DE102014214075A1

DE102014214075A1 - Elektrische Maschine mit spezieller Kontaktbürstengeometrie

Info

Publication number: DE102014214075A1
Application number: DE102014214075.7A
Authority: DE
Inventors: Ina Constantinides; Sonja Frohnert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Schunk Carbon Technology GmbH; Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-21
Also published as: WO2016008623A1; CN106663908A; BR112017000920A2

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (30) vorgeschlagen, welche einen Rotor (32), einen Kommutator (20) mit einer Kontaktfläche (22) und eine Kontaktbürste (12, 12a, 12b) mit einer Lauffläche (10) aufweist. Die Lauffläche (10) ist der Kontaktfläche (22) zugewandt und steht mit dieser in elektrischem Kontakt. Dabei weist die Lauffläche (10) zumindest in einem Teilbereich eine längliche Vertiefung (14) auf. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die längliche Vertiefung (14) einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Dadurch kann die Vertiefung (14) in Querrichtung verhältnismäßig schmal und präzise gefertigt werden, so dass Kontaktbahnen (34) von Kontaktbürsten (12, 12a, 12b) unterschiedlicher elektrischer Polung im Wesentlichen deckungsgleich sein können und so eine unterschiedlich starke Degradation der elektrischen Kontakte vermieden werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Kommutator, welche beispielsweise als Elektromotor, insbesondere für eine Pumpenvorrichtung, oder als Generator eingesetzt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Maschinen, insbesondere bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, weisen in der Regel einen rotierbaren Rotor und einen relativ zum Rotor stillstehenden Stator auf. Zur Stromversorgung des Rotors bzw. wenigstens einer Rotorwicklung des Rotors und/oder zur Informationsübertragung ist ferner meist ein Kommutator vorgesehen, welcher eine Kontaktfläche aufweist, die Teil des Rotors oder zumindest drehfest mit diesem verbunden sein kann und die mit wenigstens einer relativ zum Rotor stillstehenden Kontaktbürste in elektrischem Kontakt stehen kann. Die Kontaktbürste kann dazu eine Lauffläche aufweisen, welche bei Rotation des Rotors in Berührkontakt bzw. Gleitkontakt mit der Kontaktfläche des Kommutators stehen kann.
Derartige elektrische Maschinen können insbesondere als nasslaufende elektrische Maschinen eingesetzt werden, bei denen der Gleitkontakt von einem flüssigen Medium umgeben und/oder umspült sein kann. Dies ist häufig etwa bei Elektrokraftstoffpumpen der Fall, welche zum Fördern von Kraftstoff, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden können.
Im Hinblick auf eine Zuverlässigkeit und eine möglichst hohe Leistung der elektrischen Maschine sollte der Gleitkontakt einen möglichst geringen ohmschen Widerstand aufweisen, welcher kaum von Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine, wie etwa einer Drehzahl, einer Stromstärke bzw. Stromdichte, einer elektrischen Spannung oder einer Temperatur abhängig sein sollte. Ferner sollte der ohmsche Widerstand möglichst über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Maschine hinweg annähernd konstant sein.
Bei einer nasslaufenden elektrischen Maschine kann jedoch der sogenannte „Low-Flow“-Effekt auftreten, der auf einen erhöhten ohmschen Widerstand des Gleitkontaktes zurückgeführt werden kann. Dieser Effekt wird auch als „Filming-Effekt“ oder „Tired Pump-Effekt“ bezeichnet und kann dazu führen, dass aufgrund des erhöhten Widerstandes die Leistung sowie der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine mit der Laufzeit abnehmen können. In modernen nasslaufenden elektrischen Maschinen wird diesem Effekt in der Regel durch einen zunehmenden Verschleiß der Lauffläche der Kontaktbürste und/oder der Kontaktfläche des Kommutators entgegengewirkt.
So beschreibt die DE 10 2011 090 078 einen Gleitkontakt eines Kommutators für eine elektrische Maschine, bei welchem in eine Kollektorkontaktfläche über Kollektordrainagevertiefungen verfügt, um ein Aufschwimmen der Kontaktbürste und eine damit einhergehende Unterbrechung des elektrischen Kontaktes zu vermeiden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung erlauben in vorteilhafter Weise, eine Leistung und/oder einen Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine, insbesondere einer nasslaufenden elektrischen Maschine, annähernd konstant über die Lebensdauer zu halten.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa einen Elektromotor oder einen Generator. Die elektrische Maschine weist einen Rotor sowie einen Kommutator mit einer Kontaktfläche auf. Weiter weist die elektrische Maschine eine Kontaktbürste mit einer Lauffläche auf, welche der Kontaktfläche zugewandt ist und welche mit dieser in elektrischem Kontakt steht, wobei die Lauffläche zumindest in einem Teilbereich eine längliche Vertiefung aufweist. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die längliche Vertiefung einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Maschine zwei Kontaktbürsten auf, welche derart angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Laufflächen die Kontaktfläche des Kommutators jeweils entlang umlaufenden Kontaktbahnen kontaktieren, wobei die Kontaktbürsten derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sich ihre Kontaktbahnen zumindest überwiegend überlappen. Die Kontaktbahnen der beiden Kontaktbürsten können beispielsweise mehr als 50% der Fläche, vorzugsweise mehr als 90% der Fläche, überlappen. Die beiden Kontaktbürsten können in der elektrischen Maschine unterschiedlich elektrisch gepolt sein und einen Pluspol sowie einen Minuspol zur Stromversorgung des Rotors bereitstellen und jeweils wenigstens ein Bereich der Kontaktfläche und/oder des Kommutators, beispielsweise ein Segment der Kontaktfläche, kontaktieren. Der Kommutator und/oder die Kontaktfläche kann dazu wenigstens zwei Segmente bzw. Teilbereiche aufweisen, welche elektrisch gegeneinander isoliert sein können. Auch können mehr als zwei Kontaktbürsten zur elektrischen Kontaktierung des Rotors bzw. zur Kontaktierung mehrerer Segmente vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Lauffläche mehrere Vertiefungen mit dreieckigem Querschnitt auf, welche in einer Richtung orthogonal zur Umlaufrichtung und parallel zur Lauffläche voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten können die Vertiefungen in einer radialen Richtung des Rotors bzw. der Kontaktfläche voneinander beabstandet sein.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann etwa dazu ausgeführt sein, eine Pumpenvorrichtung zum Fördern eines flüssigen Mediums zu betreiben. Dazu kann die elektrische Maschine nasslaufend ausgeführt sein, d.h. sie kann in das flüssige Medium eingebracht sein, so dass der Gleitkontakt zwischen Kontaktfläche und Lauffläche von dem Medium umspült bzw. umgeben sein kann, wie es etwa bei einer Elektrokraftstoffpumpe der Fall sein kann.
Wie eingangs beschrieben, kann es bei einem von einem flüssigen Medium umspülten Gleitkontakt zum sogenannten „Filming-Effekt“ kommen, welcher mit zunehmender Laufzeit der elektrischen Maschine zu einer Degradation des elektrischen Kontaktes, d.h. zu einem zunehmenden ohmschen Widerstand führen kann. Dieser Effekt kann vermutlich auf elektrolytische und/oder elektrochemische Prozesse am Gleitkontakt zurückgeführt werden. Dem „Filming-Effekt“ kann zumindest teilweise durch Verschleiß der Lauffläche und/oder der Kontaktfläche entgegengewirkt werden. Ein ausreichender Verschleiß kann jedoch bei gewissen Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine, wie etwa einer geringen Laufzeit, einer geringen Drehzahl und/oder einer geringen Stromdichte bisweilen nicht erreicht werden, so dass weitere Maßnahmen notwendig sein können.
Die vorliegende Erfindung kann daher auf den nachfolgend beschriebenen Ideen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Bisher wurde durch das Design von Kontaktbürste und Kommutator davon ausgegangen, dass die Laufflächen und/oder die Kontaktbahnen von Kontaktbürsten unterschiedlichen Vorzeichens des Stromes, d.h. die Kontaktbahnen der Plusbürste mit denen der Minusbürste, identisch sind. Während einer Rotation des Rotors ändert so der Kommutator bzw. ein Segment des Kommutators sein Potential, d.h. während einer Rotation ist ein Segment abwechselnd Anode und Kathode. Etwaige durch das flüssige Medium an dem jeweiligen Gleitkontakt bzw. der jeweiligen Kontaktbahn hervorgerufene elektrochemische und/oder elektrolytische Vorgänge finden dadurch alternierend statt, so dass über die Laufzeit der elektrischen Maschine kaum Änderungen in den ohmschen Widerständen zwischen Plusbürste und Minusbürste zu erwarten wären. Dies ist jedoch nur dann der Fall, wenn die Kontaktbahnen bzw. Laufspuren der jeweiligen Kontaktbürsten ideal aufeinander fallen und übereinstimmen. Designbedingt kann jedoch oft nicht, insbesondere nicht über die gesamte Laufzeit der elektrischen Maschine, sichergestellt werden, dass die jeweiligen Kontaktbahnen deckungsgleich sind, so dass es zur Ausbildung von unipolar belasteten Kontaktbahnen kommen kann und etwa eine Kontaktbahn dauerhaft mit einem festen elektrischen Potential belegt sein kann. Dies kann je nach Medium zu unterschiedlich starken elektrochemischen und/oder elektrolytischen Mechanismen führen, was wiederum zu unterschiedlich hohen ohmschen Widerständen zwischen Plusbürste und Kommutator sowie zwischen Minusbürste und Kommutator führen kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung von länglichen Vertiefungen mit dreieckigem Querschnitt in den Laufflächen der Kontaktbürsten kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Kontaktbahnen der jeweiligen Kontaktbürsten auf dem Kommutator im Wesentlichen überlappen und deckungsgleich sind, so dass der „Filming-Effekt“ größtenteils oder gänzlich vermieden werden kann. Dies kann insbesondere fertigungstechnisch begründet sein, da Fehlertoleranzen bezüglich Abmessungen der Vertiefungen mit dreieckigem Querschnitt verhältnismäßig gering gehalten werden und die Vertiefungen quer zu deren Längserstreckungsrichtung so verhältnismäßig klein ausgestaltet werden können. Dadurch kann erreicht werden, dass verhältnismäßig breite Flächen zwischen jeweils zwei direkt benachbarten Vertiefungen bereitgestellt werden können, welche als Kontaktbahnen dienen können und mit den Kontaktbahnen einer weiteren Kontaktbürste nahezu deckungsgleich sein können, um dem „Filming-Effekt“ entgegen zu wirken.
Dies kann überdies Streuungen in einer Performance der jeweiligen Gleitkontakte vorteilhaft reduzieren, was wiederum zu einer prozesssichereren Herstellung der elektrischen Maschine und einer grösseren Sicherheit hinsichtlich einer Systemauslegung sowie einer Einhaltung von Spezifikationen, wie etwa einer Nennleistung oder eines Nennwirkungsgrades, führen kann.
Die länglichen Vertiefungen können etwa als kanalartige, im Querschnitt dreieckige Rillen und/oder Furchen in der Lauffläche einer Kontaktbürste ausgestaltet sein. Die Vertiefungen können je eine Haupterstreckungsrichtung aufweisen, welche beispielsweise vornehmlich entlang einer Umlaufrichtung des Rotors ausgestaltet sein kann. Die Umlaufrichtung des Rotors kann dabei durch die Gesamtheit von Tangentenrichtungen an jeden Punkt eines Umfangs einer Stirnseite des Rotors gegeben sein. Die Haupterstreckungsrichtung einer Vertiefung kann somit bogenförmig entlang der Umlaufrichtung verlaufen. Der Querschnitt der Vertiefung kann einen Schnitt durch die Vertiefung entlang einer Ebene orthogonal zur Lauffläche und orthogonal zur Umlaufrichtung bzw. orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung der jeweiligen Vertiefung bezeichnen.
Der Rotor kann rotierbar sein und beispielsweise zylindersymmetrisch ausgestaltet sein. Der Kommutator kann Teil des Rotors oder drehfest mit diesem verbunden sein, so dass die Kontaktfläche mit dem Rotor rotieren kann. Die Kontaktfläche kann beispielsweise wenigstens einen Teilbereich wenigstens einer Stirnfläche des Rotors bezeichnen. Die Kontaktfläche kann auch zumindest einen Teilbereich eines Kollektors bezeichnen, welcher dem Kommutator und/oder dem Rotor zugeordnet sein kann.
Die Kontaktbürste kann relativ zum Rotor, zum Kommutator und/oder zur Kontaktfläche stillstehend und beispielsweise als Kohlebürste ausgestaltet sein. Über ihre Lauffläche kann die Kontaktbürste in Berührkontakt bzw. Gleitkontakt bzw. Schleifkontakt mit zumindest einem Segment der Kontaktfläche des Kommutators in Verbindung stehen. Über diesen Kontakt kann der Rotor bzw. wenigstens eine Rotorwicklung desselben mit Strom versorgt werden. Auch kann der Rotor über den Gleitkontakt, beispielsweise hinsichtlich einer Drehzahl oder eines Drehmoments, gesteuert oder geregelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Lauffläche mehrere Vertiefungen mit dreieckigem Querschnitt auf, welche sich parallel zueinander erstrecken. Mit anderen Worten können die Haupterstreckungsrichtungen der jeweiligen Vertiefungen parallel zueinander verlaufen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen jeweils zwei direkt benachbarte Vertiefungen einen Abstand d auf, welcher größer als eine Breite b der Vertiefungen ist. Die Breite der Vertiefungen kann dabei eine maximale Breite der Vertiefungen sein, welche einen Abstand zweier Außenkanten der dreieckigen Vertiefung bezeichnen kann, wobei die Breite b in einer Richtung orthogonal zur Umlaufrichtung und parallel zur Lauffläche bemessen sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand d zweier benachbarter Vertiefungen wenigstens doppelt so groß wie die Breite b der Vertiefungen. Auf der Lauffläche kann so orthogonal zur Umlaufrichtung eine Art Wellenprofil mit ebenen Wellenbergen und dreieckigen Wellentälern ausgebildet sein, wobei die Wellenberge breiter als die Wellentäler sein können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand d zweier benachbarter Vertiefungen 0,25 mm bis 0,55 mm, und die Breite b der Vertiefungen beträgt 0,05 mm bis 0,25 mm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand d zweier benachbarter Vertiefungen 0,35 mm bis 0,45 mm, und die Breite b der Vertiefungen beträgt 0,1 mm bis 0,2 mm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vertiefung eine Tiefe t zwischen 0,05 mm und 0,2 mm auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kontaktbürste für eine elektrische Maschine, wobei die Kontaktbürste eine Lauffläche aufweist, welche in einem eingebauten Zustand in der elektrischen Maschine einer Kontaktfläche eines Kommutators der elektrischen Maschine zugewandt ist und mit dieser in elektrischem Kontakt steht. Die Lauffläche weist zumindest in einem Teilbereich eine längliche Vertiefung auf. Die Kontaktbürste zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die längliche Vertiefung einen dreieckigen Querschnitt aufweist, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
1A und 1B zeigen schematisch jeweils einen Teil einer elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
2A zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Lauffläche einer Kontaktbürste für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2B zeigt schematisch einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die Lauffläche aus 2A.
3 zeigt schematisch einen Teil eines Gleitkontakts zwischen einer Kontaktbürste und einem Kommutator einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1A und 1B zeigen schematisch einen Teil einer elektrischen Maschine 30 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die elektrische Maschine 30 weist einen rotierbaren, zylindersymmetrischen Rotor 32 auf, an welchem stirnseitig ein Kommutator 20 mit einer Kontaktfläche 22 angeordnet ist. Die Kontaktfläche 22 ist dabei in insgesamt acht Segmente 23 bzw. Teilbereiche unterteilt, welche jeweils elektrisch gegeneinander isoliert sein können.
Des Weiteren weist die elektrische Maschine 30 zwei Kontaktbürsten 12a, 12b auf, welche sich bezüglich einer Rotationsachse des Rotors 32 gegenüberliegen. Die Laufflächen 10 der Kontaktbürsten 12a, 12b sind dabei der Kontaktfläche 22 zugewandt und stehen jeweils in elektrischem Kontakt mit zumindest einem Segment 23 der Kontaktfläche 22. In den Laufflächen 10 der Kontaktbürsten 12a und 12b sind jeweils zumindest in einem Teilbereich längliche Vertiefungen 14 mit einem dreieckigen Querschnitt eingebracht, so wie bei den 2A bis 3 im Detail beschrieben. Dabei ist eine Breite b der Vertiefungen 14 deutlich schmaler als ein Abstand d zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 14. Der Abstand d kann in radialer Richtung bemessen sein.
Die Laufflächen 10 der Kontaktbürsten 12a, 12b hinterlassen, zumindest nach einer gewissen Laufzeit der elektrischen Maschine 30, Kontaktbahnen 34 bzw. Laufspuren auf der Kontaktfläche 22 des Kommutators 20, welche ein Negativabdruck der Vertiefungen 14 und/oder der Zwischenflächen 18 zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 14 sein können. Diese Kontaktbahnen 34 sind in den 1A und 1B jeweils als konzentrische Kreise um die Rotationsachse des Rotors 32 angedeutet.
Bei dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 14 der Laufflächen 10 beider Kontaktbürsten 12a, 12b in radialer Richtung äquidistant angeordnet, so dass auch die Kontaktbahnen 34 äquidistant in radialer Richtung sind. Mit anderen Worten ist der Abstand d zwischen jeweils zwei direkt benachbarten Vertiefungen 14 konstant.
Dagegen sind in den Laufflächen 10 der in 1B gezeigten Kontaktbürsten 12a, 12b die Vertiefungen 14 in variablem und/oder alternierendem Abstand d angeordnet, so dass auch die Kontaktbahnen 34 einen in radialer Richtung variablen Abstand aufweisen.
Die Kontaktbürsten 12a und 12b der 1A und 1B können Strom unterschiedlichen Vorzeichens zur Stromversorgung von Rotorwicklungen des Rotors 32 tragen. Beispielsweise kann die Kontaktbürste 12a eine Plusbürste mit positivem Vorzeichen des Stromes sein und die Kontaktbürste 12b kann eine Minusbürste mit negativem Vorzeichen des Stromes sein oder umgekehrt.
Durch die Vertiefungen 14 in den Laufflächen 10 beider Kontaktbürsten 12a, 12b, welche in beiden Kontaktbürsten 12a, 12b im Wesentlichen identisch ausgebildet sein können, kann sichergestellt sein, dass während einer Rotation des Rotors 32 die Kontaktbahnen 34 der Plusbürste 12a mit denen der Minusbürste 12b im Wesentlichen überlappen oder idealerweise nahezu deckungsgleich sind. Insbesondere wenn die elektrische Maschine 30 nasslaufend ausgeführt ist, können sich so unter Umständen auftretende elektrolytische und/oder elektrochemische Vorgänge im Wesentlichen ausgleichen und/oder kompensieren. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise der sogenannte „Filming-Effekt“ vermieden werden und ein ohmscher Widerstand der Gleitkontakte beider Kontaktbürsten 12a, 12b mit der Kontaktfläche 22 kann im Wesentlichen identisch sein.
Um dem „Filming-Effekt“ weiter entgegenzuwirken, können ferner Toleranzen in einer Führung der jeweiligen Kontaktbürsten 12a, 12b eingegrenzt bzw. reduziert werden, um die radiale Position der Gleitkontakte beider Kontaktbürsten 12a, 12b zu fixieren. Weiter kann auch ein Rauhigkeitswert des Kommutators 20 variiert werden und/oder es können auch auf der Kontaktfläche 22 Profilstrukturen eingebracht werden, beispielsweise exzentrische und/oder spiralförmige Vertiefungen, um Orte von stromtragenden Flächen der Kontaktfläche 22 zu einer Variation zu zwingen.
2A zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Lauffläche 10 einer Kontaktbürste 12 für eine elektrische Maschine 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In die Lauffläche 10 ist eine Mehrzahl von länglichen Vertiefungen 14 eingebracht, welche sich parallel zueinander bogenförmig über die gesamte Lauffläche 10 erstrecken. Die Vertiefungen 14 können die Lauffläche 12 furchenartig und/oder kanalartig durchziehen, wobei eine Haupterstreckungsrichtung 13 jeder Vertiefung 14 mit einer Umlaufrichtung eines Rotors der elektrischen Maschine 30 im Wesentlichen übereinstimmen kann.
Die Vertiefungen 14 können etwa durch einen Bogenbeschliff mit einem geeigneten scharfkantigen Werkzeug in die Lauffläche 10 eingebracht werden.
Die Vertiefungen 14 müssen sich nicht zwingend über die gesamte Lauffläche 10 erstrecken und/oder über die gesamte Lauffläche ausgebildet sein, sondern können auch nur in einem Teilbereich der Lauffläche 10 ausgestaltet sein.
Die Vertiefungen 14 sind bezüglich eines Querschnitts dreieckig ausgestaltet. Der Querschnitt kann dabei einen Schnitt entlang einer Ebene orthogonal zur Lauffläche 10 und orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung 13 bezeichnen, etwa eine Ebene entlang der Linie A-A. Die kanalartigen, länglichen Vertiefungen 14 weisen somit jeweils eine erste Berandung 16a und eine zweite Berandung 16b auf, welche vorzugsweise eben und in einem relativ zu einer Flächennormalen auf die Lauffläche 10 von 0° verschiedenen Winkel in die Lauffläche 10 eingebracht sind und spitz aufeinander zulaufen.
Das dreieckige Querschnittsprofil der Vertiefungen 14 wird insbesondere in 2B ersichtlich, welche einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die Lauffläche 10 der 2A zeigt. Insgesamt ergibt sich aufgrund der Vertiefungen 14 in einer Richtung orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung 13 ein wellenartiges Oberflächenprofil der Lauffläche 10. Das Oberflächenprofil besteht dabei aus im Wesentlichen eben bzw. plan ausgestalteten Zwischenflächen 18 zwischen jeweils zwei direkt benachbarten Vertiefungen 14. Die Zwischenflächen 18 können somit als Wellenberge und die Vertiefungen 14 können als Wellentäler des wellenartigen Oberflächenprofils der Lauffläche 10 angesehen werden.
Die Vertiefungen 14 weisen vornehmlich eine Tiefe t in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,2 mm auf. Die Tiefe t ist dabei von einer Zwischenfläche 18 bis zum tiefsten Punkt der dreieckigen Vertiefungen 14, d.h. bis zu dem Punkt an welchem die Berandungen 16a, 16b zusammenlaufen bemessen. Auf der Lauffläche 10 können auch Vertiefungen 14 mit unterschiedlichen Tiefen t ausgebildet sein, d.h. es müssen nicht alle Vertiefungen 14 dieselbe Tiefe t aufweisen.
Des Weiteren weisen die Vertiefungen 14 eine Breite b in einem Bereich von 0,05 mm bis 0,25 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,2 mm auf. Dabei bezeichnet die Breite b den maximalen Abstand der Berandungen 16a, 16b auf Höhe der Zwischenflächen 18 orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung 13. Auf der Lauffläche 10 können auch Vertiefungen 14 mit unterschiedlichen Breiten b ausgebildet sein, d.h. es müssen nicht alle Vertiefungen 14 dieselbe Breite b aufweisen.
Ein Abstand d zweier direkt benachbarter Vertiefungen 14 ist ferner mindestens doppelt so groß wie die Breite b der Vertiefungen 14. Insbesondere beträgt der Abstand d zwischen 0,25 mm und 0,55 mm, vorzugsweise zwischen 0,35 mm und 0,45 mm. Auf der Lauffläche 10 können die Abstände d zweier benachbarter Vertiefungen 14 auch unterschiedlich bzw. variabel ausgebildet sein, d.h. es müssen nicht jeweils zwei benachbarte Vertiefungen 14 denselben Abstand d aufweisen.
3 zeigt einen Teil eines Gleitkontakts 21 zwischen einer Kontaktbürste 12 und einem Kommutator 20 einer elektrischen Maschine 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei steht eine Kontaktfläche 22 des Kommutators 20 in Berührkontakt mit der Lauffläche 10 der Kontaktbürste 12.
Die Kontaktfläche 22 des Kommutators 20 sowie die Lauffläche 10 der Kontaktbürste 12 können aus einem kohlenstoffhaltigen Material gefertigt sein, so dass sich bei Rotation der Kontaktfläche 22 relativ zur Kontaktbürste 12 mit der Zeit ein Negativprofil der Lauffläche 10 in der Kontaktfläche 22 ausbilden kann. D.h. nach einiger Laufzeit der elektrischen Maschine 30 können sich, bedingt durch die dreieckigen Vertiefungen 14 der Lauffläche 10, in der Kontaktfläche 22 komplementäre dreieckige Abragungen 24 ausbilden, welche in die Vertiefungen 14 greifen können. Dies kann zur Folge haben, dass die Kontaktfläche 22 und die Lauffläche 10 hinsichtlich ihres jeweiligen Oberprofils korrespondierend ausgestaltet sein können, so dass ein zuverlässiger elektrischer Kontakt gewährleistet sein kann.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011090078 [0006]

Claims

Elektrische Maschine (30), aufweisend: einen Rotor (32); einen Kommutator (20) mit einer Kontaktfläche (22); und eine Kontaktbürste (12, 12a, 12b) mit einer Lauffläche (10), welche der Kontaktfläche (22) zugewandt ist und mit dieser in elektrischem Kontakt steht, wobei die Lauffläche (10) zumindest in einem Teilbereich eine längliche Vertiefung (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Vertiefung (14) einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Elektrische Maschine (30) gemäß Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine (30) zwei Kontaktbürsten (12, 12a, 12b) aufweist, welche derart angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Laufflächen (10) die Kontaktfläche (22) des Kommutators (20) jeweils entlang umlaufenden Kontaktbahnen (34) kontaktieren, wobei die Kontaktbürsten (12, 12a, 12b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sich ihre Kontaktbahnen (34) zumindest überwiegend überlappen.
Elektrische Maschine (30) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Lauffläche (10) mehrere Vertiefungen (14) mit dreieckigem Querschnitt aufweist, welche in einer Richtung orthogonal zur Umlaufrichtung und parallel zur Lauffläche (10) voneinander beabstandet sind.
Elektrische Maschine (30) gemäß Anspruch 3, wobei die Lauffläche (10) mehrere Vertiefungen (14) mit dreieckigem Querschnitt aufweist, welche sich parallel zueinander erstrecken.
Elektrische Maschine (30) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei jeweils zwei direkt benachbarte Vertiefungen (14) einen Abstand d aufweisen, welcher größer als eine Breite b der Vertiefungen (14) ist.
Elektrische Maschine (30) gemäß Anspruch 5, wobei der Abstand d zweier benachbarter Vertiefungen (14) wenigstens doppelt so groß ist wie die Breite b der Vertiefungen (14).
Elektrische Maschine (30) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Abstand d zweier benachbarter Vertiefungen (14) 0,25 mm bis 0,55 mm beträgt, und wobei die Breite b der Vertiefungen (14) 0,05 mm bis 0,25 mm beträgt.
Elektrische Maschine (30) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Abstand d zweier benachbarter Vertiefungen (14) 0,35 mm bis 0,45 mm beträgt, und wobei die Breite b der Vertiefungen (14) 0,1 mm bis 0,2 mm beträgt.
Elektrische Maschine (30) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (14) eine Tiefe t zwischen 0,05 mm und 0,2 mm aufweist.
Kontaktbürste (12, 12a, 12b) für eine elektrische Maschine (30), wobei die Kontaktbürste eine Lauffläche (10) aufweist, welche in einem eingebauten Zustand in der elektrischen Maschine einer Kontaktfläche (22) eines Kommutators (20) der elektrischen Maschine zugewandt ist und mit dieser in elektrischem Kontakt steht, wobei die Lauffläche (10) zumindest in einem Teilbereich eine längliche Vertiefung (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Vertiefung (14) einen dreieckigen Querschnitt aufweist.