 schematisch in einer Perspektivansicht eine andere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 2,
6 schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 2,
7 schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 2,
8 schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 3,
9 schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 3,
10 schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 3,
11 schematisch in einer Perspektivansicht eine schwimmende Lagerung der Kohlebürste direkt über das Kommutatorlager,
12 schematisch eine Querschnittsansicht einer Lagerung der Bürstenfassungseinheit über ein Bürstenfassungslager an einem Kommutatorlager mit Kopplungsmitteln zwischen Kohlebürste und Kommutator,
13 schematisch in einer Perspektivansicht eine andere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach 4b und
14 schematisch einen Kommutator mit als Formgeometrie ausgebildeten Kopplungsmitteln.

Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:

1 in a cross-sectional view an electrical machine designed as a starting device with relay,
2nd schematically a cross-sectional view of a bearing of the brush holder unit via a brush holder bearing on a commutator cover,
3rd schematically shows a cross-sectional view of a bearing of the brush holder unit via a brush holder bearing on a pole housing,
4th schematically in different perspective views an embodiment of a floating mounting of the brush holder unit on the commutator cover according to 2nd ,
5 schematically in a perspective view another embodiment of the floating bearing according to the principle 2nd ,
6 schematically in a perspective view of another embodiment of the floating bearing according to the principle 2nd ,
7 schematically in a perspective view of another embodiment of the floating bearing according to the principle 2nd ,
8th schematically in a perspective view of another embodiment of the floating bearing according to the principle 3rd ,
9 schematically in a perspective view of another embodiment of the floating bearing according to the principle 3rd ,
10 schematically in a perspective view of another embodiment of the floating bearing according to the principle 3rd ,
11 schematically in a perspective view a floating mounting of the carbon brush directly over the commutator,
12th schematically a cross-sectional view of a bearing of the brush holder unit via a brush holder bearing on a commutator bearing with coupling means between the carbon brush and commutator,
13 schematically in a perspective view of another embodiment of the floating storage 4b and
14 schematically a commutator with coupling means designed as a shape geometry.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die 1 bis 14 zeigen in verschiedenen Ansichten und verschiedene Detaillierungsgraden unterschiedliche Ausführungen einer schwimmenden Lagerung von Kohlebürsten 52 in einer elektrischen Maschine 100. Durch eine axial schwimmend bzw. gleitend gelagerte Bürstenfassungseinheit bzw. Kohlebürste 52 zum Beispiel in Form eines schwimmenden bzw. gleitenden gelagerten Bürstenhalters oder Bürstenköchers an einer entsprechenden Lagerung, beispielsweise am Polgehäuse oder am Kommutatorlager bzw. einem als Kommutatorlager fungierenden Deckel 13 wird eine axiale Relativbewegung zwischen Kohlebürste 52 und Kommutator 63 vermieden. Eine Kommutatoroberfläche weist in einer Ausführungsform als Kopplungsmittel beispielsweise eine einzelne Nut auf, mit der das Mitgleiten der Kohlebürste 52 mit dem Kommutator 63 begünstigt wird. Diese Nut ist optional oder ergänzend vorgesehen, wenn eine axiale Haftreibung zwischen der Kohlebürste 52 und dem Kommutator 63 nicht ausreicht um die Gleitreibung der schwimmenden Bürstenfassungseinheit 51 oder der Kohlebürste 52 zuüberwinden.The 1 to 14 show different versions of a floating bearing of carbon brushes in different views and different degrees of detail 52 in an electrical machine 100 . Through an axially floating or sliding brush holder unit or carbon brush 52 for example in the form of a floating or sliding bearing Brush holder or brush holder on a corresponding bearing, for example on the pole housing or on the commutator bearing or a lid functioning as a commutator bearing 13 becomes an axial relative movement between carbon brush 52 and commutator 63 avoided. In one embodiment, a commutator surface has, as a coupling means, for example a single groove with which the carbon brush slides 52 with the commutator 63 is favored. This groove is optionally or additionally provided if there is axial static friction between the carbon brush 52 and the commutator 63 not enough for the sliding friction of the floating brush holder unit 51 or the carbon brush 52 to overcome.

Die 1 zeigt in einer Querschnittsansicht eine als Andrehvorrichtung ausgebildete elektrische Maschine 100 einer Verbrennungskraftmaschine mit Relais 42, auch als Schalt- oder Einrückrelais ausgeführt.The 1 shows a cross-sectional view of an electrical machine designed as a starting device 100 an internal combustion engine with relay 42 , also designed as switching or engagement relay.

Ein Gehäuse 10 der elektrischen Maschine 100 besteht aus einem zylindrischen Gehäuseteil 11 und einem Deckel 13, die durch nicht weiter dargestellte Schrauben miteinander verbunden sind. Das zylindrische Gehäuseteil 11 ist hinten durch den Deckel 13 verschlossen, in dessen Mittelteil eine nach außen gerichtete, geschlossene Nabe angeformt ist. In der Nabe befindet sich eine Lagerstelle, in welcher das hintere Ende einer Antriebswelle oder Ankerwelle 17 eines elektrischen Andrehmotors 18 gelagert ist, dessen Anker mit 19 bezeichnet ist. Radial außerhalb des Ankers 19 befinden sich an der Wand des Gehäuseteils 11 mehrere Magnete des Andrehmotors 18, die vorliegend als Permanentmagnete 20 ausgebildet sind, aber auch in anderen Formen, wie als elektrisch erregte Magnete, ausgebildet sein können.A housing 10 of the electrical machine 100 consists of a cylindrical housing part 11 and a lid 13 , which are connected by screws, not shown. The cylindrical housing part 11 is through the back of the lid 13 closed, in the middle part of which an outwardly directed, closed hub is formed. In the hub there is a bearing in which the rear end of a drive shaft or armature shaft 17th of an electric starter motor 18th is stored, the anchor is designated 19. Radially outside the anchor 19th are located on the wall of the housing part 11 several magnets of the starter motor 18th , the present as permanent magnets 20 are formed, but can also be formed in other forms, such as electrically excited magnets.

Das vordere Ende der Ankerwelle 17 ist mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 22 in einer achsgleich verlaufenden, nicht weiter dargestellten Sackbohrung 23 einer Abtriebswelle 24 gelagert. Das andere Ende der Abtriebswelle 24 ist in einem das Gehäuseteil 11 verschließenden Lagerschild 25 und einer an diesen angeformte Nabe 26 gelagert. Die Ankerwelle 17 hat nahe ihres dem Lagerschild 25 zugewandten Ende eine Verzahnung 28 (Sonnenrad), in welche Planetenräder 29 eingegreifen, die auch mit einem außenliegenden, feststehenden Hohlrad 30 eines Planetengetriebes 31 kämmen (= Vorgelege). Ein Planetenträger 12 treibt die Abtriebswelle 24 an, auf welcher ein Freilauf 33 angeordnet ist, dessen Innenring 34 einen Fortsatz 35 (Ritzel) aufweist, an dem eine Außenverzahnung 36 ausgebildet ist. Der Außenring 37 des Freilaufs 33 ist über ein Steilgewinde 38 mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Auf ihn wirkt eine sogenannte Einspurfeder 39 ein. Durch axiales Verschieben des Freilaufs 33 kann die Außenverzahnung 36 mit einem Zahnkranz 40 der Brennkraftmaschine zwecks des Startvorgangs in Eingriff gebracht werden. Dies geschieht mit Hilfe des Einrückrelais 42, in welchem beim Einschalten des Stroms ein Magnetanker über einen Fortsatz 43 einen Hebel 44 verschwenkt, der über eine Kulisse 45, die zwischen Scheiben 46 liegt, den Freilauf 33 nach links verschiebt. Der Hebel 44 ist zweiarmig ausgebildet und mittels Zapfen 48, in einem gehäusefesten Lager 49 schwenkbar angeordnet. Auf diesen Vorgang ist nur kurz eingegangen, da nicht erfindungswesentlich.The front end of the armature shaft 17th is with a reduced diameter end section 22 in an axially aligned blind bore, not shown 23 an output shaft 24th stored. The other end of the output shaft 24th is the housing part in one 11 closing end shield 25th and a hub molded onto it 26 stored. The armature shaft 17th has near the end shield 25th end facing a toothing 28 (Sun gear) in which planet gears 29 engage that also with an external, fixed ring gear 30th of a planetary gear 31 Comb (= reduction gear). A planet carrier 12th drives the output shaft 24th on which a freewheel 33 is arranged, the inner ring 34 an extension 35 (Pinion), on which an external toothing 36 is trained. The outer ring 37 of the freewheel 33 is over a steep thread 38 with the output shaft 24th connected. A so-called track spring acts on it 39 a. By axially shifting the freewheel 33 can the external gearing 36 with a ring gear 40 the engine to be engaged for the purpose of starting. This is done with the help of the engagement relay 42 , in which a magnetic armature over an extension when the power is switched on 43 a lever 44 panned, over a backdrop 45 that between discs 46 lies, the freewheel 33 shifts to the left. The lever 44 is designed with two arms and by means of pins 48 , in a fixed bearing 49 pivotally arranged. This process was only briefly discussed, since it is not essential to the invention.

Auf der Ankerwelle 17 sitzt in einer Ausführungsform nahe ihrem hinteren lagerseitigen Ende in 1 eine als Federstahl-Scheibe ausgebildete Ankeranlaufscheibe, welche einerseits an einem Kommutator 63 anliegt und andererseits an einem Anlaufscheibenteil, welcher zwischen dem als Kommutatorlager dienenden Deckel 13 und dem Kommutator 63 angeordnet ist. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Ankeranlaufscheibe nicht vorgesehen. Eine Kohlenbürstenhaltereinrichtung 50 mit Bürstenfassungseinheiten 51, in denen Kohlebürsten 52 bewegbar angeordnet sind, mit einer Bürstenplatte 53 und einer Stromführungsschiene (hier nicht dargestellt) ist vorgesehen.On the armature shaft 17th in one embodiment sits near its rear bearing end 1 an anchor thrust washer designed as a spring steel washer, which on the one hand is connected to a commutator 63 abuts and on the other hand on a thrust washer part, which serves as a commutator bearing cover 13 and the commutator 63 is arranged. In the embodiment shown here, the armature thrust washer is not provided. A carbon brush holder device 50 with brush holder units 51 in which carbon brushes 52 are arranged movably, with a brush plate 53 and a current guide rail (not shown here) is provided.

An der Bürstenplatte 53 sind die Bürstenfassungseinheiten 51 befestigt, in welchen die Kohlen, Kohlenbürsten oder Kommutatorbürsten 52 angeordnet sind, die sich unter Federdruck an den Kommutator 63 anlegen, welcher an der Ankerwelle 17 angeordnet ist. Bei einigen Kohlen 52 handelt es sich um Minuskohlen, bei anderen Kohlen 52 um Pluskohlen. Diese sind über Anschlusslitzen an einen Kabelschuh angeschlossen, der mit einem Kontakt 68 des Einrückrelais 42 verbunden ist. Die Litzen durchdringen eine Dichtung 70, welche im Gehäuseteil 11 in einer entsprechenden Öffnung angeordnet ist. Die Bürstenplatte 53 ist mit Schrauben 62 am Deckel 13 befestigt.On the brush plate 53 are the brush holder units 51 attached, in which the coals, carbon brushes or commutator brushes 52 are arranged, which are under spring pressure to the commutator 63 create which on the armature shaft 17th is arranged. With some coals 52 it is minus coals, other coals 52 about plus coals. These are connected to a cable lug with a contact 68 of the engagement relay 42 connected is. The strands penetrate a seal 70 which in the housing part 11 is arranged in a corresponding opening. The brush plate 53 is with screws 62 on the lid 13 attached.

Die beiden Anschlußlitzen sind mit einer Anschlußfahne verbunden, die ein metallisches Biegeteil ist und durch die Dichtung 70 nach außen hindurchdringt.The two connecting strands are connected to a connecting lug, which is a metallic bent part and through the seal 70 penetrates outwards.

Der als Kommutatorlager fungierende Deckel 13 ist mittels Segmenten in einem sogenannten Polgehäuse zentriert. Als Zentrierung der Bürstenplatte 53 sind zwei Bolzen am Kommutatorlager vorgesehen. Die Bürstenplatte 53 wird bevorzugt mit zwei Gleitlagerbuchsen ausgestattet, die auf diesen Bolzen montiert werden. Mit dieser Lösung kann ein Bürstenhalter, der beispielsweise die Bürstenfassungseinheiten 51 umfasst, einer Axialbewegung A der Ankerwelle 17 bzw. des Ankers 19 folgen und ein Einstellen des Ankeraxialspiels ist nicht erforderlich. Der Bürstenhalter umfasst in einer anderen Ausführungsform einen axial schwimmenden Bürstenköcher. Hierbei sind die Bürstenköcher durch eine Führung direkt mit dem Polgehäuse, also dem Gehäuseteil 11 verbunden. Diese Führung gewährleistet einen Freiheitsgrad in axialer Richtung A, sodass hier jeder Bürstenköcher der Axialbewegung des Kommutators 63 bzw. Ankers 19 folgen kann bzw. die Pluskohlen gemeinsam der Bewegung folgen. Die Pluskohlen werden über eine Stromschiene miteinander verbunden. Die Stromschiene ist hier nicht dargestellt. Die Minuskohlen könnten direkt mit dem Polgehäuse 13 verbunden werden.The lid, which acts as a commutator bearing 13 is centered by means of segments in a so-called pole housing. As centering of the brush plate 53 two bolts are provided on the commutator bearing. The brush plate 53 is preferably equipped with two plain bearing bushes that are mounted on these bolts. With this solution, a brush holder, for example the brush holder units 51 includes an axial movement A of the armature shaft 17th or the anchor 19th follow and an adjustment of the anchor axial play is not necessary. The brush holder embraces in another Embodiment an axially floating brush holder. Here, the brush holder is guided by a guide directly to the pole housing, i.e. the housing part 11 connected. This guide ensures a degree of freedom in the axial direction A, so that here each brush holder the axial movement of the commutator 63 or anchor 19th can follow or the plus coals follow the movement together. The plus coals are connected to each other via a busbar. The busbar is not shown here. The minus coals could directly with the pole housing 13 get connected.

Die 2 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Lagerung der Bürstenfassungseinheit 51 über ein Bürstenfassungslager 80 an dem Deckel, Kommutatorlager oder Kommutatordeckel 13. Das Bürstenfassungslager 80 umfasst in axiale Richtung von dem Kommutatordeckel 13 abragende, Kreiszylinderbolzen 81. Diese sind Bestandteile der Gleitführungseinheit 82. Die Gleitführungseinheit 82 umfasst weiter Gleitbuchsen 83, welche auf den Bolzen 81 gleitend angeordnet sind. Über die Gleitbuchsen 83 ist die Bürstenplatte 53 gleitend oder schwimmend an dem Bürstenfassungslager 80 gelagert. Mit der Bürstenplatte 53 sind über als Bürstenköcher 51a ausgebildete Bürstenfassungseinheiten 51 verbunden, in welchen wiederum die Bürstenkohlen 52 angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Kohlebürsten 52 axial schwimmend an dem Kommutatordeckel 13 gelagert.The 2nd shows schematically a cross-sectional view of a bearing of the brush holder unit 51 via a brush holder bearing 80 on the cover, commutator bearing or commutator cover 13 . The brush holder bearing 80 includes in the axial direction of the commutator cover 13 protruding, circular cylinder bolts 81 . These are components of the sliding guide unit 82 . The sliding guide unit 82 also includes sliding bushes 83 which on the bolt 81 are slidably arranged. Via the sliding bushes 83 is the brush plate 53 sliding or floating on the brush holder bearing 80 stored. With the brush plate 53 are over as a brush holder 51a trained brush holder units 51 connected, in which in turn the brush brushes 52 are arranged. In this way, the carbon brushes 52 axially floating on the commutator cover 13 stored.

Die 3 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Lagerung der Bürstenfassungseinheit 51 über ein Bürstenfassungslager 80 an einem Polgehäuse 11. An dem Polgehäuse 11 ist eine Gleitführungseinheit 82 in Form von Führungsschienen 84 vorgesehen. Über die Führungsschienen 84 sind die Bürstenköcher 51a axial beweglich gelagert, wie durch die Pfeile B angedeutet. In den Bürstenköcher 51a sind die Kohlebürsten 52 angeordnet, sodass diese über die Bürstenköcher 51a axial beweglich gelagert sind.The 3rd shows schematically a cross-sectional view of a bearing of the brush holder unit 51 via a brush holder bearing 80 on a pole housing 11 . On the pole housing 11 is a sliding guide unit 82 in the form of guide rails 84 intended. Over the guide rails 84 are the brush holder 51a axially movable, as indicated by the arrows B. In the brush holder 51a are the carbon brushes 52 arranged so that this over the brush holder 51a are axially movable.

Die 4 zeigt schematisch in verschiedenen Perspektivansichten eine Ausführungsform einer schwimmenden Lagerung der Bürstenfassungseinheit 51 an dem Kommutatordeckel 13 gemäß 2. Die Führungsbolzen 81 sind gemäß 4a einteilig mit dem Kommutatordeckel 13 an dessen Innenseite angeordnet. Die Führungsbolzen 81 sind parallel zueinander angeordnet. Zwischen den Führungsbolzen 81 ist die Bürstenfassungseinheit 51 mit der darin angeordneten Kohlebürste 52 gleitend bzw. schwimmend gelagert aufgenommen. Wie in 4b vergrößert dargestellt, weist die Bürstenfassungseinheit 51 je Bolzen 81 Anlageflächen 51b auf, welche an den jeweiligen Bolzen 81 zur verbesserten Führung angrenzen. 4c zeigt zusätzlich die Anordnung des Polgehäuses 11 auf.The 4th shows schematically in different perspective views an embodiment of a floating mounting of the brush holder unit 51 on the commutator cover 13 according to 2nd . The guide bolts 81 are according to 4a in one piece with the commutator cover 13 arranged on the inside. The guide bolts 81 are arranged parallel to each other. Between the guide bolts 81 is the brush holder 51 with the carbon brush arranged in it 52 slidably or floating mounted. As in 4b shown enlarged, the brush holder unit 51 per bolt 81 Contact surfaces 51b on which on the respective bolt 81 adjoin for improved leadership. 4c also shows the arrangement of the pole housing 11 on.

Die 5 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine andere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 2. Hier ist eine andere Art der Führung der Bürstenfassungseinheit 51 gewählt. Statt der Anlageflächen 51b sind Aufnahmen 51c vorgesehen, welche die Führungsbolzen 81 komplett umschließen.The 5 shows schematically in a perspective view another embodiment of the floating bearing according to the principle 2nd . Here is another way of guiding the brush holder unit 51 chosen. Instead of the contact areas 51b are recordings 51c provided which the guide pin 81 completely enclose.

Die 6 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 2. Hier wird die Bürstenfassungseinheit 51 nicht über Bolzen 81 an dem Kommutatordeckel 13 geführt. Stattdessen ist das Bürstenfassungslager 80 integriert in dem Kommutatordeckel 13 als Führungsöffnung 85 ausgebildet. Zur Führung in der Führungsöffnung 85 weist die Bürstenfassungseinheit 51 einen oder mehrere axiale in Richtung Kommutatordeckel 13 ragende Anformungen 84 auf. Die Anformungen 84 weisen eine Außenkontur auf, die komplementär zu der Kontur der jeweiligen Führungsöffnung 85 ausgebildet, wobei hier eine Spielpassung von Anformung 84 und Führungsöffnung 85 für eine schwimmende Lagerung vorgesehen ist.The 6 shows schematically in a perspective view a further embodiment of the floating bearing according to the principle 2nd . Here is the brush holder unit 51 not about bolts 81 on the commutator cover 13 guided. Instead, that's the brush socket bearing 80 integrated in the commutator cover 13 as a guide opening 85 educated. For guidance in the guide opening 85 has the brush holder unit 51 one or more axial towards the commutator cover 13 outstanding formations 84 on. The formations 84 have an outer contour that is complementary to the contour of the respective guide opening 85 trained, here a clearance fit of molding 84 and guide opening 85 is intended for floating storage.

Die 7 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 2. Die Bürstenfassungseinheit 51 ist in einer als Bürstenhalter 50c ausgebildeten Kohlebürstenhaltereinrichtung 50 integriert angeordnet. Der Bürstenhalter 50c weist zwei stirnseitige (Kohle-)Bürstenhaltereinrichtungsteile 50a und 50b auf. Diese weisen entsprechende Durchgangöffnung zur Anordnung an den Bolzen 81 auf, sodass der Bürstenhalter 50c entlang der Bolzen 81 axial bewegbar, schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung ist in einer Ausführungsform in dem Bürstenhalter 50c ausgebildet, das heißt, die Bürstenfassungseinheit 51 ist in dem Bürstenhalter 50c schwimmend gelagert.The 7 shows schematically in a perspective view a further embodiment of the floating bearing according to the principle 2nd . The brush holder unit 51 is in one as a brush holder 50c trained carbon brush holder device 50 arranged integrated. The brush holder 50c has two front (carbon) brush holder device parts 50a and 50b. These have corresponding through openings for arrangement on the bolts 81 so that the brush holder 50c along the bolt 81 is axially movable, floating. The floating bearing is in one embodiment in the brush holder 50c formed, that is, the brush holder unit 51 is in the brush holder 50c floating.

Die 8 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 3. Hier ist die Bürstenfassungseinheit 51 direkt an dem umgebenden Polgehäuse 11 gelagert. Hierzu sind integriert an der Bürstenfassungseinheit 51 Führungsanformungen 51d ausgebildet, welche in einer korrespondierenden Gleitführung des Polgehäuses 11 angeordnet sind. Beispielsweise weisen die Führungsanformungen 51d einen Hinterschnitt auf, sodass diese zum Teil durch das Polgehäuse 11 über dieses mit dem Hinterschnitt hinausragen und mit dem Hinterschnitt an dem Polgehäuse 11 von außen aufliegen.The 8th shows schematically in a perspective view a further embodiment of the floating bearing according to the principle 3rd . Here is the brush holder unit 51 directly on the surrounding pole housing 11 stored. For this purpose are integrated on the brush holder unit 51 Guide formations 51d formed, which in a corresponding sliding guide of the pole housing 11 are arranged. For example, the guide formations 51d an undercut so that this is partly through the pole housing 11 protrude beyond this with the undercut and with the undercut on the pole housing 11 from the outside.

Die 9 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 3. Die Bürstenfassungseinheit 51 ist hier in dem Bürstenhalter 51c nach 7 angeordnet. Die Gleitführung der Bürstenfassungseinheit 51 erfolgt hier gemäß 8. Alternativ ist eine Gleitführung über den Bürstenhalter 50c an dem Polgehäuse 11 möglich.The 9 shows schematically in a perspective view a further embodiment of the floating bearing according to the principle 3rd . The brush holder unit 51 is here in that Brush holder 51c to 7 arranged. The sliding guide of the brush holder unit 51 takes place here according to 8th . Alternatively, there is a sliding guide over the brush holder 50c on the pole housing 11 possible.

Die 10 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach dem Prinzip gemäß 3. Genauer zeigt die 10 perspektivisch in einer Ansicht die Kohlebürstenhaltereinrichtung 50 mit zwei Bürstenhaltereinrichtungsteilen 50a und 50b mit mehreren Bürstenfassungsteilen 51a der jeweiligen Bürstenfassungseinheit 51 und daran ausgebildeter Flanscheinheit. Die Kohlebürstenhaltereinrichtung 50 ist etwa ringförmig mit zwei im Wesentlichen gleich ausgebildeten ringschalenförmigen Bürstenhaltereinrichtungsteilen 50a und 50b ausgebildet. Jedes Bürstenhaltereinrichtungsteil 50a oder 50b umfasst mehrere Bürstenfassungsteile 51a, die zum Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Bürstenfassungsteil 51a des korrespondierenden Bürstenhaltereinrichtungsteil 50a bzw. 50b ausgebildet sind. Jede Kohlenbürstenhaltereinrichtung 50 umfasst somit ein erstes Bürstenfassungsteil 51a, das ein einem ersten Bürstenhaltereinrichtungsteil 50a ausgebildet ist, und ein zweites Bürstenfassungsteil 51a, das an einem zweiten Bürstenhaltereinrichtungsteil 50b ausgebildet ist. Die Bürstenfassungsteile 51a sind so ausgebildet, dass diese sich zu einer Bürstenfassungseinheit 51 zusammenfügen lassen und so eine etwa zumindest äußerlich quaderförmige Bürstenfassungseinheit 51 mit einer nach zum Inneren der Kohlenbürstenhaltereinrichtung 50 gerichteten Öffnung für die jeweilige Kohlebürste 52 aufweist. In alle anderen Richtungen ist die dort aufgenommene Kohlebürste 52 geführt bzw. begrenzt durch die Bürstenfassungseinheit 51. Auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite ist eine Feder-Speicher-Einheit angeordnet, welche die Kohlebürste 52 gegen den von der Kohlebürstenhaltereinrichtung 50 umgebenden Kommutator 63 drückt. Entsprechend weist die Kohlebürstenhaltereinrichtung 50 innen eine kreiszylindrische Aufnahme für den Kommutator 63 auf. Die Bürstenfassungsteile 51 unterschiedlicher Bürstenhaltereinrichtungsteile 50a, 50b sind bevorzugt gleich und/oder spiegelsymmetrisch ausgebildet, sodass diese sich einfach zusammenfügen lassen. Um mehrere Bürstenfassungsteile 51 eines gemeinsamen Bürstenhaltereinrichtungsteils 50a, 50b nebeneinander anzuordnen, weisen die Bürstenfassungsteile 51 an einer Seite eine Flanscheinheit oder kurz einen Flansch auf. Der Flansch ragt seitlich über die Bürstenfassungsteile 51 hervor. Auf diese Weise ist eine Orientierung der Bürstenfassungsteile 51 realisiert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine gemeinsame Flanscheinheit für alle Bürstenfassungsteile 51a eines gemeinsamen Bürstenhaltereinrichtungsteils 50a bzw. 50b vorgesehen. Entsprechend ist die Flanscheinheit als kreisringförmige Platte ausgebildet, von welcher die Bürstenfassungsteile 51 nach innen, das heißt in einem zusammengebauten Zustand zu dem jeweils korrespondierenden Bürstenhaltereinrichtungsteil 50a, 50b, abragen. Die Flanscheinheit kann in anderen Ausführungsformen auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als gebogen Stange, als U-förmige Flanscheinheit, als C-förmige Flanscheinheit oder als Flanscheinheit mit einer nicht geschlossenen Kontur. Die Bürstenfassungsteile 51 und die Flanscheinheit sind somit als integriertes, das heißt als einteiliges, Bauteil ausgebildet. Weiter ist integriert in jedem Bürstenhaltereinrichtungsteil 50a, 50b ein den elektrischen Strom leitendes Bauteil, die Bürstenplatte 53 bzw. eine Stromschiene 55, vorgesehen. Hierzu ist die Bürstenplatte 53 bzw. die Stromschiene 55 von der Flanscheinheit aufgenommen. Die Bürstenplatte 53 bzw. die Stromschiene 55 ist über ein Kabel mit den jeweiligen Kohlebürsten 52 elektrisch leitend verbunden. Beide Bürsteneinrichtungsteile 50a und 50b sind somit gleich ausgeführt und lassen sich zu einer Kohlebürstenhaltereinrichtung 50 zusammenfügen. Das Zusammenfügen kann auf verschiedene Weisen erfolgen. In 10 sind die Bürsteneinrichtungsteile 50a und 50b miteinander verklebt.The 10 shows schematically in a perspective view a further embodiment of the floating bearing according to the principle 3rd . The shows more precisely 10 in perspective the carbon brush holder device 50 with two brush holder device parts 50a and 50b with several brush holder parts 51a the respective brush holder unit 51 and flange unit formed on it. The carbon brush holder device 50 is approximately ring-shaped with two substantially identical cup-shaped brush holder device parts 50a and 50b educated. Each brush holder device part 50a or 50b includes several brush holder parts 51a that interact with the corresponding brush holder part 51a of the corresponding brush holder device part 50a or. 50b are trained. Any carbon brush holder device 50 thus comprises a first brush holder part 51a which is a first brush holder device part 50a is formed, and a second brush holder part 51a that on a second brush holder device part 50b is trained. The brush holder parts 51a are designed so that they form a brush holder unit 51 can be put together and so an approximately cuboidal brush holder unit 51 with one towards the inside of the carbon brush holder device 50 directed opening for the respective carbon brush 52 having. The carbon brush picked up there is in all other directions 52 guided or limited by the brush holder unit 51 . On the side opposite the opening there is a spring storage unit which holds the carbon brush 52 against that of the carbon brush holder device 50 surrounding commutator 63 presses. Accordingly, the carbon brush holder device 50 inside a circular cylindrical holder for the commutator 63 on. The brush holder parts 51 different brush holder device parts 50a , 50b are preferably identical and / or mirror-symmetrical, so that they can be easily assembled. To several brush holder parts 51 a common brush holder device part 50a , 50b To arrange next to each other, the brush holder parts 51 on one side a flange unit or a flange for short. The flange protrudes laterally over the brush holder parts 51 forth. This is an orientation of the brush holder parts 51 realized. In the illustrated embodiment there is a common flange unit for all brush holder parts 51a a common brush holder device part 50a or. 50b intended. Accordingly, the flange unit is designed as an annular plate, of which the brush holder parts 51 to the inside, that is to say in an assembled state to the corresponding brush holder device part 50a , 50b , protrude. In other embodiments, the flange unit can also be designed differently, for example as a bent rod, as a U-shaped flange unit, as a C-shaped flange unit or as a flange unit with a non-closed contour. The brush holder parts 51 and the flange unit are thus designed as an integrated, that is to say as a one-piece, component. It is also integrated in each brush holder device part 50a , 50b a component that conducts the electrical current, the brush plate 53 or a track 55 , intended. This is the brush plate 53 or the track 55 taken up by the flange unit. The brush plate 53 or the track 55 is via a cable with the respective carbon brushes 52 electrically connected. Both parts of the brush device 50a and 50b are thus the same design and can be made into a carbon brush holder device 50 put together. The joining can be done in different ways. In 10 are the brush equipment parts 50a and 50b glued together.

Die 11 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine schwimmende Lagerung der Kohlebürste 52 direkt über das Kommutatorlager 13. Hierzu weist das Kommutatorlager 13 als Gleitführungseinheit 82 vier in axiale Richtung abragende Kreiszylinderbolzen 81 auf. Zwischen den Bolzen 81 ist die Kohlebürste 81 direkt axial bewegbar geführt. Für eine optimale Führung und somit zur Ausbildung der schwimmenden Lagerung weist die Kohlebürste 52 entsprechende Anlageflächen 52a auf, welche an der Gleitführungseinheit 82 anliegen.The 11 shows schematically in a perspective view a floating mounting of the carbon brush 52 directly via the commutator bearing 13 . The commutator bearing points to this 13 as a sliding guide unit 82 four circular cylinder pins protruding in the axial direction 81 on. Between the bolts 81 is the carbon brush 81 guided directly axially movable. The carbon brush points for optimal guidance and thus for the formation of the floating bearing 52 corresponding investment areas 52a on which on the sliding guide unit 82 issue.

Die 12 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Lagerung der Bürstenfassungseinheit 51 über das Bürstenfassungslager 80 an dem Kommutatorlager mit Kopplungsmitteln 90 zwischen Kohlebürste 52 und Kommutator 63. Die Kohlbürsten 52 werden über die Federeinheit an die Oberfläche des Kommutators 63 gedrückt. Um ein verbessertes axiales Mitbewegen der Kohlebürste 52 mit dem Kommutator 63 zu realisieren, sind die Kopplungsmittel 90 vorgesehen. Diese sind in der hier dargestellten Ausführungsform als Formgeometrie 91 ausgebildet. Der Bürstenhalter 50c, über den die Bürstenfassungseinheit 51 mit den Kohlebürsten 52 schwimmend gelagert ist, weist eine Gleitbuchse 83 auf, welche in einer Vertiefung an der Ankerwelle 17 geführt sind. Die Vertiefung an der Ankerwelle 17 ist bevorzugt als Wellenabsatz 17b ausgebildet. Der Wellenabsatz 17b weist beidseitig Wellenschultern auf, welche den Wellenabsatz 17b axial begrenzen. Die jeweils angrenzenden Wellenabschnitte weisen ein größeres Außenabmaß auf, als der die Vertiefung bildende Wellenabschnitt zwischen den Wellenschultern. In einer anderen Ausführungsform ist eine Führung in einer Nut oder mehreren Nuten des Kommutators 63 realisiert. Dabei ist eine entsprechende Spielpassung mit einem ausreichenden Spiel in axiale Richtung vorgesehen.The 12th shows schematically a cross-sectional view of a bearing of the brush holder unit 51 about the brush holder bearing 80 on the commutator bearing with coupling means 90 between carbon brush 52 and commutator 63 . The cabbage brushes 52 are on the spring unit to the surface of the commutator 63 pressed. To improve the axial movement of the carbon brush 52 with the commutator 63 the coupling means are to be realized 90 intended. In the embodiment shown here, these are in the form of a geometry 91 educated. The brush holder 50c over which the brush holder unit 51 with the carbon brushes 52 is floating, has a sliding bush 83 on which in a recess on the armature shaft 17th are led. The recess on the armature shaft 17th is preferred as a shaft shoulder 17b educated. The shaft paragraph 17b has shaft shoulders on both sides, which the shaft shoulder 17b limit axially. The respectively adjacent shaft sections have a larger outer dimension than the shaft section forming the depression between the shaft shoulders. In another embodiment, a guide is in one or more grooves of the commutator 63 realized. A corresponding clearance fit with sufficient clearance in the axial direction is provided.

Die 13 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine andere Ausführungsform der schwimmenden Lagerung nach 4b. Die Bürstenfassung 51 samt Kohlebürste 52 ist hier über Bolzen 81 geführt. Diese weisen an ihrem axial inneren Ende, das heißt an dem von dem Kommutatordeckel 13 entfernten Ende, eine Axialbegrenzung 95 auf, welche hier als Bolzenabsatz 96 mit größerem Außenabmaß als ein Führungsabschnitt 97 der Bolzen 81 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist verhindert, dass die Kohlebürste 52 einen Kontakt zu dem Kommutator 63 aufgrund einer axialen Bewegung nicht unterbricht.The 13 shows schematically in a perspective view another embodiment of the floating bearing 4b . The brush holder 51 including carbon brush 52 is here about bolts 81 guided. These have at their axially inner end, that is, at that of the commutator cover 13 distal end, an axial limit 95 on which here as a bolt heel 96 with a larger external dimension than a guide section 97 the bolt 81 is trained. This prevents the carbon brush 52 a contact to the commutator 63 does not stop due to an axial movement.

Die 14 zeigt schematisch den Kommutator 63 mit als Formgeometrie 91 ausgebildeten Kopplungsmitteln 90. Es sind verschiedenste Formgeometrien 91 realisierbar, beispielsweise durch gekrümmte Flächen, rechteckige, polygone, runde, abgerundete, ovale und sonstige Nutquerschnitte. Die Nutquerschnitte können symmetrisch oder asymmetrisch sein. Mehre Nuten 91 können gleich oder zumindest teilweise unterschiedliche ausgebildet sein. Die 14 umfasst sechs Unterfiguren, welche verschiedene Formgeometrien 91 darstellen.The 14 schematically shows the commutator 63 with as shape geometry 91 trained coupling means 90 . There are various geometries 91 feasible, for example through curved surfaces, rectangular, polygons, round, rounded, oval and other groove cross-sections. The groove cross sections can be symmetrical or asymmetrical. Multiple grooves 91 can be identical or at least partially different. The 14 includes six sub-figures, which have different shape geometries 91 represent.

Die Formgeometrie 91 in 14a ist als eine Ansammlung mehrerer Nuten 91a in einer Oberfläche des Kommutators 63 ausgebildet. Diese Nuten 91a sind benachbart nebeneinander in axiale Richtung A ausgebildet. Über diese ist ein Mitbewegen der Kohlebürste 52 mit dem Kommutator 63 gewährleistet. Alternativ oder ergänzend sind in der Kohlebürste 52 in einem für den Kontakt mit dem Kommutator 63 vorgesehenen Bereich ebenfalls Nuten, bevorzugt korrespondierende und/oder komplementäre Nuten vorgesehen. Die Nuten 91 in 14a sind alle gleich und etwa U-förmig ausgebildet. The shape geometry 91 in 14a is a collection of multiple grooves 91a in a surface of the commutator 63 educated. These grooves 91a are formed adjacent to one another in the axial direction A. The carbon brush is also moved over this 52 with the commutator 63 guaranteed. Alternatively or in addition are in the carbon brush 52 in one for contact with the commutator 63 also provided grooves, preferably corresponding and / or complementary grooves. The grooves 91 in 14a are all the same and approximately U-shaped.

Die Breite einer Nut 91a beträgt etwas weniger als 0,5 mm, wie durch den dargestellten Maßstab verdeutlicht.The width of a groove 91a is slightly less than 0.5 mm, as illustrated by the scale shown.

14b zeigt statt mehrerer Nuten 91a eine einzige Nut 91a. Dies weist ebenfalls eine U-förmigen Querschnitt auf, kann aber je nach Ausführungen auch andere Geometrie aufweisen. 14b shows instead of several grooves 91a a single groove 91a . This also has a U-shaped cross section, but can also have a different geometry, depending on the design.

14c zeigt mehrere U-förmige Nuten 91a, die jedoch voneinander beabstandet angeordnet sind. Somit sind zwischen den benachbarten Nuten 91a stegartige Abschnitte ausgebildet. 14c shows several U-shaped grooves 91a which are, however, arranged at a distance from one another. Thus there are between the adjacent grooves 91a web-like sections formed.

14d zeigt im Wesentlichen die Ausführung nach 14c, wobei hier der Querschnitt der Nuten 91a unterschiedlich zu denen in 14c ausgebildet ist. Hier ist der Querschnitt eckiger ausgebildet. Die Nuten 91 weisen einen etwa dreieckigen Querschnitt auf, bei dem jeweils eine Schräge von einer Kommutatoroberfläche schräg zu einem Nutgrund verläuft, wo die Schrägen in einem vorbestimmten Winkel aufeinandertreffen. 14d essentially shows the execution 14c , where the cross section of the grooves 91a different from those in 14c is trained. Here the cross section is square. The grooves 91 have an approximately triangular cross-section, in each of which an incline runs obliquely from a commutator surface to a groove base, where the inclines meet at a predetermined angle.

14e zeigt ähnlich wie 14b eine Ausführungsform mit nur einer einzigen Nut 91a. Die Nut 91a weist einen etwa rechteck-förmigen Querschnitt auf. 14e shows similar to 14b an embodiment with only a single groove 91a . The groove 91a has an approximately rectangular cross-section.

Die Ausführungsform nach 14f weist mehrere Nuten 91a auf- hier zwei - welche ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Nuten 91a sind jedoch weiter beabstandet von einer Stirnseite des Kommutators, sodass sich ein anderes Verhältnis der Oberflächenabschnitte des Kommutators mit und ohne Nut ergibt. Wie aus den hier beispielhaft aufgeführten Ausführungsbeispielen sind verschiedenste Querschnitte, Abstände oder allgemein Formgeometrien realisierbar.The embodiment according to 14f has several grooves 91a on - here two - which also have a rectangular cross section. The grooves 91a are however spaced further apart from an end face of the commutator, so that there is a different ratio of the surface sections of the commutator with and without a groove. As in the exemplary embodiments listed here, a wide variety of cross sections, spacings or general shape geometries can be realized.

Claims

Electrical machine (100), in particular a starting device such as a starter, for starting an internal combustion engine, comprising at least one carbon brush holder device (50) with at least one brush holder unit (51) mounted with a brush holder bearing (80) for receiving and / or guiding a carbon brush held therein (52), wherein the at least one carbon brush (52) is floatingly supported directly via the brush holder unit (51) and / or indirectly via the at least one brush holder bearing (80), so that it is at least in a contact plane of the carbon brushes (52) with the commutator (63) can be moved in order to avoid a relative movement in the direction parallel to the contact plane, characterized in that the brush holder bearing (80) extends at least one cover (13) which closes a pole housing (11) at the back and extends along the contact plane Sliding guide unit (82) along which the brush barrel ngseinheit (51) is movable, or that the brush holder unit (51) is floating floating on a pole holder bearing (80) formed on the pole housing (11).

Electrical machine (100) after Claim 2 , characterized in that the brush holder unit (51) is floatingly mounted on a brush holder bearing (80) formed on the cover functioning as a commutator bearing (13).

Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the brush holder unit (51) has at least one sliding guide unit (82), which extends parallel along the contact plane and cooperates with the brush holder bearing (80) and along which the brush holder unit (51) is movable is.

Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one carbon brush (52) is mounted with play in the direction parallel to the contact plane in the brush holder unit (51).

Electrical machine (100) after Claim 4 , characterized in that the play in the direction parallel to the contact plane is greater than or equal to 0.3 mm and / or the play in the direction parallel to the contact plane is greater than or equal to 2.5% of an axial carbon length.

Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the commutator (63) and / or the carbon brush (52), when interacting via a contact, have coupling means (90), in particular a shape geometry (91), with which a movement of the commutator (63) is transmitted to the carbon brush (52) so that the carbon brush (52) follows the movement of the commutator (63) within the scope of a degree of freedom or degrees of freedom made possible by the floating bearing.

Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a direction parallel to the contact plane is an axial direction (A) or a direction parallel to the contact plane is a radial direction and the floating bearing is designed such that at least one Movement in the radial direction or in the axial direction is made possible, so that a relative movement between the commutator (63) and the carbon brush (52) is avoided in these directions.