DE10342693B4

DE10342693B4 - Brush holder for carbon brushes

Info

Publication number: DE10342693B4
Application number: DE10342693.0A
Authority: DE
Inventors: Rory Britz
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: DE10342693A1

Abstract

Bürstenhalter für einen Elektromotor (2) mit einer Kohleführung (3), in welcher eine Kohlebürste (4) radial zur Drehachse (A) führbar ist, sowie mit einer, die Kohlebürste (4) radial von Aussen vorspannende, sich tangential zur Drehachse (A) erstreckenden Elastomermembran (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermembran (5) die Kohlebürste (4) in einem zwischen der Kohleführung (3) und der Kohlebürste (4) ausgebildeten Führungsspalt (19) umfänglich geschlossen umfasst.Brush holder for an electric motor (2) with a carbon guide (3), in which a carbon brush (4) radially to the axis of rotation (A) can be guided, and with a, the carbon brush (4) radially biasing from outside, tangential to the axis of rotation (A ) extending elastomeric membrane (5), characterized in that the elastomeric membrane (5) comprises the carbon brush (4) in a between the carbon guide (3) and the carbon brush (4) formed guide gap (19) circumferentially closed.

Description

Die Erfindung bezeichnet einen Bürstenhalter für Kohlebürsten von Elektromotoren, insbesondere von staub- und vibrationsbelasteten Elektrohandwerkzeugmaschinen, wie Bohrmeißeln, Stichsägen etc.The invention refers to a brush holder for carbon brushes of electric motors, in particular of dust and vibration loaded electric hand tool machines, such as drill bits, jigsaws, etc.

Üblicherweise werden, wie bspw. in US 51 480 73 A offenbart, die Kohlebürsten mittels Spiralfedern radial gegen den Bürstenhalter vorgespannt. Bei staub- und vibrationsbelasteten Anwendungen führen die Mikrobewegungen der Kohlebürsten in den Kohleführungen des Bürstenhalters zu einem seitlichen Verschleiß der Kohlebürsten, wodurch sich deren Führung relativ zum Kommutator des Rotors verschlechtert und durch starke Funkenbildung der Wirkungsgrad sowie die Lebensdauer sinkt.Usually, such as in US 51 480 73 A discloses the carbon brushes biased by means of coil springs radially against the brush holder. In applications subject to dust and vibration, the micro-movements of the carbon brushes in the carbon guides of the brush holder lead to a lateral wear of the carbon brushes, whereby their leadership deteriorates relative to the commutator of the rotor and drops by strong sparking efficiency and durability.

Nach der GB 20 968 37 A ist eine mittels einer Spiralfeder vorgespannte Kohlebürste zudem durch sich längs dieser in der Kohleführung erstreckende Gummieinlagen vibrationsgedampft. In den Führungsspalt zwischen der Kohlebürste und der Kohleführung ist ein Eintrag von abrasiv wirkenden Staubpartikeln möglich.After GB 20 968 37 A In addition, a carbon brush, which is prestressed by means of a helical spring, is vapor-vaporized along this rubber inserts which extend in the carbon guide. In the guide gap between the carbon brush and the carbon guide an entry of abrasive dust particles is possible.

Nach der gattungsgemäßen US 47 852 14 A wird eine Kohlebürste eines Elektromotors ausschließlich mit einer Elastomermembran radial vorgespannt. Dabei erstreckt sich die bandförmige Elastomermembran vollumfänglich über sämtliche Kohlebürsten. Eine Vibrationsdämpfung der Mikrobewegungen der Kohlebürsten in den Kohleführungen des Bürstenhalters sowie eine Verschleißverminderung wird dadurch nicht erreicht.After the generic US 47 852 14 A a carbon brush of an electric motor is radially biased exclusively with an elastomeric membrane. In this case, the band-shaped elastomeric membrane extends fully over all carbon brushes. A vibration damping of the micro-movements of the brushes in the coal guides of the brush holder and a reduction in wear is not achieved.

US 4 551 646 A zeigt einen Bürstenhalter mit einer Kohlebürste, die mit einer Ausziehfeder an einen Kommutator gedrückt wird. Die Ausziehfeder weist zwei seitliche Federbeine aus, die jeweils einen Teil eines Seitenbereichs der Kohlebürste abdecken. Hierdurch wird die Kohlebürste nicht ausreichend gegen Schmutz, insbesondere zu der Kohlebürste vordringender Staub geschützt. Die seitlichen Federbeine unterdrücken außerdem nicht ausreichend auftretende Vibrationen an der Kohlebürste. Beschädigungen an den Kohlebürsten können hierdurch vorschnell auftreten. US 4 551 646 A shows a brush holder with a carbon brush, which is pressed with a pull-out spring to a commutator. The pull-out spring has two lateral struts which each cover part of a side region of the carbon brush. As a result, the carbon brush is not sufficiently protected against dirt, especially to the carbon brush penetrating dust. The lateral struts also suppress insufficiently occurring vibrations on the carbon brush. Damage to the carbon brushes can thereby occur prematurely.

US 4 371 803 A offenbart einen Bürstenhalter mit einer Kohlebürste, die mit zwei Ausziehfedern an einen Kommutator gedrückt wird. Die Ausziehfeder weisen jeweils seitliche Federbeine aus, die jeweils einen Teil eines Seitenbereichs der Kohlebürste abdecken. Die Kohlebürste wird auch hierdurch nicht ausreichend vor Schmutz (Staub) und Vibrationen geschützt, sodass ein vorzeitiger Verschleiß der Kohlebürste auftreten kann. US 4,371,803 A discloses a brush holder with a carbon brush, which is pressed with two extension springs to a commutator. The extraction spring each have lateral struts which each cover a part of a side region of the carbon brush. The carbon brush is thus not sufficiently protected from dirt (dust) and vibration, so that premature wear of the carbon brush can occur.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung eines verschleißarmen Bürstenhalters für Kohlebürsten.The object of the invention is the realization of a low-wear brush holder for carbon brushes.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is essentially achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments emerge from the subclaims.

So weist ein Bürstenhalter für einen Elektromotor eine Kohleführung, in welcher eine Kohlebürste radial zur Drehachse führbar ist, sowie eine, die Kohlebürste radial von außen vorspannende, sich tangential zur Drehachse erstreckende Elastomermembran auf, welche die Kohlebürste in einem zwischen der Kohleführung und der Kohlebürste ausgebildeten Führungsspalt umfänglich geschlossen umfasst.Thus, a brush holder for an electric motor has a carbon guide, in which a carbon brush can be guided radially to the axis of rotation, and one, the carbon brush radially biasing from the outside, extending tangentially to the axis of rotation elastomeric membrane, which formed the carbon brush in a between the carbon guide and the carbon brush Guide gap circumferentially closed includes.

Indem die Elastomermembran die Kohlebürste in dem Führungsspalt umfänglich geschlossen umfasst ist die Kohlebürste in der Kohleführung von radial außen staubdicht abgedichtet. Radiale und tangentiale Schwingungen der Kohlebürste in der Kohleführung werden durch das Dämpfungsmodul der viskoelastischen Elastomermembran sowie durch Reibung an der Elastomermembran gedämpft. Zudem steht die relativ weiche Kohlebürste nur zu der noch weicheren Elastomermembran in tribologischen Kontakt, wodurch die Kohlebürste selbst kaum verschleißt.By the elastomeric membrane comprising the carbon brush circumferentially closed in the guide gap, the carbon brush is sealed dust-tight in the carbon guide from the outside radially. Radial and tangential vibrations of the carbon brush in the carbon guide are damped by the damping modulus of the viscoelastic elastomeric membrane and by friction on the elastomeric membrane. In addition, the relatively soft carbon brush is in tribological contact only to the even softer elastomeric membrane, whereby the carbon brush hardly wears itself.

Vorteilhaft erstreckt sich die Elastomermembran zwischen einem radial äußeren Ende des Bürstenhalters und der in den Bürstenhalter radial eintauchenden Kohleführung, wodurch die Elastomermembran labyrinthförmig zwischen dem äußeren Ende des Bürstenhalters und der in den Bürstenhalter radial eintauchenden Kohleführung deformiert wird und in dieser eine Membranspannung bewirkt, welche über ihre radial nach innen gerichtete Kraftkomponente die Kohlebürste radial vorspannt.Advantageously, the elastomeric membrane extends between a radially outer end of the brush holder and the brush holder radially dipping coal guide, whereby the elastomeric membrane is labyrinth-shaped deformed between the outer end of the brush holder and the brush holder radially dipping coal guide and in this causes a diaphragm voltage which over their radially inwardly directed force component radially biases the carbon brush.

Vorteilhaft weist die Elastomermembran einen randseitigen Wulst auf, wodurch über eine randseitige Festlegung dieser am Rand sowie weiterer Deformationen im Membraninnern eine intralamminare Membranspannung einprägbar ist.Advantageously, the elastomeric membrane on an edge bead on which an intralamminar diaphragm stress can be impressed on a marginal fixing this at the edge and other deformations in the membrane interior.

Vorteilhaft besteht die Elastomermembran aus Silikon-Kautschuk, wodurch diese in dem weiten Temperaturbereich im Elektromotor einen weitgehend konstanten Elastizitatsmodul sowie Dämpfungsmodul aufweist.Advantageously, the elastomeric membrane of silicone rubber, whereby this has a largely constant elastic modulus and damping module in the wide temperature range in the electric motor.

Vorteilhaft liegt die Elastomermembran in einem Kontaktbereich zumindest teilweise direkt an der äußeren Stirnseite der Kohlebürste an, wodurch dort eine staubdichte, einseitige Druckverbindung sowie eine unmittelbare Vibrationsdämpfung der Kohlebürste erfolgt.Advantageously, the elastomeric membrane in a contact region is at least partially directly on the outer end face of the carbon brush, whereby there is a dust-tight, one-sided pressure connection and an immediate vibration damping of the carbon brush.

Vorteilhaft weist die Elastomermembran im Kontaktbereich ein Durchgangsloch auf, wodurch eine stromführende Leitungslitze der Kohlebürste staubdicht durch dieses hindurch führbar ist.Advantageously, the elastomeric membrane has a through-hole in the contact region, as a result of which a current-carrying conductor strand of the carbon brush can be guided dust-tightly therethrough.

Vorteilhaft besteht die Kohleführung aus Metall, weiter vorteilhaft aus Aluminium, wodurch die in der Kohlebürste anfallende Wärmemenge nach radial außen zur Kühlung abgeführt werden kann.Advantageously, the carbon guide made of metal, more advantageously made of aluminum, whereby the costs incurred in the carbon brush heat can be dissipated radially outward for cooling.

Vorteilhaft ist die Kohleführung von radial außen in den Bürstenhalter einrastbar ausgebildet, weiter vorteilhaft mittels von federnden Rastmitteln des Bürstenhalters hintergreifbaren Hinterrastungen, wodurch beim Wechsel der Kohlebürste die Kohleführung einfach montierbar/demontierbar ist.Advantageously, the carbon guide is latched formed by radially outside in the brush holder, further advantageous by means of resilient latching means of the brush holder behind engageable Hinterrastungen, whereby the carbon guide is easy to assemble / disassemble when changing the carbon brush.

Vorteilhaft ist die Kohleführung topologisch als quergeschnittene Hälfte einer Torusoberfläche ausgebildet, bspw. in der Art eines kreisringförmigen Napfes, deren einseitige Aussenflache sowohl einen Außenmantel, eine Stirnflache und einen Innenmantel ausbildet, wodurch dieser Innenmantel zur radialen Führung der Kohlebürste am Kohlebürstenmantel nutzbar ist.Advantageously, the coal guide is topologically formed as a cross-cut half of a torus, for example. In the manner of an annular cup whose one-sided outer surface forms both an outer shell, an end face and an inner shell, whereby this inner shell for radial guidance of the carbon brush on the carbon brush jacket is used.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels naher erläutert mit:The invention will be explained in more detail with respect to an advantageous embodiment with:

1 als Bürstenhalter im Längsschnitt. 1 as a brush holder in longitudinal section.

2 als Bürstenhalter im Querschnitt. 2 as a brush holder in cross section.

Nach 1 weist ein aus isolierendem Kunststoff ausgebildeter Bürstenhalter 1 eines Elektromotors 2 eine Kohleführung 3 auf, in welcher eine Kohlebürste 4 radial zur Drehachse A führbar gelagert ist. Eine sich tangential zur Drehachse A erstreckende Elastomermembran 5 aus Silikon-Kautschuk mit einer zwischen dem Bürstenhalter 1 und der Kohleführung 3 festgelegten randseitigen Wulst 16 spannt die Kohlebürsten 4 radial nach Innen vor, indem die Elastomermembran 5 in einem Kontaktbereich 6 direkt an der äußeren Stirnseite 7 der Kohlebürste 4 staubdicht anliegt. Dazu ist das Membraninnere der Elastomermembran 5 labyrinthförmig zwischen einem radial äußeren Ende 8 des Bürstenhalters 1 und der in diesen radial nach Innen eintauchenden Kohleführung 3 deformiert. Die Elastomermembran 5 weist zudem im Kontaktbereich 6 ein Durchgangsloch 9 auf, durch welches eine stromführende Leitungslitze 10 der Kohlebürste 4 staubdicht hindurchgeführt ist.To 1 has a brush holder made of insulating plastic 1 an electric motor 2 a coal tour 3 on, in which a carbon brush 4 is radially mounted to the axis of rotation A feasible. A tangential to the axis of rotation A extending elastomeric membrane 5 made of silicone rubber with one between the brush holder 1 and the coal leadership 3 fixed edge bead 16 tenses the carbon brushes 4 radially inward before by the elastomeric membrane 5 in a contact area 6 directly on the outer front side 7 the carbon brush 4 dust-tight. For this purpose, the membrane interior of the elastomeric membrane 5 labyrinth-shaped between a radially outer end 8th of the brush holder 1 and in this radially inwardly immersed carbon guide 3 deformed. The elastomeric membrane 5 also has the contact area 6 a through hole 9 on, through which a current-carrying stranded wire 10 the carbon brush 4 is passed dustproof.

Nach 2 ist die Kohleführung 3 mittels von federnden Rastmitteln 11 des Bürstenhalters 1 hintergreifbaren Hinterrastungen 12 von radial außen in den Bürstenhalter 1 eingerastet. Die als Aluminiumpressteil ausgeführte Kohleführung 3 ist topologisch als quergeschnittene Hälfte einer Torusoberfläche ausgebildet, deren einseitige Aussenfläche sowohl einen Außenmantel 13, eine Stirnfläche 14 und einen Innenmantel 15 ausbildet. In dem Innenmantel 15 ist vermittelt über die schwingungsdampfende Elastomermembran 5 die Kohlebürste 4 radial geführt. Ein von dem Bürstenhalter 1 umschlossener, elektrischer Kontaktbereich 17 zwischen der Kohlebürste 4 und dem Kommutator 18 ist staubdicht umschlossen. in einem zwischen der Kohleführung 3 und der Kohlebürste 4 ausgebildeten Führungsspalt 19 ist die Kohlebürste 4 selbst umfänglich geschlossen von der Elastomermembran 5 umfasst und somit von radial außen staubdicht geführt.To 2 is the coal leadership 3 by means of resilient locking means 11 of the brush holder 1 behind-reach Hinterrastungen 12 from radially outside into the brush holder 1 engaged. The coal extrusion designed as an aluminum extrusion 3 is topologically formed as a cross-cut half of a Torusoberfläche whose one-sided outer surface both an outer sheath 13 , an end face 14 and an inner jacket 15 formed. In the inner jacket 15 is mediated by the vibration damping elastomeric membrane 5 the carbon brush 4 guided radially. One of the brush holder 1 enclosed, electrical contact area 17 between the carbon brush 4 and the commutator 18 is dustproof enclosed. in one between the coal leadership 3 and the carbon brush 4 trained guide gap 19 is the carbon brush 4 itself circumferentially closed by the elastomeric membrane 5 includes and thus dust-tight from radially outward.

Claims

Brush holder for an electric motor ( 2 ) with a coal guide ( 3 ), in which a carbon brush ( 4 ) is radially guided to the axis of rotation (A), and with one, the carbon brush ( 4 ) radially from the outside biasing, tangential to the axis of rotation (A) extending elastomeric membrane ( 5 ), characterized in that the elastomeric membrane ( 5 ) the carbon brush ( 4 ) in one between the coal guide ( 3 ) and the carbon brush ( 4 ) formed guide gap ( 19 ) comprises circumferentially closed.

Brush holder according to claim 1, characterized in that the elastomeric membrane ( 5 ) between a radially outer end ( 8th ) of the brush holder and in the brush holder radially dipping coal guide ( 3 ).

Brush holder according to claim 1 or 2, characterized in that the elastomeric membrane ( 5 ) an edge bead ( 16 ) having.

Brush holder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the elastomeric membrane ( 5 ) consists of silicone rubber.

Brush holder according to one of the preceding claims, characterized in that the elastomeric membrane ( 5 ) in a contact area ( 6 ) at least partially directly on the outer end face ( 7 ) of the carbon brush ( 4 ) is present.

Brush holder according to claim 5, characterized in that the elastomeric membrane ( 5 ) in the contact area ( 6 ) a through hole ( 9 ) for a stranded wire ( 10 ) having.

Brush holder according to one of the preceding claims, characterized in that the coal guide ( 3 ) consists of metal.

Brush holder according to one of the preceding claims, characterized in that the Coal guide ( 3 ) Is formed by radially engageable outside.

Brush holder according to claim 8, characterized in that the coal guide ( 3 ) of resilient latching means ( 11 ) of the brush holder behind behind catching ( 12 ) having.

Brush holder according to one of the preceding claims, characterized in that the coal guide ( 3 ) is formed topologically as a cross-cut half of a torus surface whose one-sided outer surface both an outer sheath ( 13 ), an end face ( 14 ) and an inner jacket ( 15 ) trains.