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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Bürstenhalter, einer Bürste und einer elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Es sind Bürstenhalter mit Bürsten für elektrische Maschinen bekannt, die zum Kontaktieren eines Kommutators verwendet werden. Dabei sind die Bürsten quaderförmig, so wie es zum Beispiel in der
EP 1 311 039 A2 gezeigt ist. Die Bürste weist Seitenflächen auf. Die Seitenflächen sind dabei vollständig eben. Die Bürste ist in einem Köcher des Bürstenhalters gelagert und weist ein Spiel auf. Das Spiel sorgt dafür, dass die Bürste im Köcher bewegbar ist. Wenn nun die Bürste unter mechanischer Spannung mit dem Kommutator in Kontakt steht, kommt es bei einer laufenden elektrischen Maschine zu Vibrationen der Bürste. Diese Vibrationen erzeugen wiederum Geräusche, die von einem Bediener der elektrischen Maschine als störend empfunden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass die Bürsten des Bürstenhalters eine verminderte Vibration gegenüber herkömmlichen Bürsten in herkömmlichen Bürstenhaltern aufweisen. Der erfindungsgemäße Bürstenhalter verringert somit die als unangenehm empfundenen Geräusche beim Bedienen einer elektrischen Maschine. Diese vorteilhafte Wirkung wird durch eine Dreipunktanlage der Bürste an dem Köcher des Bürstenhalters erreicht. Diese Dreipunktanlage entspricht einer bestimmten Lagerung gemäß einem Dreibein. Die Dreipunktanlage ist durch ein Abstützung der Bürste an dem Köcher realisiert. Auf diese Weise entsteht eine dreipunktförmige Abstützung einer Seitenfläche der Bürste an dem Köcher. Dazu weist die Bürste eine Erhebung auf einem Seitenelement auf. Das Seitenelement der Bürste kann eine Seitenfläche oder eine Kante zwischen zwei benachbarten Seitenflächen sein. Betrachtet man eine quaderförmige Bürste, so besitzt diese zwei Stirnseiten und vier Seitenflächen. Zwischen jeweils zwei Seitenflächen ist eine Kante angeordnet, somit sind vier Kanten vorhanden. Es ist auch vorstellbar, dass die Bürste nicht als Quader sondern als Prisma mit einer polygonartigen Grundfläche gestaltet ist. So ist vorstellbar, dass die Bürste eine sechseckige Grundfläche aufweist. Es ist auch denkbar, dass die Erhebung gleichzeitig auf zwei Seitenflächen und der dazwischen liegenden Kante angeordnet ist, oder lediglich auf zwei Seitenflächen. Die Bürste, die innerhalb des Köchers angeordnet ist, und eine Erhebung aufweist, ermöglicht nun auf vorteilhafte Weise, dass die Erhebung einen Bereich erzeugt, an dem sich die Bürste an dem Köcher abstützt. Somit wird eine definierte Anlagefläche zwischen Bürste und Köcher hergestellt. Im Gegensatz dazu steht eine weitläufige Berührungsfläche zwischen Bürste und Köcher, die undefiniert ist, so wie im Stand der Technik gezeigt ist. Der durch die Erhebung erzeugte Punkt weist eine eng begrenzte Kontaktfläche auf, die sich im Bereich der Erhebung erstreckt. Dadurch dass die Erhebung als Distanzstück zwischen dem Seitenelement bzw. der Seitenfläche der Bürste und der Wandung des Köchers wirkt, sind das Seitenelement und die Wandung voneinander beabstandet. So kommt es zu keiner Überbestimmung der Lagerung der Bürste innerhalb des Köchers. Deshalb neigt die Bürste innerhalb des Köchers nicht zum Wackeln, und somit sind die Vibrationen im Betrieb verringert. Unter Wackeln ist ein unstabiler Lagerungszustand der Bürste zu verstehen, sodass die Bürste von einer Lagerungsposition in eine anderen Position innerhalb des Köchers kippen kann. Die Überbestimmung der Lagerung der Bürste innerhalb des Köchers, wie im Stand der Technik gezeigt, sorgt in jedem Fall für ein Wackeln der Bürste innerhalb des Köchers, da es nicht möglich ist, die Bürste und den Köcher frei von Fertigungstoleranzen maßgenau herzustellen. Das Problem der überbestimmten Lagerung kann am besten dadurch umgangen werden, dass drei definierte Punkte erzeugt werden, an denen sich die Bürste am Köcher abstützt.
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Es sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und alternative Ausführungsformen des Gegenstandes der unabhängigen Ansprüche in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Vorteilhafterweise erhebt sich die Erhebung bogenförmig von dem Seitenelement ausgehend. Dabei beginnt der Bogen an dem Seitenelement und endet am gleichen Seitenelement. Der Bogen entspringt dem Seitenelement. Dabei erstreckt sich der Bogen von dem Seitenelement ausgehend weg vom Seitenelement. Es ist eine erste Ausführungsform denkbar, bei der das Bogenelement beispielsweise auf einer Seitenfläche beginnt, und auf der gleichen Seitenfläche endet. Die Orte, an denen der Bogen aus der Seitenfläche entspringt, können dabei in Axialrichtung miteinander fluchten, oder so nebeneinander angeordnet sein, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen den Orten, quer zur Axialrichtung ausgerichtet ist. Die Verbindungslinie fluchtet im Wesentlichen mit der Erstreckung des Bogens. Es ist aber auch eine zweite Ausführungsform denkbar, sodass das Bogenelement an einer Kante beginnt, und auf der gleichen Kante wieder endet, sodass sich die Erhebung im wesentlichen in Axialrichtung erstreckt. Die Orte, an denen die Erhebung aus der Kante entspringt, fluchten dabei in Axialrichtung, beziehungsweise die Verbindungslinie zwischen den Orten fluchtet mit der Axialrichtung. Eine dritte Ausführungsform zeigt, dass der Bogen der Erhebung auch auf einer Seitenfläche beginnen, und sich über eine Kante erstrecken, und auf der benachbarten Seitenfläche enden kann. Dabei erstreckt sich die Erhebung quer hinweg über die Kante. Dies könnte auch über mehrere Seitenflächen und Kanten hinweg realisiert werden. Für die erste und die dritte Ausführungsform ist ein Querschnitt der Erhebung bezüglich der Axialrichtung einer Bürste kreissegmentförmig. Ist die Erhebung auf einer Seitenfläche angeordnet, so ist die Sehne, also die Verbindungslinie der beiden Enden des Bogens, der die Kontur der Erhebung bildet, eine Gerade. Wenn sich die Erhebung über zwei oder mehrere Flächen erstreckt, bildet die Verbindungslinie im Fall von zwei Flächen eine dreiviertel-kreisförmige-Struktur, sofern die Seitenflächen in einem 90° Winkel zueinander stehen. Somit ist der Querschnitt ebenfalls dreiviertel-kreisförmig. Bei einer Bürste mit einer sechseckigen Grundfläche, bei der zwei benachbarte Seitenflächen einen 120° Winkel einschließen, weist solch eine Erhebung, die über zwei benachbarte Flächen geht, einen Querschnitt eines zweidrittel Kreises auf. Es ist auch denkbar, dass der Bogen, der sich aus den Seitenflächen bzw. Seitenelementen erhebt, eine elliptische Form aufweist. Weiter ist auch denkbar, dass sich der Bogen parabelförmig oder hyperbelförmig erhebt. Es können auch sonst unterschiedliche, frei gewählte mathematische Kurven und Formen für den Bogen angenommen werden, vorzugsweise unter der Grundvoraussetzung, dass der bogenförmige Charakter erhalten bleibt. Dabei zeichnet sich der bogenförmige Charakter durch eine sich im mathematischen Sinne stetig erhebende Form aus, die auf ein Maximum anwächst, um sich dann von dem Maximum in vorzugsweise gleicher Weise wieder stetig abzusenken, und dies insbesondere bis zum Seitenelement. Weiter weist die Erhebung auch eine Erstreckung in Axialrichtung auf. Dabei ist denkbar, dass jeder Querschnitt an einem anderen axialen Ort entlang der Erhebung die gleichen Dimensionen aufweist, so dass die Erhebung vorzugsweise zylindersegmentförmig ist. In einem Fall, bei dem der Bogen keine kreisförmige Form aufweist, würde solch eine Erhebung, die einen gleich geformten Querschnitt an unterschiedlichen axialen Orten aufweist, als prismenförmig bezeichnet werden. Es ist aber auch möglich, dass die Erhebung an unterschiedlichen axialen Orten unterschiedliche Querschnitte aufweist. So ist zum Beispiel möglich, dass die Breite des Querschnittes variiert. Das bedeutet, dass sich die Erstreckungsrichtung quer zur Axialrichtung verändert. So kann eine Erhebung zum Beispiel quer zur Axialrichtung bogenförmig als auch in Axialrichtung bogenförmig ausgestaltet sein. Die Ausgestaltung der Erhebung als bogenförmig bietet eine optimale Abstützung der Bürste an dem Köcher. Der Radius der bogenförmigen Erhebung stützt sich am Köcher punktuell ab. Jedoch lässt sich durch die Variation des Radius des Bogens der Erhebung die Abstützfläche der Erhebung optimal einstellen. Die Erhebung erhebt sich dabei zwischen 0,01 bis 2 mm. Insbesondere weist die Erhebung eine Ausdehnung von dem Seitenelement weg von 0,1 bis 1mm auf. Jedoch vorzugsweise ist die Ausdehnung zwischen 0,1 bis 0,5 mm beziehungsweise 0,1 bis 0,2 mm. Dabei ist eine optimale Größe der Erhebung wichtig, um eine stabile Auflage an dem Köcher zu gewährleisten. Eine geringe Größe weist dabei eine besonders vorteilhafte Vibrationscharakteristik auf.
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In einer vorteilhaften Variante ist die Erhebung linsenförmig. Dabei weist die Erhebung bezüglich jeder Richtung zur Axialrichtung eine bogenförmige Kontur auf. Ein Querschnitt senkrecht bezüglich der Axialrichtung durch die Erhebung weist somit einen elliptischen Querschnitt auf. Dabei ist der Querschnitt vorzugsweise parallel zur Seitenfläche. Es ist auch denkbar, dass die Form kreisrund ist. Weiter ist es denkbar, dass die Form sonstige kreisähnliche oder ellipsenförmige Konturen aufweist. So kann die Form der eines Eis entsprechen. Es ist auch denkbar, dass die Form zwei zusammengesetzten Bögen von Kreissegmenten entspricht, die so zusammengesetzt sind, dass sie an den beiden Berührungspunkten ihrer äußeren Kontur jeweils einen Knick aufweisen. Solch eine vielfältige Weise, die Erhebung hinsichtlich ihrer Position auf den Seitenelementen und ihrer Form zu variieren, bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Vibrationscharakteristik zu verbessern, und dennoch die Bürste an die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen der elektrischen Maschine anzupassen.
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In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Erhebung von ihrem am höchsten erhobenen Punkt ausgehend hin zum Seitenelement wenigstens einen geraden Abschnitt auf. Dabei weist die Erhebung entlang der äußeren Kontur einen geraden Abschnitt auf. Es ist denkbar, dass ein Abschnitt der Erhebung an dem Ort, an dem sie aus dem Seitenelement entspringt, einen geraden Abschnitt aufweist. Es ist auch möglich, dass der höchste Punkt der Erhebung eine Gerade aufweist, die sich zum Beispiel parallel zum Seitenelement erstreckt. Benachbart zum geraden Abschnitt ist die Kontur der Erhebung bogenförmig, beziehungsweise schließt ein weiterer gerader Abschnitt an. Die Kontur der Erhebung kann auch lediglich aus geraden Abschnitten bestehen. So ist denkbar, dass die Erhebung aus zwei Geraden besteht, die am höchsten Punkt einen Schnittpunkt aufweisen. Somit würde die Erhebung einen dreieckigen Querschnitt quer zur Axialrichtung aufweisen. Es ist auch vorstellbar, dass die bogenförmige Erhebung zwei gerade Abschnitte aufweist, die sich an den Endabschnitten des Bogens befinden, wobei die geraden Abschnitte unmittelbar an die Oberfläche des Seitenelements grenzen. Dabei sind die geraden Abschnitte vorzugsweise senkrecht zum Seitenelement ausgebildet. Die vorteilhafte Möglichkeit gerade Abschnitte und bogenförmige Abschnitte hinsichtlich der Ausgestaltung der Kontur der Erhebung miteinander zu kombinieren, ermöglicht es die Erhebung auf die Form des Köchers optimal anzupassen, so dass eine ideale Dreipunktanlage der Bürste an den Köcher gewährleistet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Erhebung zylinderförmig, so dass die am höchsten erhobene Fläche der zylinderförmigen Erhebung vorzugsweise parallel zur Seitenfläche ist, auf der die Erhebung angeordnet ist. Auf der am höchsten erhobenen Fläche kann eine linsenförmige Wölbung ausgeformt sein, so dass eine linsenförmige Kuppe auf der zylinderförmigen Erhebung ausgebildet ist. Der Querschnitt der zylinderförmigen Erhebung kann dabei kreisförmig oder elliptisch sein. Es ist aber auch denkbar, dass eine andere Art von Prisma ausgebildet ist. So kann der Querschnitt vieleckig, vorzugsweise viereckig insbesondere quadratisch sein.
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Eine weitere Ausführungsform beinhaltet, dass die Erhebung auf vorteilhafte Weise aus zwei – bezüglich einer axialen Symmetrieachse, die parallel zur Axialrichtung ist – symmetrischen Teilen besteht. Vorzugsweise liegt die axiale Symmetrieachse mittig in einer Seitenfläche. Es ist aber auch denkbar, dass die axiale Symmetrieachse auf einer Kante zwischen zwei Seitenflächen liegt. Die Erhebung wird durch die Symmetrieachse geteilt. Dadurch entstehen zwei Teile, die die Erhebung bilden. Auf diese Weise weist die Erhebung nicht nur einen am höchsten erhobenen Punkt sondern zwei am höchsten erhobenen Punkte auf. Damit weist die Kontur der Erhebung zwei Maxima auf. Dabei ist denkbar, dass sich der Bereich zwischen den beiden Maxima wieder auf das Niveau des Seitenelements absenkt. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass der Bereich zwischen den beiden Maxima nicht bis zum Seitenelement reicht, sondern eine Art Verbindungsbrücke mit einem abgesenkten Niveau gegenüber den Maxima ausbildet. Bei der Ausführungsform mit getrennten Maxima, sind die beiden Maxima auf einer Seitenfläche angeordnet, und der Bereich zwischen den Maximal senkt sich auf das Niveau der Seitenfläche ab. So sind die beiden Maxima als zwei voneinander separate Teile ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass auf zwei benachbarten Seitenflächen jeweils ein Maxima angeordnet ist, so dass zwei voneinander separate Teile auf zwei Seitenflächen ausgebildet sind. Dabei liegt die Symmetrieachse auf einer Kante zwischen den beiden Seitenflächen. Vorzugsweise sind die Teile identisch ausgebildet. Hinsichtlich der Form der Teile sind sie vorzugsweise durch gerade Flächen aufgebaut. Dabei ist es möglich, dass zwei gerade erste Flächen zueinander parallel und senkrecht auf der Seitenfläche angeordnet sind, wobei die Flächen durch die Symmetrieachse voneinander getrennt sind. Eine zweite gerade Fläche schließt dann an das distale Ende der ersten Fläche an, und erstreckt sich gerade bis zur Seitenfläche der Bürste. Gerade Flächen sind Flächen, die keine Krümmungen aufweisen. Das distale Ende zeichnet sich dadurch aus, dass es am weitesten von der Seitenfläche der Bürste beabstandet ist. Dabei ist vorstellbar, dass die Teile einen dreieckförmigen Querschnitt quer zur Axialrichtung aufweisen. Dabei weist der dreieckförmige Querschnitt wenigstens eine Phase auf, die an den Köcher anstößt. Es ist aber auch denkbar, dass die Teile linsenförmig ausgeführt werden. Zudem ist denkbar, dass die Teile eine Kombination aus bogenförmigen und geraden Abschnitten aufweisen. Die Erhebung aus zwei Teilen bildet quasi einen Anlagepunkt der dreipunktförmigen Abstützung aus. Dies ist dadurch zu erklären, dass die beiden Teile im Verhältnis zu der Gesamtausdehnung der dreipunktförmigen Abstützung eng beieinander stehen, und somit Näherungsweise als einen einzigen Anlagepunkt zu betrachten sind.
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Vorteilhafter Weise weist die Bürste eine Litze auf, so dass die Bürste elektrisch kontaktiert werden kann. Die Bürste und die Litze bilden eine elektrischen Kontakt aus. Die Bürste kontaktiert die Litze im Bereich der Erhebung. Dabei kontaktiert die Litze die Bürste auf einem Seitenelement. So kann die Bürste durch die Litze auf einer Seitenfläche oder auf einer Kante zwischen zwei Seitenflächen kontaktiert werden. Vorzugsweise ist der Kontakt zwischen der Erhebung und weiteren Anlagepunkten der dreipunktförmigen Abstützung ausgebildet. Das Dreibein wird durch eine dreibeinförmige Abstützung der Bürste an dem Köcher realisiert. Alternativ kann der Kontakt auch axial neben der dreipunktförmigen Abstützung auf einer Seitenfläche angeordnet sein. Ist die Erhebung als Struktur aus zwei oder mehr Teilen realisiert, so kann der Kontakt zwischen diesen Teilen angeordnet sein. Beispielsweise kann der Kontakt im Bereich der Symmetrieachse zwischen den Teilen angeordnet sein, wenn die Erhebung zwei Teile umfasst. Auf diese Weise kann platzsparend der Kontakt an die Anforderungen an die elektrische Maschine und den darin angeordneten Bürstenhalter angepasst werden.
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Zweckmäßigerweise weist der Köcher eine Ausformung und eine Führungsschiene auf. Die Ausformung befindet sich auf einer Seite des Köchers, die eine Köcherwand bildet, die eine Seitenfläche einer Bürste zugeordnet ist, und im wesentlichen zu dieser teilweise parallel ist. Dabei erhebt sich die Ausformung gegenüber dem Niveau der Wandung des Köchers auf der Seite. Die Ausformung erhebt sich dabei von der Seite des Köchers ausgehend stufenartig. Die Erhebung ist vom Innenraum weg nach außen gerichtet. Der Teil der Seite des Köchers, die nicht der Ausformung zugeordnet ist, bildet eine Führungsschiene. Die Führungsschiene weist das ursprüngliche Niveau der Seite des Köchers auf. An der Führungsschiene liegt die Erhebung an. Die Erhebung kann aber auch an der Innenseite der Ausformung anliegen. Weiter ist denkbar, dass die Erhebung sowohl an der Führungsschiene als auch an der Ausformung anliegt. Die Führungsschiene hat vorzugsweise keinen Kontakt mit einer Seitenfläche oder einer Kante, sprich einem Seitenelement der Bürste. Die Führungsschiene und die Ausformung erstrecken sich über die gesamte Länge des Köchers in Axialrichtung. Dabei ist die Führungsschiene im Wesentlichen parallel zur Seitenfläche. Es ist aber auch denkbar, dass sich die Ausformung lediglich entlang eines Großteils der axialen Länge des Köchers erstreckt. Durch die Ausformung und die Führungsschienen wird eine optimale Ausbildung der dreipunktförmigen Abstützung gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Köchers weist die Ausformung eine Langlochführung auf. Dabei erstreckt sich die Langlochführung in Axialrichtung entlang der Ausformung. Die Langlochführung ist vorzugsweise mittig in der Ausformung angeordnet. Es ist auch denkbar, dass sich die Langlochführung nicht über die gesamte axiale Länge der Ausformung erstreckt, oder dass die Langlochführung nicht mittig auf der Ausformung sitzt. So könnte sie versetzt zur Mitte sitzen, oder seitlich an der Ausformung ausgeformt sein. Die Langlochführung ist an einem Rand einer Köcheröffnung offen. Die Köcheröffnung bildet die Öffnung, in die die Bürste in den Köcher eingeführt wird. Die Köcheröffnung ist quer zu Axialrichtung angeordnet. Dabei ist die Köcheröffnung von dem Rand umsäumt. Der Rand, der die Köcheröffnung umsäumt, ist durch die Langlochführung unterbrochen. Es ist auch möglich, dass der Rand nicht unterbrochen ist, so dass die Langlochführung am Rand nicht offen ist. Die Langlochführung erstreckt sich wenigstens über mehr als die Hälfte des Köchers in Axialrichtung. Der Zweck der Langlochführung ist es, die Litze vom Innenraum nach außen zu führen. Die Litze kann in der Langlochführung entlang der Axialrichtung geführt werden, wenn sich die Bürste in Axialrichtung bewegt. Auf diese vorteilhafte Weise ist es möglich, die Litze ohne weitere aufwendige Vorkehrungen zu führen. Zu dem ist es sehr einfach bei solch einer vorteilhaft ausgeführten Langlochführung, die Bürste mit der Litze in den Köcher einzusetzen.
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Um die vorteilhafte Wirkung der dreipunktförmigen Abstützung weiterzubilden, ist es möglich, in dem Köcher wenigstens eine Einprägung auszuformen. Dabei erstreckt sich die Einprägung in Richtung des Innenraums des Köchers. Da der Köcher aus Blech gearbeitet ist, kann die Einprägung durch einen Stempel in das Blech geformt werden. Es ist auch denkbar, die Einprägung durch Lötpunkte oder Schweißpunkte herzustellen. Die Einprägung hat die Wirkung einer Erhebung auf der Blechinnenseite des Köchers, so dass sich die Einprägung in den Innenraum des Köchers erhebt. Diese Einprägung durch einen Prägestempel in das Blech einzuarbeiten, ist vorteilhaft, da eine Serienfertigung leicht realisiert werden kann. Dabei bildet die Einprägung einen der drei Punkte der Abstützung. Vorzugsweise sind zwei Einprägungen in dem Köcher realisiert. Dabei ist denkbar, dass die Einprägungen auf einer Seite des Köchers angeordnet sind. Die beiden Einprägungen sind symmetrisch auf der Seite angeordnet. Die Symmetrieachse erstreckt sich entlang der Axialrichtung mittig auf der Seite. Alternativ ist es denkbar, dass die Einprägungen auf zwei Seiten angeordnet sind. Es ist auch möglich, die Einprägungen an zwei unterschiedlichen Köcherecken auszubilden, wobei eine Köcherecke sich zwischen zwei Seiten des Köchers befinden und sich vorzugsweise in Axialrichtung erstreckt. Die Einprägungen weisen dabei eine Erstreckung in den Innenraum des Köchers von in etwa 0,05 bis 1 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm oder insbesondere 0,1 bis 0,2 mm auf. Dabei ist es für die Vibrationscharakteristik und somit für die Geräuschentwicklung vorteilhaft, eine geringe Erstreckung zu realisieren.
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Die Einprägungen befinden sich innerhalb des vorderen Drittels, vorzugsweise des vorderen Viertels, oder insbesondere des vorderen Sechstels einer Seite des Köchers, und dabei vorzugsweise in dem Bereich der Köcheröffnung. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einprägungen auf den Führungsschienen angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Einprägungen bezüglich der Symmetrieachse symmetrisch auf einer Seite des Köchers angeordnet und bilden mit der Erhebung eine dreipunktförmige Abstützung der Bürste an dem Köcher. Durch die Einprägung in die Führungsschienen wird die Bürste von den Führungsschienen an sich beabstandet, so dass lediglich die Einprägungen und die Erhebung an der Bürste die Lagerung der Bürste bewerkstelligen. Die Bürste wird vorteilhafter Weise durch eine mechanische Federkraft in Richtung der dreipunktförmigen Abstützung gepresst, so dass die weiteren Seitenelemente der Bürste nicht an dem Köcher anliegen. Es ist auch denkbar, dass die Bürste auf zwei Seitenelementen bzw. zwei Seitenflächen eine Erhebung aufweist, und dass auf zwei Seiten des Köchers Einprägungen angeordnet sind, vorzugsweise jeweils zwei Einprägungen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Seitenflächen der Bürste mit den Erhebungen benachbart. Insbesondere sind auch die Seiten des Köchers mit den Einprägungen benachbart. Auf diese Weise wird eine Dreipunktauflage der Bürste in zwei unabhängigen Richtungen gewährleistet. Im Fall einer quaderförmigen Bürste ist somit eine Dreipunktauflage in Richtung der Breite und in Richtung der Höhe gewährleistet, wobei die beiden Richtungen senkrecht aufeinander stehen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Köcher keine Einprägungen auf. Dabei liegt die Bürste zum einen mit der Erhebung am Köcher auf, und zum anderen auf dem Rand, der die Köcheröffnung begrenzt. Dadurch ist die Bürste ebenfalls von den Führungsschienen beabstandet. Hierzu weist der Rand vorzugsweise einen Radius auf, der dadurch geformt ist, dass der Rand vom Innenraum nach außen weggerichtet ist. Anstatt eines Radius ist es auch denkbar, eine Phase auszubilden, wobei der Rand auch hier nach außen weg vom Innenraum des Köchers zeigt. Neben dieser einfachen Gestaltung ist es auch denkbar, dass der Rand gerollt wird, so dass er wiederum auf die Außenseite des Blechs des Köchers stößt. Es ist auch denkbar, dass der Rand gefalzt wird, so dass keine scharfe Kante den Rand bildet. Neben der Verformung des Blechs ist es auch denkbar, dass ein anderes Material wie Kunststoff oder ein Löt- oder Schweißzusatzmittel auf den Rand aufgebracht wird, um einen Radius oder eine Phase auszubilden. Auf diese Weise kann die Bürste auf dem Rand anliegen, ohne dass diese durch scharfe Kanten des Randes beschädigt wird. Wenn die Bürste auf dem Rand zu liegen kommt, bildet sich eine Anlagelinie zwischen Bürste und Köcher aus. Somit entsteht ebenfalls eine dreipunktförmige Abstützung, die durch den Kontakt der Erhebung mit dem Köcher und dem Kontakt des Randes mit der Bürste gebildet wird. Kommt die Bürste auf den Führungsschienen auf der Seite der Ausformung zum Liegen, so bilden sich zwei kurze Anlagelinien aus. Es ist aber auch denkbar, dass die Erhebung auf der gegenüberliegenden Seite der Bürste ausgebildet ist, so dass anstatt zweier kurzer Anlagelinien sich eine durchgehende über die gesamte Seitenfläche der Bürste ausgebildete Anlagelinie ausbildet, da auf dieser Seite des Köchers keine Ausformung ausgebildet ist. Solch eine durchgehende Auflagelinie kann sich auch auf der Seite der Ausformung ausbilden, sofern die Langlochführung nicht den Rand unterbricht. Beziehungsweise ist denkbar, dass sich die Ausformung nicht bis zum Rand erstreckt, sondern sich vorher auf das Niveau der Führungsschienen herabsenkt, sodass der Bereich der Seite des Köchers, welcher direkt an den Rand angrenzt auf dem Niveau der Führungsschienen ist, oder sogar Teil der Führungsschienen ist. Dabei ist die Langlochführung lediglich in der Ausformung ausgebildet, und unterbricht nicht den Rand. Auf diese Weise wird eine quasi dreipunktförmige Anlage ausgebildet.
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Zeichnungen
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Die Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Bürstenhalter mit in den Köchern angeordneten Bürsten,
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2 eine erfindungsgemäße Bürste mit einer Erhebung und zwei Anlagepunkten,
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3 einen erfindungsgemäßen Köcher, wobei die dreipunktförmige Abstützung und die Einprägungen gezeigt sind,
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4 Querschnitt einer Bürste innerhalb eines Köchers, wobei sich die Bürste an den Einprägungen abstützt,
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5 Querschnitt einer Bürste in einem Köcher, wobei sich die Erhebung an dem Köcher abstützt,
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6 elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Bürstenhalter.
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Ausführungsform
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Bürstenhalter 10 gezeigt. Auf dem Bürstenhalter 10 sind vier Köcher 14 angeordnet. Die Köcher 14 sind entlang der radialen Richtung des ringförmigen Bürstenhalters 10 angeordnet. Dabei weisen die Köcher 14 Köcheröffnungen 35 auf, die in Richtung einer kreisrunden Ausnehmung 18 im Zentrum des ring-scheibenförmigen Bürstenhalters 10 hin gerichtet sind. Die kreisrunde Ausnehmung 18 dient zur Aufnahme eines Kommutators 46 einer elektrischen Maschine 11 gemäß 6. Auf diese Weise können die Bürsten 12, die innerhalb der Köcher 14 angeordnet sind, den Kommutator 46 kontaktieren. Die Bürsten 12, die innerhalb eines Köchers 14 angeordnet sind, weisen Litzen 16 auf. Die Litzen 16 werden vom Inneren des Köchers 14, ausgehend von den Bürsten 12 durch eine Langlochführung 42 des aus Blech gearbeiteten Köchers 14 durchgeführt, um am Bürstenhalter 10 kontaktiert zu werden. Die Kontaktierung 26 zwischen Litze 16 und einem stromführenden Bauteil des Bürstenhalters 10 erfolgt auf unterschiedliche Weisen. Zum Beispiel mittels Crimpen, Schweißen oder Löten. Mit den Bürsten 12 sind noch Drosseln 24 und weitere elektrische Bauteile auf dem Bürstenhalter 10 angeordnet. Desweiteren weist der ringförmige Bürstenhalter 10 an einem Bürstenhalterrand 20 Klips 22 zur Befestigung an einer elektrischen Maschine 11 auf. Die Litze 16 erzeugt einen Kontakt 15 mit der Bürste 12. Es ist denkbar, einen Bürstenhalter 10 zu realisieren mit mehr bzw. weniger als vier Bürsten 12. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Bürste 12 und des erfindungsgemäßen Köchers 14 ist nicht auf solch einen ring-scheibenförmigen Bürstenhalter 10 beschränkt.
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In 2 ist eine Bürste 12 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine bogenförmige Erhebung 32 aufweist. Die Bürste 12 ist quaderförmig. Dabei weist die Bürste 12 eine Axialrichtung 1, eine Richtung in Höhe 2 der Bürste 12 und eine Richtung in der Breite 3 der Bürste 12 auf. Weiter ist die Bürste 12 bezüglich einer Symmetrieachse 31, die sich entlang der Axialrichtung 1 erstreckt, symmetrisch. Die quaderförmige Bürste 12 weist Seitenelemente 30 auf. Dabei wird als Seitenelement 30 sowohl eine Seitenfläche 300, 302, als auch eine Kante 301, die zwischen zwei Seitenflächen 300, 302 angeordnet ist, bezeichnet. Die bogenförmige Erhebung 32 ist auf einer Seitenfläche 302, 300 angeordnet.
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In 2 ist die bogenförmige Erhebung 32 auf der großen Seitenfläche 302 angeordnet. Die bogenförmige Erhebung 32 entspringt aus der Seitenfläche 302. Dabei erstreckt sich der Bogen 324 der Erhebung 32 vom Niveau der Seitenfläche 302 ausgehend, so dass sich die Erhebung 32 von der Seitenfläche 302 erhebt, bis sie ein am höchsten erhobenen Punkt – sozusagen ein Maximum 333 – erreicht, der am weitesten von der Seitenfläche 302 beabstandet ist, um sich wieder in gleicher Weise der Seitenfläche 302 anzunähern, und um schließlich wieder auf der Seitenfläche 302 zu enden. Ein Querschnitt der Erhebung 32 bezüglich der Axialrichtung 1 weist eine kreissegmentförmige Kontur auf. Dabei ist an jedem axialen Ort der Querschnitt der Erhebung 32 gleich.
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Es sind alternative Ausführungsformen der Erhebung 32 in 2 gezeigt. So ist es möglich, die Erhebung 32 links und rechts der Symmetrieachse 31 durch einen Schnitt zu begrenzen. Der Schnitt erzeugt eine zur großen Seitenfläche 302 senkrechte Schnittfläche 323 an der Erhebung 32. So bildet die Erhebung 32 einen Bogen 324, der nicht mehr bis zur Seitenfläche 302 reicht, bzw auf dieser endet. Diese verkürzte Erhebung 320 ist symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse 31. Dabei weist die Erhebung 32 zwei bezüglich der Seitenfläche 302 senkrechte Abschnitte auf, die durch die Schnittflächen 323 gebildet sind, wobei die Schnittfläche 32 unmittelbar auf der Seitenfläche 302 angeordnet sind. Die Schnittflächen sind parallel zueinander. Zwischen den Schnittflächen 323 spannt sich die bogenförmige Fläche mit dem Maximum 333. Die verkürzte Erhebung 320 weist das Maximum 333 mittig im Bereich der Symmetrieachse 31 auf. Es ist auch vorstellbar, dass eine Erhebung 32 ausgeformt wird, die nicht symmetrisch zur Symmetrieachse 31 ist, sodass z.B. das Maximum 333 links oder rechts neben der Symmetrieachse 31 angeordnet ist.
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Komplementär zu der verkürzen Erhebung 320 ist es möglich, links und rechts von der Symmetrieachse 31 zwei Teile 322, 321 als Erhebung 32 auszubilden, wobei die Teile 321, 322 separat voneinander sind. Zwischen den Teilen 321, 322 ist ein Teil der Erhebung 32 ausgespart, der zum Beispiel vorher die verkürzte Erhebung 320 darstellte. Diese Teile 321, 322 können Segmente eines Bogens darstellen. Sie können jedoch auch gerade Abschnitte aufweisen. So können diese Teile 321, 322 einen dreieckförmigen Querschnitt bezüglich der Axialrichtung 1 aufweisen. So kann die Fläche, die an die Seitenfläche 302 angrenzt, und von dieser weggerichtet ist, als Fase ausgebildet sein. Die Teile 321, 322 sind symmetrisch zueinander ausgebildet. Die Schnittflächen 323 sind dabei parallel zueinander, und die gerade Fläche, die die Fase bildet, erstreckt sich von dem distalen Ende der Schnittfläche 323 bis zur Seitenfläche 302.
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Am axial gegenüberliegenden Ende der Bürste 12 auf der selben Seitenfläche 302 sind Anlagepunkte 28, 281 bzw. Anlagelinien 28, 280 ausgebildet. Diese Anlagebereiche 28 bilden sich aus, wenn die erfindungsgemäße Bürste 12 mit einem erfindungsgemäßen Köcher 14, wie er in 3 gezeigt ist, zusammenwirkt. Die Anlagebereiche 28 sind symmetrisch zueinander bezüglich der Symmetrieachse 31. Es ist auch denkbar, dass solch ein Anlagepunkt 281 bzw. solch eine Anlagelinie 280 auf der schmalen Seitenfläche 300 bzw. auf einer Kante 301 angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Köcher 14, wie in 3 dargestellt, ist aus Blech gearbeitet. Der Köcher 14 weist einen Innenraum 36 auf, in dem die Bürsten 12 angeordnet sind. Weiter weist der Köcher 14 eine Seite 41 auf. Auf dieser Seite 41, die sich entlang der Axialrichtung 1 über die gesamte Länge des Köchers erstreckt, ist eine Ausformung 40 angeordnet. Die Ausformung 40 erhebt sich stufenartig von der Seite 41. Die Ausformung 40 weist eine geringere Ausdehnung in Richtung der Höhe 2 als die Seite 41 auf. Der Rest der Seite 41, der nicht zur Ausformung 40 gehört, und auch nicht stufenartig erhoben ist, bildet eine Führungsschiene 38 aus. An der Führungsschiene 38 kann die Erhebung 32 der Bürste 12 anliegen. Da der Köcher 14 quaderförmig ist, weist dieser vier Seiten 41 auf die senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Führungsschienen 38 sind weitgehend parallel zu einer Seite 41, die der Seite 41 auf der die Ausformung 40 angeordnet ist, gegenüber liegt. Ebenso weist die Ausformung 40 eine zu den Führungsschienen 38 parallele Ebene auf. Die Führungsschienen 38 und die Ebene der Ausformung 40 sind durch einen senkrechten Abschnitt 382 miteinander verbunden. Auf der Führungsschiene 38 im Bereich einer Köcheröffnung 35 sind Einprägungen 34 ausgebildet. Die Einprägungen 34 sind links und rechts von der Symmetrielinie 31 ausgeformt. Dabei liegen die Führungsschien 38 mit den Einprägungen 34 links und rechts von der Ausformung 40. Die Köcheröffnung 35 erstreckt sich senkrecht zur Axialrichtung 1 in der Ebene, in der die Richtung der Höhe 2 und der Breite 3 liegen. Die Köcheröffnung 35 ist umsäumt von einem Rand 37. Mittig bezüglich der Höhe 2 ist eine Langlochführung 42 in der Ausformung 40 ausgebildet. Die Langlochführung 42 ist als langlochförmige Aussparung aus dem Blech gestaltet. Dabei erstreckt sich die Langlochführung 42 über einen Großteil der axialen Ausdehnung der Ausformung 40. Die Langlochführung 42 ist am Köcherende 35 offen, so dass der Rand 37 durch die Langlochführung 42 unterbrochen ist.
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In 3 ist der Anlagebereich 33 der Erhebung 32 eingezeichnet. Dieser Anlagebereich bildet mit den Einprägungen 34 eine dreipunktförmige Abstützung 33 der Bürste an dem Köcher. Diese dreipunktförmige Abstützung 33 hat den Vorteil eines eindeutig bestimmten Systems gemäß eines Dreibeines und neigt daher nicht zum wackeln.
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In 4 ist der Querschnitt durch einen Köcher 14 mit einer Bürste 12 dargestellt. Der Querschnitt befindet sich im Bereich der Einprägungen 34. Es ist deutlich der aus Blech gearbeitete Köcher 14 zu sehen, in dem die Bürste 12 angeordnet ist. Auf der Seite 41 ist die stufenartig erhobene Ausformung 40 gezeigt. Die Ausformung 40 weist die Langlochführung 42 auf, durch die die Litze 16 geführt wird. Die Litze 16 kontaktiert innerhalb des Köchers 14 die Bürste 12, so dass ein elektrischer Kontakt 15 zwischen Bürste 12 und Litze 16 ausgebildet ist. Die Einprägungen 34 sind in den Führungsschienen 38 angeordnet. Die Führungsschienen 38 berühren die Bürste 12 nicht. Zwischen Bürste 12 und Köcher 14 ist Luft 39. Die Luft beträgt in etwa zwischen 0,3 bis 1 mm, aber vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm. Auf diese Weise berühren sich der Köcher 14 und die Bürste 12 idealerweise nur durch die dreipunktförmige Abstützung 33. Durch die dreipunktförmige Abstützung 33 ist die Bürste 12 somit in dem Köcher 14 in Richtung der Breite 3 gelagert. Es ist denkbar eine weitere Lagerung in Richtung der Höhe 2 auf gleicher Weise zu realisieren.
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5 zeigt einen Querschnitt des Köchers 14 mit Bürste 12 im Bereich der Erhebung 32. Die Bürste 12 in dem Köcher 14 liegt mit der Erhebung 32 im Bereich der Ausformung 40 und den Führungsschienen 38 an. Bei der Ausführungsform mit der verkürzten Erhebung 320 liegt diese an der Innenseite der Ausformung 40 an. Dabei liegt die Erhebung 320 vorzugsweise so an der Innenseite der Ausformung 40 an, dass die Schnittflächen 323 die Führungsschienen 38 seitlich nicht berühren. Auf diese Weise wird die Erhebung 320 von der Ausformung 40 aufgenommen, und hat nicht mehr die Möglichkeit die Führungsschienen 38 zu berühren. Es ist denkbar, dass die Schnittflächen 323 den verbindenden geraden Abschnitt 382 zwischen Ebene der Ausformung 40 und der Führungsschiene 38 berühren.
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Die weitere Ausführungsform, bei der die Mitte der Erhebung 32 ausgespart ist, so dass nur noch die zwei Teile 321, 322 übrig bleiben, weist eine andere Anlagecharakteristik auf. Bei dieser Ausführungsform liegen die Teile 321, 322 an den Führungsschienen 38 bzw. am Übergang 381 der Führungsschiene 38 zur Ausformung 40 an. Dabei liegen die Teile 321, 322 bzw. die verkürzte Erhebung 320 mit der Fläche an, die von der Seitenfläche 302 weggerichtet sind. Diese Fläche kann bogenförmig als auch gerade sein. Der Übergang 381 ist radiusförmig und bildet den Teil zwischen der Führungsschiene 38 und dem Abschnitt 382.
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In 6 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 11 gezeigt. In der elektrischen Maschine 11 ist ein Bürstenhalter 10, wie er in 1 gezeigt ist, eingebaut. Der Bürstenhalter 10 weist eine kreisrunde Öffnung 18 auf. Die elektrische Maschine 11 weist ein Gehäuse 45 auf. In dem Gehäuse 45 ist ein Anker 44 mit einer Ankerwelle 42 angeordnet. Der Anker 44 und die Ankerwelle 42 bilden einen Rotor. Auf der Ankerwelle 42 ist ein Kommutator 46 befestigt. Der Kommutator 46 ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 45 angeordnet. In dem Gehäuse 45 ist ebenfalls der Bürstenhalter 10 angeordnet. Der Kommutator 46 ist in der kreisrunden Ausnehmung 18 des Bürstenhalters 10 angeordnet. Auf dem Bürstenhalter 10 sind die Bürsten 12 montiert, die mit dem Kommutator 46 in Kontakt stehen. Es ist möglich, die erfindungsgemäßen Bürsten 12 auch auf andere Weise mit einem Kommutator 46 in Kontakt zu bringen, so dass zum Beispiel kein Bürstenhalter 10 zur Verwendung kommt.
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Es ist möglich, die verschiedenen Ausführungsformen und Alternativen in vielfältiger Weise miteinander zu kombinieren. Desweiteren ist die Verwendung von den erfindungsgemäßen Bürsten 12 und Köchern 14 für eine Vielzahl verschiedener elektrischer Maschinen möglich. So können die erfindungsgemäßen Bürsten 12 und Köcher 14 sowohl bei Kleinmotoren als auch bei leistungsstarken Großmotoren zum Einsatz kommen. Eine geräuscharme Kommutierung ist sowohl im Kfz-Bereich als auch in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen sinnvoll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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