DE102014006931A1

DE102014006931A1 - Brush system for an electric motor

Info

Publication number: DE102014006931A1
Application number: DE102014006931.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Pszola; Stefan Beetz; Robert Hessdörfer; Christian Geiling
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2014-05-10
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2034-05-11
Also published as: DE102014006931B4; DE202013009445U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bürstensystem (1) für einen Elektromotor, mit mindestens einer in einem Köcher (4) geführten Bürste (3) und mit einer Federanordnung (5) zum Erzeugen einer Anpresskraft zwischen der Bürste (3) und einem Kommutator (2) des Elektromotors. Die Federanordnung (5), die ggf. ein Sekundärfederelement (5b) aufweist, umfasst ein Primärfederelement (5a) mit einem an der Bürste (3) angreifenden und diese gegen den Kommutator (2) radial vorspannenden Federschenkel (10a), der sich auf einer in Bürstenandruckrichtung (R) abfallenden Rampe (17) unter Bildung einer in Bürstenandruckrichtung (R) orientierten radialen Kraftkomponente (Fr) und einer hierzu orthogonalen axialen Kraftkomponente (Fa) abstützt.The invention relates to a brush system (1) for an electric motor, comprising at least one brush (3) guided in a quiver (4) and having a spring arrangement (5) for generating a contact force between the brush (3) and a commutator (2) of the brush the electric motor. The spring assembly (5), which optionally has a secondary spring element (5b), comprises a primary spring element (5a) with a force acting on the brush (3) and this against the commutator (2) radially biasing spring leg (10a), which is located on a in the Bürstenandruckrichtung (R) sloping ramp (17) with formation of a Bürstenandruckrichtung (R) oriented radial force component (Fr) and an orthogonal axial force component (Fa) is supported.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bürstensystem für einen Elektromotor, mit mindestens einer in einem Köcher geführten Bürste und mit einer Federanordnung zum Erzeugen einer Anpresskraft zwischen der Bürste und einem Kommutator des Elektromotors, wobei die Federanordnung ein Primärfederelement mit einem an der Bürste angreifenden und diese gegen den Kommutator radial vorspannenden Federschenkel umfasst. Ein derartiges Bürstensystem ist beispielsweise aus der WO 2007/141249 A1 bekannt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Bürstensystem.The invention relates to a brush system for an electric motor, with at least one guided in a quiver brush and with a spring arrangement for generating a contact force between the brush and a commutator of the electric motor, wherein the spring assembly is a primary spring element with an attacking on the brush and this against the commutator radially biasing spring leg comprises. Such a brush system is for example from the WO 2007/141249 A1 known. The invention further relates to an electric motor with such a brush system.

Im Unterschied zu einem bürstenlosen Gleichstrommotor als elektrischer Maschine bestreichen bei einem mit einem wellenfesten Kommutator versehenen Gleichstrommotor mindestens zwei Bürsten eine Anzahl von Kommutatorlamellen, die den elektrischen Strom auf die Wicklungen des sich drehenden Rotors übertragen. Durch die Lamellen wird von Wicklung zu Wicklung eine Stromwendung erzeugt, die gegenüber (feststehenden) Magnetpolen des Stators ein Drehmoment auf die Rotorwelle erzeugt.Unlike a DC brushless motor as an electric machine, in a DC motor provided with a shaft-mounted commutator, at least two brushes brush a number of commutator blades which transmit the electrical current to the windings of the rotating rotor. The lamellae generate a current turn from winding to winding, which generates torque against the (stationary) magnetic poles of the stator on the rotor shaft.

Bei den Bürsten handelt es sich herkömmlicherweise um quaderartige, aus Kohlepulver – gegebenenfalls zusammen mit Metallpartikeln – gepresste Stäbe. Aufgrund des Schleifkontakts mit den Kommutatorlamellen unterliegen die Bürsten im Betrieb des Elektromotors einem Abrieb. Um trotz des Abriebs den Kontakt zwischen Bürste und Kommutator aufrecht zu halten, sind die Bürsten in der Regel in einem sogenannten Köcher mittels Federelementen (mechanischen Federn) unter Wirkung deren Federkraft gelagert, so dass eine automatische Nachstellung der Bürsten erfolgt. Die Köcher sind häufig auf einem beispielsweise als Bürstenplatte ausgeführten Träger angeordnet, der zusammen mit den Bürsten und den erforderlichen elektrischen Kontaktmitteln sowie gegebenenfalls vorhandenen Entstörelementen (Spulen, Drosseln, Kondensatoren) ein sogenanntes Bürstensystem bildet.The brushes are conventionally cuboidal, of carbon powder - optionally together with metal particles - pressed rods. Due to the sliding contact with the commutator, the brushes are subject to abrasion during operation of the electric motor. In order to maintain the contact between brush and commutator despite the abrasion, the brushes are usually stored in a so-called quiver by means of spring elements (mechanical springs) under the action of their spring force, so that an automatic adjustment of the brushes takes place. The quivers are often arranged on a carrier designed, for example, as a brush plate, which forms a so-called brush system together with the brushes and the required electrical contact means as well as possibly existing interference suppression elements (coils, chokes, capacitors).

Im Betrieb des Elektromotors kann es aufgrund von Fertigungstoleranzen zu Unwuchten oder zu Unrundheit des Kommutators kommen, wodurch die Bürsten bei rotierendem Kommutator kurzzeitig von diesem abheben können. Hierbei kommt es häufig zu sogenanntem Bürstenfeuer, einem Funkenüberschlag zwischen der Bürste und dem Kommutator, der zu einer verstärkten Abnutzung der Bürste führt. Schlimmstenfalls kann zudem das aus Bürste und Feder gebildete System bis zur Eigenfrequenz in Schwingung versetzt werden, wodurch das Bürstenfeuer und der Abrieb verstärkt werden. Dies kann zu einem frühzeitigen Ausfall der Bürste und somit des gesamten Elektromotors führen.During operation of the electric motor, imbalances or out-of-roundness of the commutator can occur due to manufacturing tolerances, as a result of which the brushes can temporarily lift off from the latter when the commutator rotates. This often leads to so-called brush fire, a sparkover between the brush and the commutator, which leads to increased wear of the brush. In the worst case, the system formed by brush and spring can be vibrated up to the natural frequency, whereby the brush fire and abrasion are amplified. This can lead to premature failure of the brush and thus of the entire electric motor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bürstensystem eines oder für einen Elektromotor(s) mit erhöhter Lebensdauer anzugeben. Des Weiteren soll ein Elektromotor mit einem solchen Bürstensystem angegeben werden.The invention has for its object to provide a brush system or for an electric motor (s) with increased life. Furthermore, an electric motor should be specified with such a brush system.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Bürstensystems erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich eines Elektromotors wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.With regard to a brushing system, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to an electric motor, the object is achieved by the features of claim. Advantageous and in part inventive embodiments and further developments of the invention are set forth in the subclaims and the description below ,

Das erfindungsgemäße Bürstensystem für einen Elektromotor umfasst mindestens eine Bürste zur Anlage an einem Kommutator des Elektromotors und mindestens einen Köcher, in dem die Bürste geführt ist. Weiterhin umfasst das Bürstensystem eine Federanordnung zum Erzeugen einer Anpresskraft zwischen der Bürste und dem Kommutator. Die Federanordnung weist ein Primärfederelement auf, das einen an der Bürste angreifenden und diese gegen den Kommutator radial vorspannenden Federschenkel umfasst. Dieser stützt sich auf einer in Bürstenandruckrichtung, d. h. zum Kommutator bzw. zur kommutatorseitigen Bürstenkontaktfläche hin abfallenden Rampe unter Bildung einer in Bürstenandruckrichtung orientierten radialen Kraftkomponente und einer hierzu orthogonalen axialen Kraftkomponente ab.The brush system according to the invention for an electric motor comprises at least one brush for engagement with a commutator of the electric motor and at least one quiver in which the brush is guided. Furthermore, the brush system comprises a spring arrangement for generating a contact force between the brush and the commutator. The spring arrangement has a primary spring element, which comprises a spring leg acting on the brush and radially biasing it against the commutator. This relies on a Bürstenandrückrichtung, d. H. to the commutator or the commutator-side brush contact surface down sloping ramp to form a oriented in Bürstenandruckrichtung radial force component and an orthogonal thereto axial force component.

Das Primärfederelement ist vorzugsweise dazu eingerichtet und vorgesehen, einen betriebsbedingten Abrieb der Bürste, d. h. eine durch Reibverschleiß bedingte Verkürzung der Bürste auszugleichen. Das Primärfederelement führt die Bürste somit in Bürstenandruckrichtung nach. Die Abriebrate der Bürste ist dabei im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit des Kommutators langsam. Um die Bürste über deren Lebensdauer der Verkürzung nachführen zu können, weist das Primärfederelement bzw. dessen mit der Bürste zusammenwirkender Federschenkel vorzugeweise einen der Länge der Bürste entsprechenden Federweg auf.The primary spring element is preferably arranged and provided for an operational abrasion of the brush, d. H. compensate for a shortening caused by friction wear of the brush. The primary spring element thus guides the brush in Bürstenandruckrichtung. The Abriebrate the brush is slow compared to the rotational speed of the commutator. In order to track the brush over the life of the shortening, the primary spring element or its cooperating with the brush spring leg vorzugeweise on the length of the brush corresponding spring travel.

Der Federschenkel des Primärfederelementes liegt hierbei derart unter mechanischer, federkraftbedingter Vorspannung auf der Rampe auf oder an einer solchen an, dass in Folge der zur kommutatorseitigen Kontaktfläche der Bürste hin gerichteten Rampenneigung – bezogen auf eine Motor- oder Rotorwelle des Elektromotors – sowohl eine radiale als auch eine axiale Kraftkomponente wirkt. Die radiale Kraftkomponente bewirkt das Anpressen der Bürste gegen den Kommutator und aufgrund des betriebsbedingten Bürstenabriebs eine Bewegung der Bürste entlang eines radialen Verstell- oder Verschleißweges in Richtung des Kommutators. Die axiale Kraftkomponente entspricht oder resultiert aus der Vorspannung des Federschenkels des Primärfederelementes auf oder an die Rampe, so dass sich der Federschenkel quasi reibschlüssig auf bzw. an der Rampe abstützt.The spring leg of the primary spring element is in this case under mechanical, spring-biased on the ramp on or on such that due to the commutator-side contact surface of the brush directed towards ramp slope - based on a motor or rotor shaft of the electric motor - both a radial and an axial force component acts. The radial force component causes the pressing of the brush against the commutator and due to the operational brush abrasion movement of the brush along a radial adjustment or Wear path in the direction of the commutator. The axial force component corresponds or results from the bias of the spring leg of the primary spring element on or to the ramp, so that the spring leg is quasi frictionally supported on or on the ramp.

Dabei stützt sich der Federschenkel des Primärfederelementes geeigneterweise unter Ausbildung einer Hysterese und unter Vorspannung an der Rampe ab. Dies bedeutet, dass insbesondere durch entsprechend vorteilhafte Gestaltung der Rampe einerseits die Kraftwirkung (Anpresskraft) des Primärfederelementes, d. h. der Kraftverlauf über den gesamten radial verlaufenden Verstell- bzw. Verschleißweg aufgrund der in dieser Richtung zum Kommutator hin abfallenden Rampe (Rampenneigung oder -gefälle) zumindest annähernd konstant, also gleichbleibend ist. Demgegenüber ist die vom Kommutator her wirkende Gegenkraft aufgrund der in dieser Gegenrichtung ansteigenden Rampe (Rampenanstieg) vergleichsweise groß und nimmt entlang des Verschleißweges der Bürste entsprechend der Rampensteigung zu. Dieser Hystereseeffekt führt vorteilhafterweise dazu, dass ein betriebsbedingt praktisch unvermeidbares temporäres Abheben der Bürste vom Kommutator verhindert oder zumindest erheblich gedämpft wird.In this case, the spring leg of the primary spring element is suitably supported to form a hysteresis and under bias on the ramp. This means that on the one hand, the force effect (contact pressure) of the primary spring element, d. By appropriate advantageous design of the ramp. H. the force curve over the entire radially extending adjustment or wear path due to the sloping in this direction towards the commutator ramp (ramp slope or gradient) at least approximately constant, that is consistent. In contrast, the opposing force acting from the commutator forth is relatively large due to the rising in this opposite direction ramp (ramp increase) and increases along the wear path of the brush according to the ramp slope. This hysteresis effect advantageously leads to an operationally practically unavoidable temporary lifting of the brush from the commutator being prevented or at least considerably attenuated.

In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die Rampe von einer der sich radial erstreckenden Köcherwände des Köchers gebildet. Hierzu ist geeigneterweise in die entsprechende Köcherwand ein radialer Längsschlitz als Führungskontur eingebracht, dessen Schlitzunterkante die Rampe bildet. Auch kann die Schlitzoberkante die Rampe bilden.In an expedient embodiment, the ramp is formed by one of the radially extending quiver walls of the quiver. For this purpose, a radial longitudinal slot is suitably introduced as a guide contour in the corresponding quiver wall, the lower edge of the slot forms the ramp. Also, the slot upper edge can form the ramp.

Die Rampe weist besonders vorteilhaft mindestens zwei in Bürstenandruckrichtung – also radial – aufeinanderfolgende Rampenabschnitte mit unterschiedlichen Neigungen oder Neigungswinkeln auf. Dabei ist geeigneterweise die Neigung oder der Neigungswinkel eines der kommutatorseitigen Kontaktfläche der Bürste zugewandten, also eines der Kontaktfläche näher gelegenen ersten Rampenabschnitts größer als die Neigung bzw. der Neigungswinkel eines der Kontaktfläche abgewandten, d. h. sich in radialer Gegenrichtung anschließenden zweiten oder weiteren Rampenabschnitts. Hierdurch werden die gewünschten (hysteresebehafteten) Kraftverläufe in und entgegen des Verstell- oder Verschleißweges der Bürste besonders effektiv und zuverlässig erzielt. Der Rampenverlauf kann insgesamt oder vorzugsweise abschnittsweise konvex oder konkav gekrümmt sein.The ramp has particularly advantageous at least two in Bürstenandruckrichtung - ie radial - successive ramp sections with different inclinations or angles of inclination. In this case, the inclination or the angle of inclination of one of the commutator-side contact surface of the brush is suitably facing, so one of the contact surface closer first ramp portion is greater than the inclination or the inclination angle of the contact surface facing away, d. H. in the radial opposite direction subsequent second or further ramp section. As a result, the desired (hysteresis) force curves are achieved in and against the adjustment or wear path of the brush particularly effective and reliable. The ramp course may be curved overall or preferably in sections convexly or concavely.

Das geeigneterweise als Schenkelfeder ausgebildete Primärfederelement sitzt außerhalb des Köchers auf einem an einer Bürstenplatte des Bürstensystems angeformten Tragzapfen. Hierbei ist zweckmäßigerweise der dem mit der Bürste gekoppelten Federschenkel abgewandte Federschenkel des Primärfederelements gegen ein am Tragzapfen ausgebildetes Widerlager geführt und stützt sich dort ab.The suitably formed as a leg spring primary spring element sits outside the quiver on a molded onto a brush plate of the brush system trunnions. Here, the spring leg of the primary spring element facing away from the spring leg coupled to the brush is expediently guided against an abutment formed on the support pin and is supported there.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Federanordnung ein zum Primärfederelement in Reihe geschaltetes, zwischen der Bürste und dem Primärfederelement angeordnetes Sekundärfederelement auf. Das Sekundärfederelement ist hierbei in Bezug auf eine Längenänderung entlang der Bürstenandruckrichtung mit einer gegenüber dem Primärfederelement geringeren Trägheit ausgestaltet.In an advantageous development, the spring arrangement has a secondary spring element arranged in series with the primary spring element and arranged between the brush and the primary spring element. The secondary spring element is in this case designed with respect to a change in length along the Bürstenandruckrichtung with respect to the primary spring element lower inertia.

Das Sekundärfederelement ist vorzugsweise dazu eingerichtet und vorgesehen, bei senkrecht zur Rotationsachse gerichteten Bewegungen (im Folgenden: Querbewegungen oder Schwingungen) des Kommutators, die durch fertigungsbedingte Unwuchten, Unrundheiten oder Lamellensprünge im Betrieb entstehen können, ein Abheben der Bürste weitergehend zu verhindern. Derartige Lamellensprünge können auch durch Vibrationen des Rotors entstehen. Der Hub (Amplitude) dieser Querbewegungen ist in Bezug auf die Längsausdehnung der Bürsten sehr klein. Zudem liegen die Wiederholraten dieser Querbewegungen in der Größenordnung der Umdrehungszahl des Kommutators oder eines vielfachen davon und sind somit im Vergleich zu der Abnutzungsrate der Bürsten hochfrequent.The secondary spring element is preferably set up and provided to prevent lifting of the brush when the movements are perpendicular to the axis of rotation (hereinafter: transverse movements or oscillations) of the commutator, which may arise due to production-related imbalances, irregularities or slat jumps during operation. Such slat jumps can also be caused by vibrations of the rotor. The stroke (amplitude) of these transverse movements is very small in relation to the longitudinal extent of the brushes. In addition, the repetition rates of these transverse movements are in the order of magnitude of the number of revolutions of the commutator or a multiple thereof, and thus are high-frequency in comparison with the rate of wear of the brushes.

Aufgrund des großen Federwegs und der damit einhergehenden Masse des Primärfederelements ist dieses regelmäßig zu träge, um die zyklisch mit jeder Umdrehung des Kommutators auftretenden Querbewegungen des Kommutators ausgleichen zu können, so dass die Bürste abheben bzw. eine starke Schwankung bezüglich der Anpresskraft entstehen würde. Aufgrund der gegenüber dem Primärfederelement, vorzugsweise besonders, geringen Trägheit des Sekundärfederelements wird vorteilhafterweise erreicht, dass das Sekundärfederelement den vergleichsweise kurzen aber hochfrequenten Querbewegungen der Bürste folgen kann. Ein Abheben der Bürste und somit das Bürstenfeuer kann somit effektiv verhindert oder zumindest signifikant verringert werden.Due to the large spring travel and the associated mass of the primary spring element this is regularly too sluggish to compensate for the cyclic occurring with each revolution of the commutator transverse movements of the commutator, so that the brush stand out or a strong fluctuation would arise with respect to the contact force. Due to the relative to the primary spring element, preferably particularly, low inertia of the secondary spring element is advantageously achieved that the secondary spring element can follow the relatively short but high-frequency transverse movements of the brush. A lifting of the brush and thus the brush fire can thus be effectively prevented or at least significantly reduced.

Das Primärfederelement ist also vorzugsweise auch aufgrund seiner Trägheit von den hochfrequenten Querbewegungen des Kommutators nahezu entkoppelt, wohingegen das Sekundärfederelement aufgrund seiner vergleichsweise geringen Trägheit die Bürste auch bei den hochfrequenten Querbewegungen federnd an den Kommutator andrücken kann. Somit wird ein Bürstenfeuer, das beim Abheben der Bürste von dem Kommutator oder durch starke Unregelmäßigkeiten der Anpresskraft auftritt, wirksam unterdrückt, so dass die Lebensdauer der Bürste und somit des Bürstensystems und des Elektromotors erhöht ist.The primary spring element is thus preferably also almost decoupled due to its inertia from the high-frequency transverse movements of the commutator, whereas the secondary spring element due to its relatively low inertia, the brush can press resiliently in the high-frequency transverse movements of the commutator. Thus, a brush fire, which occurs when lifting the brush from the commutator or by strong irregularities of the pressing force, effectively suppressed, so that the life of the brush and thus the brush system and the electric motor is increased.

In dieser Weiterbildung ist das Primärfederelement unter Ausbildung der Hysterese an das Sekundärfederelement gekoppelt, da das Primärfederelement über die Rampenauflage (Rampenanlage) des Federschenkels mit dem Köcher gekoppelt ist und somit mit dem Köcher in reibschlüssigem Kontakt steht. Dadurch wird das Sekundärfederelement von der Federwirkung des Primärfederelements gerade nicht oder zumindest nicht vollständig komprimiert.In this embodiment, the primary spring element is coupled to form the hysteresis to the secondary spring element, since the primary spring element is coupled via the ramp support (ramp system) of the spring leg with the quiver and thus is in frictional contact with the quiver. As a result, the secondary spring element is not or at least not completely compressed by the spring action of the primary spring element.

Unter Ausbildung der Hysterese wird hierbei zudem verstanden, dass das Sekundärfederelement dynamischen und insbesondere hochdynamischen Schwingungen der Bürste folgen kann und hierbei den Kraftunterschied in den Bewegungsrichtungen unter Abfederung dieser Schwingungen ausnutzen kann, ohne dass auch das Primärfederelement innerhalb der über die Neigung der Rampe und die Federvorspannung eingestellten oder vorgegebenen Kraftrenzen eine nennenswerte Bewegung vollführt. Erst wenn durch ein bestimmtes Maß der Bürstenabnutzung und/oder entsprechende Schwingungsamplituden des Sekundärfederelementes diese Kraftgrenze(n) überschritten wird (werden), erfolgt auch eine Bewegung des Primärfederelementes in Bürstenandruckrichtung (Verschleißrichtung) und dadurch bedingte eine Nachführung der Bürste inklusive des Sekundärfederelementes in Richtung des Kommutators.Under the formation of the hysteresis is also understood here that the secondary spring element can follow dynamic and in particular highly dynamic vibrations of the brush and thereby exploit the difference in force in the directions of motion while absorbing these vibrations, without that the primary spring element within the on the inclination of the ramp and the spring preload set or given force limits performs a significant movement. Only when a certain degree of brush wear and / or corresponding vibration amplitudes of the secondary spring element, this force limit (s) is exceeded, also takes place a movement of the primary spring element in Bürstenandruckrichtung (wear direction) and consequent tracking of the brush including the secondary spring element in the direction of commutator.

Da der Federschenkel bzw. Federarm des Primärfederelementes auf der schräg verlaufenden Köcherwand aufliegt oder an einer dortigen Kontur unter Bildung einer zur Verschleißrichtung senkrechten Vorspannkraft anliegt, erfährt das Primärfederelement sowohl in der Variante mit als auch ohne Sekundärfederelement über die Rampe (Schräge oder Gefälle) eine Kraftkomponente in Verschleißrichtung und eine (negative) Kraftkomponente entgegen der Verschleißrichtung. Hierdurch unterliegen Bewegungen des Primärfederelements entsprechenden Hysteresen bzw. sind mit einer solchen ausgestattet und vollführen geeigneterweise stets nur diskrete Bewegungsschritte, zwischen denen keine oder praktisch keine Bewegungen des Federschekels bzw. Federarms erfolgen. Das Primärfederelement verharrt also quasi zwischen den Bewegungsschritten unabhängig von den Federwegen oder Schwingungen des Sekundärfederelementes.Since the spring leg or spring arm of the primary spring element rests on the oblique quiver wall or rests on a local contour to form a perpendicular to the wear direction biasing force experiences the primary spring element both in the variant with and without secondary spring element on the ramp (slope or gradient) a force component in the wear direction and a (negative) force component against the wear direction. As a result, movements of the primary spring element are subject to corresponding hystereses or are equipped with such and suitably always perform only discrete movement steps between which no or virtually no movements of the spring shackle or spring arm take place. The primary spring element thus remains virtually between the movement steps independent of the spring travel or vibrations of the secondary spring element.

Der Federweg des Sekundärfederelements ist bevorzugt kleiner als der Federweg des Primärfederelements. Insbesondere korrespondiert der Federweg des Sekundärfederelements mit dem zu erwartenden Hub der Querbewegungen innerhalb einer Umdrehung des Rotors. Der Federweg ist somit derart gewählt, dass der gesamte Hub von dem Sekundärfederelement ausgeglichen werden kann. Einerseits werden dadurch eine möglichst geringe (bewegte) Masse und damit eine geringe Trägheit, also eine hohe Dynamik des Sekundärfederelements erreicht. Andererseits kann durch den kleinen Federweg des Sekundärfederelements vorteilhafterweise Material und insbesondere Bauraum innerhalb des Köchers eingespart werden. In letzterem Fall kann wiederum die Länge der Bürste vergrößert werden.The spring travel of the secondary spring element is preferably smaller than the spring travel of the primary spring element. In particular, the spring travel of the secondary spring element corresponds to the expected stroke of the transverse movements within one revolution of the rotor. The spring travel is thus chosen such that the entire stroke can be compensated by the secondary spring element. On the one hand, the lowest possible (moving) mass and thus a low inertia, ie a high dynamic range of the secondary spring element are thereby achieved. On the other hand can be saved by the small spring travel of the secondary spring element advantageously material and in particular space within the quiver. In the latter case, in turn, the length of the brush can be increased.

In einer Ausführungsform sind das Primärfederelement von einer Schraubenfeder in Form einer Schenkelfeder gebildet und das Sekundärfederelement als Schraubenfeder ausgeführt. Vorzugsweise ist das Primärfederelement dabei mittels eines im Köcher geführten Koppelelements verbunden, welches wiederum mit dem Sekundärfederelement gekoppelt ist. Das Koppelelement bildet dabei einen Führungsschlitten, der vom Sekundärfederelement zumindest zu einem Teil dessen Länge umgeben ist.In one embodiment, the primary spring element are formed by a helical spring in the form of a leg spring and the secondary spring element is designed as a helical spring. Preferably, the primary spring element is connected by means of a guided in the quiver coupling element, which in turn is coupled to the secondary spring element. The coupling element forms a guide carriage, which is surrounded by the secondary spring element at least to a part of its length.

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

1 in perspektivischer Darstellung eine erste Variante des Bürstensystems mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Bürsten, die in jeweils einem Köcher mit in einer Köcherwand einem rampenartigen Längsschlitz gelagert sind, an dem sich der Federschenkel eines als Schenkelfeder ausgeführten Primärfederelements unter Vorspannung abstützt, 1 a perspective view of a first variant of the brush system with two diametrically opposed brushes, which are each mounted in a quiver with a quiver wall in a ramp-like longitudinal slot on which the spring leg of a designed as a leg spring primary spring element is supported under bias,

2 in perspektivischer Detaildarstellung die Anordnung des Köchers mit einliegender Bürste und daran über die Rampe angreifendem Federschenkel, 2 in a perspective detail view of the arrangement of the quiver with the brush and thereon acting on the ramp spring leg,

3 in einem Federkraft-Weg-Diagramm den hystereseartigen Kraftverlauf der Bürstenanpresskraft und der Gegenkraft entlang des Verschleißweges der Bürste, 3 in a spring force path diagram, the hysteresis-like force curve of the brush contact force and the counterforce along the wear path of the brush,

4 in schematischer Darstellung eine zweite Variante des Bürstensystems eines Elektromotors mit zueinander rechtwinklig angeordneten Bürsten, die in jeweils einem Köcher über eine Federanordnung mit einem zusätzlichen Sekundärfederkraft federnd gegen den Kommutator gelagert sind, sowie 4 a schematic representation of a second variant of the brush system of an electric motor with mutually perpendicular brushes, which are mounted in each case a quiver via a spring arrangement with an additional secondary spring force resiliently against the commutator, and

5 und 6 perspektivisch in einem vergrößerten Ausschnitt die Kopplung des im Köcher geführten Sekundärfederelementes und des als Schenkelfeder ausgeführten Primärfederelements, dessen der Bürste zugeordneter Federschenkel auf einer wiederum rampenförmigen Köcherwand unter Vorspannung aufliegt. 5 and 6 perspective view in an enlarged section of the coupling of the guided in the quiver secondary spring element and designed as a leg spring primary spring element, the brush associated spring leg rests on a turn ramped quiver wall under bias.

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

1 zeigt ein Bürstensystem 1 mit oder in Form einer Bürstenplatte 1a, die konzentrisch um einen Kommutator 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors angeordnet ist. Das Bürstensystem 1 umfasst zwei Bürsten (Kohlebürsten) 3, die in Kontakt mit dem Kommutator 2 stehen. Des Weiteren umfasst das Bürstensystem 1 zwei im Ausführungsbeispiel gegenüberliegend angeordnete, radial versetzte Köcher 4, in denen die Bürsten 3 geführt sind. Um eine Anpresskraft zwischen den Bürsten 3 und dem Kommutator 2 zu erzeugen, umfasst das Bürstensystem 1 für jede der Bürsten 3 eine Federanordnung 5. 1 shows a brush system 1 with or in the form of a brush plate 1a concentric around a commutator 2 a non-illustrated electric motor is arranged. The brush system 1 includes two brushes (carbon brushes) 3 who are in contact with the commutator 2 stand. Furthermore, the brush system includes 1 two oppositely arranged in the embodiment, radially offset quiver 4 in which the brushes 3 are guided. For a contact force between the brushes 3 and the commutator 2 to generate, includes the brush system 1 for each of the brushes 3 a spring arrangement 5 ,

Die Bürsten 3 dienen zur Stromübertragung auf den im Betrieb des Elektromotors rotierenden Kommutator 2 und damit auf die nicht näher dargestellten Wicklungen des Rotors des Elektromotors. Zur Stromübertragung weisen die Bürsten 3 an einer deren Seitenflächen jeweils ein Anschlusskabel 6 (4) auf. Während des Betriebs des Elektromotors drehen sich der Rotor und damit der Kommutator 2 um die gemeinsame Rotationsachse 7. Aufgrund des schleifenden Kontakts der Bürsten 3 mit dem Kommutator 2 unterliegen die Bürsten 3 einem Abrieb, so dass die Bürsten 3 sich über die Lebensdauer des Elektromotors abnutzten, d. h. verkürzen. Zudem kann es durch fertigungsbedingte Unwuchten oder Unrundheiten des Rotors und/oder des Kommutators 2 im Betrieb auch zu senkrecht zur Rotationsachse 7 gerichteten Querbewegungen der Kontaktflächen 8 (2) der Bürsten 3 mit dem Kommutator 2 kommen. Diese Querbewegungen wiederholen sich dabei mit jeder Umdrehung des Kommutators 2 und sind somit im Vergleich zu der Abnutzung der Bürsten 3 schnell und aufgrund ihrer Wiederholrate hochfrequent. Außerdem ist der Hub (die „Amplitude”) dieser Querbewegungen in Bezug auf die Längsausdehnung der Bürsten 3 sehr klein.The brushes 3 are used for power transmission to the rotating during operation of the electric motor commutator 2 and thus to the windings, not shown, of the rotor of the electric motor. For power transmission, the brushes 3 at one of their side surfaces in each case a connection cable 6 ( 4 ) on. During operation of the electric motor, the rotor and thus the commutator rotate 2 around the common axis of rotation 7 , Due to the abrasive contact of the brushes 3 with the commutator 2 subject to the brushes 3 an abrasion, leaving the brushes 3 worn over the life of the electric motor, ie shorten. In addition, it may be due to production-related imbalances or discontinuities of the rotor and / or the commutator 2 in operation also perpendicular to the axis of rotation 7 directed transverse movements of the contact surfaces 8th ( 2 ) of the brushes 3 with the commutator 2 come. These transverse movements are repeated with each revolution of the commutator 2 and are thus compared to the wear of the brushes 3 fast and high frequency due to their repetition rate. In addition, the stroke (the "amplitude") of these transverse movements is with respect to the longitudinal extent of the brushes 3 tiny.

Nachfolgend angeführte Richtungsangaben, nämlich die Axialrichtung (axial) A und die Radialrichtung (radial) R orientieren sich an der in 1 strichliniert und in 4 als Kreuz veranschaulichten Rotationsachse 7 der Motorwelle (Rotorwelle) 9 des Elektromotors.The directions given below, namely the axial direction (axial) A and the radial direction (radial) R are based on the in 1 dashed and in 4 illustrated as a cross axis of rotation 7 the motor shaft (rotor shaft) 9 of the electric motor.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 umfasst die Federanordnung 5 jeweils lediglich ein Primärfederelement 5a, das außerhalb des Köchers 4 angeordnet und als Schenkelfeder mit nachfolgend auch als Federarme bezeichneten Federschenkeln 10a, 10b ausgeführt ist. Das Primärfederelement 5a sitzt auf einem an die häufig auch als Bürstenträger bezeichnete Bürstenplatte 1a angeformten Zapfen oder Hohlzapfen 11 und ist von einem beispielsweise zinnenartig ausgestalteten zylindrischen Schacht 12 umgeben. Der dem Federschenkel 10a abgewandte Federschenkel 10b des Primärfederelementes 5a kann sich an einer als Widerlager 13 dienenden Anlagekontur des Schachte 11 abstützen. Der die Primärfeder 5a aufnehmende Schacht 12 ist mit einer kreis- oder ringförmigen Platte 14 verschlossen, wie dies bei der in 1 in der rechten Figurenhälfte dargestellten Feder- und Bürstenanordnung gezeigt ist.In the embodiment according to the 1 and 2 includes the spring assembly 5 in each case only one primary spring element 5a That's outside the quiver 4 arranged and as a leg spring with hereinafter referred to as spring arms spring legs 10a . 10b is executed. The primary spring element 5a sits on a brush plate often referred to as a brush holder 1a molded pin or hollow pin 11 and is of a crenellated cylindrical shaft, for example 12 surround. The spring leg 10a remote spring legs 10b of the primary spring element 5a can act as an abutment 13 serving plant contour of the shaft 11 support. The primary spring 5a receiving shaft 12 is with a circular or annular plate 14 closed, as in the case of 1 shown in the right half of the figure illustrated spring and brush assembly.

Mit dem Federschenkel 10a ragt das Primärfederelement 5a in einen Längsschlitz (Führungsschlitz) 15 einer Köcherwand 16 des jeweiligen Köchers 4, wobei der Längsschlitz 15 ein Gefälle in der in Radialrichtung R orientierten Bürstenandruck- bzw. Verschleißrichtung aufweist und somit eine in Bürstenandruck- bzw. Verschleißrichtung (R) geneigte Rampe 17 bildet. Das Primärfederelement 5a bzw. dessen Federschenkel 10a stütz sich dabei an bzw. auf der Rampe 17 derart ab, dass das Primärfederelement 5a bzw. dessen Federschenkel 10a eine Vorspannung in Axialrichtung A und somit senkrecht zur Verschleißrichtung (R) der Bürste 3 aufweist.With the spring leg 10a protrudes the primary spring element 5a in a longitudinal slot (guide slot) 15 a quiver wall 16 of the respective quiver 4 , where the longitudinal slot 15 has a slope in the direction R in the radial direction Bürstenandruckrichtung or wear direction and thus in Bürstenandruck- or wear direction (R) inclined ramp 17 forms. The primary spring element 5a or its spring leg 10a supports it on or on the ramp 17 such that the primary spring element 5a or its spring leg 10a a bias in the axial direction A and thus perpendicular to the wear direction (R) of the brush 3 having.

Der Federschenkel 10a des Primärfederelementes 5a liegt hierbei derart unter federkraftbedingter Vorspannung auf der Rampe 17 auf, dass in Folge der zur kommutatorseitigen Kontaktfläche 8 der jeweiligen Bürste 3 hin gerichteten Rampenneigung sowohl eine radiale als auch eine axiale Kraftkomponente F_r bzw. F_a wirkt, die in 2 veranschaulicht sind. Die radiale Kraftkomponente F_r bewirkt die Anpresskraft der Bürste 3 gegen den Kommutator 2 und aufgrund des betriebsbedingten Bürstenabriebs eine Bewegung der Bürste 3 entlang eines radialen Verstell- oder Verschleißweges s (3) in Richtung des Kommutators 2. Die axiale Kraftkomponente F_a bewirkt die Vorspannung des Federschenkels 10a bzw. des Primärfederelementes 5a auf oder an die Rampe 17, so dass sich der Federschenkel 10a reibschlüssig auf bzw. an der Rampe 17 abstützt.The spring leg 10a of the primary spring element 5a is in this case under spring force bias on the ramp 17 on, that in consequence of the commutator-side contact surface 8th the respective brush 3 directed ramp slope both a radial and an axial force component F _r and F _a acts, the in 2 are illustrated. The radial force component F _r causes the contact force of the brush 3 against the commutator 2 and due to the operational brush abrasion, a movement of the brush 3 along a radial displacement or wear path s ( 3 ) in the direction of the commutator 2 , The axial force component F _a causes the bias of the spring leg 10a or of the primary spring element 5a on or to the ramp 17 so that the spring leg 10a frictionally engaged on or at the ramp 17 supported.

Wie aus 2 erkennbar ist und anhand der 3 nachfolgend näher erläutert wird, umfasst die Rampe 17 mindestens zwei in Bürstenandruck- und Radialrichtung R aufeinanderfolgende Rampenabschnitte 16a und 16b mit unterschiedlichen Neigungen (Neigungswinkeln) und/oder Neigungskonturen. Dabei ist die Neigung des der kommutatorseitigen Kontaktfläche 8 der Bürste 3 nächstgelegenen Rampenabschnitts 17a größer als die Neigung des sich in Gegenrichtung zur Bürstenandruckrichtung anschließenden Rampenabschnitts 17b. Insbesondere dessen Neigung oder Neigungskontur kann in Axialrichtung A nach außen gewölbt – also konkav – oder auch nach innen gewölbt – also konvex – ausgeführt sein.How out 2 is recognizable and based on the 3 will be explained in more detail below, includes the ramp 17 at least two in Bürstenandruck- and radial direction R consecutive ramp sections 16a and 16b with different inclinations (inclination angles) and / or inclination contours. In this case, the inclination of the commutator-side contact surface 8th the brush 3 nearest ramp section 17a greater than the inclination of the ramp section adjoining in the opposite direction to the brush pressure direction 17b , In particular, its inclination or inclination contour can be curved in the axial direction A to the outside - ie concave - or curved inward - so be convex - executed.

Wie anhand der in 3 gezeigten Federkraft-Weg-Verläufe F_1,2(s) mit an der Abszisse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems abgetragenem Verschleißweg s der Bürste 3 und an der Ordinate abgetragener Federkraft F veranschaulicht, werden mit dem Rampenverlauf bzw. mit deren unterschiedlichen Neigungen (Neigungswinkeln, Neigungskonturen) der sich aneinander anschließenden Rampenabschnitte 16a und 16b entlang der Rampe 17 die gewünschten Kraftverläufe F₁(s) und F₂(s) in bzw. entgegen des Verstell- oder Verschleißweges (R) der Bürste 3 besonders effektiv und zuverlässig erzielt. Die gezeigten Verläufe F_1,2(s) repräsentieren mehrere Messungen mit Federanordnungen 5 mit lediglich dem Primärfederelement 5a und mit Federanordnungen 5 mit sowohl dem Primärfederelement 5a als auch einem hiermit in Reihe geschalteten Sekundärfederelement 5b (4).As based on the in 3 shown spring force-displacement curves F _1.2 (s) with at the abscissa of the illustrated Cartesian coordinate system worn wear path s of the brush 3 and illustrated on the ordinate ablated spring force F, with the ramp course or with their different inclinations (inclination angles, inclination contours) of the adjoining ramp sections 16a and 16b along the ramp 17 the desired force curves F ₁ (s) and F ₂ (s) in or against the adjustment or wear path (R) of the brush 3 achieved particularly effective and reliable. The curves F _1,2 (s) shown represent several measurements with spring arrangements 5 with only the primary spring element 5a and with spring arrangements 5 with both the primary spring element 5a as well as a hereby connected in series secondary spring element 5b ( 4 ).

Grund für diese Federkraftcharakteristik ist, dass sich der Federschenkel 10a des Primärfederelementes 5a unter Ausbildung einer Hysterese unter Vorspannung an der Rampe 17 abstützt. Dadurch bedingt ist der Kraftverlauf F₁(s) über den gesamten radial verlaufenden Verstell- bzw. Verschleißweg s aufgrund der in dieser Richtung R zum Kommutator 2 hin abfallenden Rampe 17 zumindest annähernd gleichbleibend. Demgegenüber ist die vom Kommutator 2 her wirkende Gegenkraft aufgrund der in dieser Gegenrichtung ansteigenden Rampe (Rampenanstieg) 17 vergleichsweise groß und nimmt entlang des Verschleißweges s der Bürste 3 entsprechend der Rampensteigung der Rampenabschnitte 17a, 17b zu. Dieser Hystereseeffekt führt dazu, dass ein betriebsbedingtes Abheben der Bürste 3 vom Kommutator 2 vorteilhaft zumindest erheblich gedämpft wird.The reason for this spring force characteristic is that the spring leg 10a of the primary spring element 5a forming a hysteresis under bias on the ramp 17 supported. As a result, the force curve F ₁ (s) over the entire radially extending displacement or wear path s due to the direction R in this direction to the commutator 2 down sloping ramp 17 at least approximately constant. In contrast, that of the commutator 2 counteracting force due to the ramp rising in this opposite direction (ramp rise) 17 comparatively large and increases along the wear path s of the brush 3 according to the ramp slope of the ramp sections 17a . 17b to. This hysteresis effect leads to an operational lifting of the brush 3 from the commutator 2 advantageous is at least significantly attenuated.

4 zeigt analog zu 1 ein Bürstensystem 1 mit wiederum einer Bürstenplatte (Bürstenträger) 1a, die konzentrisch um den strichliniert angedeuteten Kommutator 2 angeordnet ist. Das Bürstensystem 1 umfasst zwei in hier rechtwinklig zueinander angeordneten Köchern 4 geführte und in Kontakt mit dem Kommutator 2 stehende Bürsten 3. Um die Anpresskraft zwischen den Bürsten 3 und dem Kommutator 2 zu erzeugen, umfasst das Bürstensystem 1 für jede der Bürsten 3 jeweils wiederum die Federanordnung 5, die hier jedoch jeweils ein Primärfederelement 5a sowie ein Sekundärfederelement 5b aufweisen, was ist in 4 durch in Reihe wirksame und in Bürstenandruckrichtung (Verschleiß-/Radialrichtung) R orientierte Kraftpfeile veranschaulicht und in den 5 und 6 konkret gezeigt ist. 4 shows analogously to 1 a brush system 1 again with a brush plate (brush holder) 1a concentric around the dashed line commutator 2 is arranged. The brush system 1 comprises two quivers arranged at right angles to each other 4 guided and in contact with the commutator 2 standing brushes 3 , To the contact force between the brushes 3 and the commutator 2 to generate, includes the brush system 1 for each of the brushes 3 in turn, each spring arrangement 5 , but here each a primary spring element 5a and a secondary spring element 5b show what is in 4 illustrated by in series and in Bürstenandruckrichtung (wear / radial direction) oriented R force arrows and in the 5 and 6 is shown concretely.

Diese Federanordnung 5 ist dazu eingerichtet und vorgesehen, einerseits über die Lebensdauer des Elektromotors den Abrieb der Bürsten 3 auszugleichen, d. h. die Bürsten 3 in Richtung auf den Kommutator 2 nachzustellen oder nachzuführen. Andererseits werden die Bürsten 3 mit einer hinreichend hohen Dynamik an den Kommutator 2 angedrückten, so dass auch bei hochfrequenten Querbewegungen des Kommutators 2 die Bürsten 3 nicht von diesem abheben.This spring arrangement 5 is set up and provided, on the one hand over the life of the electric motor, the abrasion of the brushes 3 compensate, ie the brushes 3 towards the commutator 2 adjust or track. On the other hand, the brushes 3 with a sufficiently high dynamic to the commutator 2 pressed on, so that even with high-frequency transverse movements of the commutator 2 the brushes 3 do not stand out from this.

Das Primärfederelement 5a und das Sekundärfederelement 5b sind jeweils durch eine Schraubenfeder, d. h. durch einen schrauben- oder wendelartig um eine Längsachse der jeweiligen Feder gewickelten Federdraht gebildet. Das Primärfederelement 5a weist einen größeren Wicklungsdurchmesser auf als das Sekundärfederelement 5b.The primary spring element 5a and the secondary spring element 5b are each formed by a helical spring, ie by a helical or helical wound around a longitudinal axis of the respective spring spring wire. The primary spring element 5a has a larger winding diameter than the secondary spring element 5b ,

Der Federschenkel 10a des wiederum auf einem Zapfen 11 außerhalb des Köchers 4 angeordneten und als Schenkelfeder ausgeführten Primärfederelements 5a ist endseitig mit einem im Köcher 4 verschiebbar geführten Koppelelement 18 verbunden. Dieses ist auf der dem Kommutator 2 abgewandten Bürstenseite seinerseits mit dem Sekundärfederelement 5b gekoppelt und hierzu beispielsweise von einigen Windungen des Sekundärfederelements 5b umgeben bzw. in dieses eingeführt.The spring leg 10a in turn on a cone 11 outside the quiver 4 arranged and designed as a leg spring primary spring element 5a is end with one in the quiver 4 slidably guided coupling element 18 connected. This is on the commutator 2 remote brush side in turn with the secondary spring element 5b coupled and this example of a few turns of the secondary spring element 5b surrounded or introduced into this.

Mit diesem Federschenkel 10a übergreift das Primärfederelement 5a wiederum eine Köcherkante einer der Köcherwänd 16, die ein Gefälle in Bürstenandruck- bzw. Verschleißrichtung aufweist und somit die in Bürstenandruck- bzw. Verschleißrichtung (R) geneigte Rampe 17 bildet. Das Primärfederelement 5a bzw. dessen Federschenkel 10a stütz sich dabei an der Köcherwand 16 derart ab, dass das Primärfederelement 5a bzw. dessen Federschenkel 10a wiederum eine Vorspannung senkrecht zur Verschleißrichtung der Bürste 3 aufweist.With this spring leg 10a engages over the primary spring element 5a again a quiver's edge of one of the quiver walls 16 , which has a slope in Bürstenandruck- or wear direction and thus in Bürstenandruck- or wear direction (R) inclined ramp 17 forms. The primary spring element 5a or its spring leg 10a supports itself on the quiver wall 16 such that the primary spring element 5a or its spring leg 10a again a bias perpendicular to the wear direction of the brush 3 having.

Zum Ausgleich des Abriebs der Bürsten 3 weist das Primärfederelement 5a somit einerseits einen Federweg auf, der mindestens der Länge des zu erwartenden Abriebs der Bürste 3 entspricht. Andererseits wird dieser Federweg vom Federschenkel (Federarm) 10a nicht linear mit der betriebsbedingt kontinuierlichen Verkürzung der Bürste 3 in Folge deren Abrieb durchlaufen, sondern aufgrund der Reibung zwischen dem Federschenkel 10a und der Rampe 17 hysteresebehaftet und in diskreten Schritten durchlaufen. Innerhalb dieser diskreten, schalt- oder schalterartigen Bewegungsschritte kann das Sekundärfederelement 5b dynamischen und insbesondere hochdynamischen Schwingungen der Bürste 3 folgen und hierbei den Kraftunterschied in den Bewegungsrichtungen unter Abfederung dieser Schwingungen ausnutzen, ohne dass auch das Primärfederelement 5a bzw. dessen Federschenkel 10a in den über die Neigung der Rampe 17 und die Federvorspannung eingestellten hysteresebedingten Kraftrenzen eine nennenswerte Bewegung vollführt. Erst wenn durch einen bestimmten Abnutzungsgrad der Bürste 3 oder durch entsprechende Schwingungsamplituden des Sekundärfederelementes 5b diese Kraftgrenzen überschritten werden, erfolgt auch eine Bewegung des Federschenkel 10a des Primärfederelements 5a in Bürstenandruckrichtung (Verschleißrichtung) und eine dadurch bedingte Nachführung der Bürste 3 inklusive des Sekundärfederelementes 5b in Richtung des Kommutators 2. Bei erheblichen Schwingungsamplituden des Sekundärfederelementes 5b kann der Federschenkel 10a des Primärfederelementes 5a entlang der Rampe 17 in diskreten Bewegungsschritten auch entgegen der Verschleißrichtung ausweichen.To compensate for the abrasion of the brushes 3 has the primary spring element 5a thus on the one hand a spring travel, the at least the length of the expected abrasion of the brush 3 equivalent. On the other hand, this spring travel from the spring leg (spring arm) 10a not linear with the operationally continuous shortening of the brush 3 as a result, undergo their abrasion, but due to the friction between the spring leg 10a and the ramp 17 hysteresis and go through in discrete steps. Within these discrete, switching or switch-like movement steps, the secondary spring element 5b dynamic and in particular highly dynamic oscillations of the brush 3 Follow this and exploit the difference in force in the directions of motion while absorbing these vibrations without the primary spring element 5a or its spring leg 10a in the over inclination of the ramp 17 and the spring preload set hysteresebraften force limits performs a significant movement. Only when by a certain degree of wear of the brush 3 or by corresponding vibration amplitudes of the secondary spring element 5b These force limits are exceeded, there is also a movement of the spring leg 10a of Primary spring element 5a in Bürstenandruckrichtung (wear direction) and consequent tracking of the brush 3 including the secondary spring element 5b in the direction of the commutator 2 , At considerable vibration amplitudes of the secondary spring element 5b can the spring leg 10a of the primary spring element 5a along the ramp 17 Dodge in discrete steps of movement also against the wear direction.

Das Sekundärfederelement 5b ist dagegen dazu eingerichtet und vorgesehen, den Kontakt der Bürsten 3 bei hochfrequenten Querbewegungen aufrecht zu erhalten. Dazu weist das Sekundärfederelement 5b einen im Vergleich zu dem Primärfederelement 5a geringen Federweg auf. Das Sekundärfederelement 5b weist auch eine geringere Trägheit auf als das Primärfederelement 5a in Bezug auf eine Längsbewegung der Bürste 3, also in Bezug auf eine Querbewegung des Kommutators 2.The secondary spring element 5b On the other hand, it is designed and provided for the contact of the brushes 3 to maintain at high frequency transverse movements. For this purpose, the secondary spring element 5b one compared to the primary spring element 5a low travel on. The secondary spring element 5b also has a lower inertia than the primary spring element 5a with respect to a longitudinal movement of the brush 3 , ie in relation to a transverse movement of the commutator 2 ,

Aufgrund der Trägheit und insbesondere aufgrund der Hysterese des Primärfederelements 5a gegenüber dem Sekundärfederelement 5b ist das Primärfederelement 5a nahezu vollständig von den hochfrequenten Querbewegungen des Kommutators 2 entkoppelt, reagiert also praktisch nahezu nicht auf diese Querbewegungen. Auch kann das Koppelelement 18 eine Zusatzmasse ausbilden und/oder reibschlüssig mit dem Köcher 4 gekoppelt sein, so dass die Trägheit der Bewegung des Federschenkels 10a erhöht wird.Due to the inertia and in particular due to the hysteresis of the primary spring element 5a opposite the secondary spring element 5b is the primary spring element 5a almost completely from the high-frequency transverse movements of the commutator 2 decoupled, so almost practically does not respond to these transversal movements. Also, the coupling element 18 form an additional mass and / or frictionally with the quiver 4 be coupled, so that the inertia of the movement of the spring leg 10a is increased.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

So kann die Rampe 16 bzw. das Gefälle zum Kommutator 2 hin, also in Verschleißrichtung (R), auch an der oberen Kante des in die Köcherwand 16 eingebrachten Längs- oder Führungsschlitzes 15 gebildet sein, so dass der Federschenkel 10a des Primärfederelementes 5a dort unter entsprechend gewünschter Federvorspannung anliegt.That's how the ramp can do 16 or the gradient to the commutator 2 towards the wear direction (R), also at the upper edge of the in the quiver wall 16 introduced longitudinal or guide slot 15 be formed, so that the spring leg 10a of the primary spring element 5a there under appropriate desired spring preload is applied.

Zudem kann bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 auch die Federanordnung 5 mit zusätzlichem Sekundärfederelement 5a vorgesehen und der Federschenkel 10a des Primärfederelementes 5a im Köcher 4 direkt oder indirekt über das Koppelelement 18 gegen das Sekundärfederelement 5b geführt sein. Diese Ausführungsform eignet sich besonders bei einem umfangsseitig nahezu geschlossenen, lediglich mit dem Längsschlitz 15 versehenen Köcher 4, über welchen Längsschlitz 15 das Anschlusskabel 6 aus dem Köcher 4 herausgeführt wird. Ferner kann bei der Ausführungsvariante gemäß den 4 bis 6 auch lediglich das einzelne Primärfederelement 5a als Federanordnung 5 vorgesehen sein.In addition, in the embodiment according to the 1 and 2 also the spring arrangement 5 with additional secondary spring element 5a provided and the spring leg 10a of the primary spring element 5a in the quiver 4 directly or indirectly via the coupling element 18 against the secondary spring element 5b be guided. This embodiment is particularly suitable for a circumferentially almost closed, only with the longitudinal slot 15 provided quiver 4 over which longitudinal slot 15 the connection cable 6 from the quiver 4 is led out. Furthermore, in the embodiment according to the 4 to 6 also only the single primary spring element 5a as a spring arrangement 5 be provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bürstensystembrush system
1a1a: Bürstenplatte/-trägerBrush plate / operators
22: Kommutatorcommutator
33: (Kohle-)Bürste(Coal) brush
44: Köcherquiver
55: Federanordnungspring assembly
5a5a: PrimärfederelementPrimary spring element
5b5b: SekundärfederelementSecondary spring element
66: Anschlusskabelconnection cable
77: Rotationsachseaxis of rotation
7a7a: Motor-/RotorwelleEngine / rotor shaft
88th: Kontaktflächecontact area
99: Motor-/RotorwelleEngine / rotor shaft
10a10a: Federschenkel/FederarmSpring leg / arm
10b10b: Federschenkel/FederarmSpring leg / arm
1111: Hohl-/ZapfenHollow / peg
1212: Schachtshaft
1313: Widerlagerabutment
1414: Platteplate
1515: Längs-/FührungsschlitzMains / guide slot
1616: Köcherwandquiver wall
1717: Ramperamp
1818: Koppelelementcoupling element
AA: Axialrichtungaxially
F_a F _a: Axialkraftaxial force
F_r F _r: Radialkraftradial force
RR: Radial-/BürstenandruckrichtungRadial / Bürstenandruckrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2007/141249 A1 [0001]

Claims

Brush system ( 1 ) for an electric motor, with at least one in a quiver ( 4 ) guided brush ( 3 ) and with a spring arrangement ( 5 ) for generating a contact force between the brush ( 3 ) and a commutator ( 2 ) of the electric motor, wherein the spring arrangement ( 5 ) a primary spring element ( 5a ) with one on the brush ( 3 ) and this against the commutator ( 2 ) radially biasing spring legs ( 10a ), characterized in that the spring leg ( 10a ) of the primary spring element ( 5a ) on a ramp descending in the direction of brush pressure (R) ( 17 ) is supported to form a radial force component (F _r ) oriented in brush pressure direction (R) and an axial force component (F _a ) orthogonal thereto.

Brush system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the spring leg ( 10a ) of the primary spring element ( 5a ) to form a hysteresis under bias on the ramp ( 17 ) is supported.

Brush system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the ramp ( 17 ) from a quiver wall ( 16 ) of the quiver ( 4 ) or of a longitudinal slot extending in brush pressure direction (R) ( 15 ) in the quiver wall ( 16 ) is formed.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ramp ( 17 ) at least two in Bürstenandruckrichtung (R) successive ramp sections ( 17a . 17b ) with different inclinations, inclination angles and / or inclination contours.

Brush system ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the inclination or the angle of inclination of one of the commutator-side contact surface ( 8th ) of the brush ( 3 ) facing first ramp section ( 17a ) is greater than the inclination or the angle of inclination of the contact surface ( 8th ) facing away from the second ramp section ( 17b ).

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the primary spring element ( 5a ) is formed as a leg spring, which on one on a brush plate ( 1a ) outside of the quiver ( 4 ) molded trunnions ( 11 ) and / or within a, in particular cylindrical, shaft ( 12 ) sits.

Brush system ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the with the brush ( 3 ) coupled spring legs ( 10a ) facing away from the spring legs ( 10b ) of the primary spring element ( 5a ) on one of the trunnions ( 11 ) or at the shaft ( 12 ) trained abutment ( 13 ) is supported.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the spring arrangement ( 5 ) to the primary spring element ( 5a ) connected in series secondary spring element ( 5b ), which is between the brush ( 3 ) and the primary spring element ( 5a ) is arranged.

Brush system ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the secondary spring element ( 5b ) with respect to a change in length along the Bürstenandruckrichtung (R) with respect to the primary spring element ( 5a ) is designed low inertia.

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