DE1563044A1

DE1563044A1 - Holder for carbon brushes in electrical machines

Info

Publication number: DE1563044A1
Application number: DE19661563044
Authority: DE
Inventors: Hinrichs Dr Rer Nat Gerd; Brueckmann Dr Rer Pol Willi
Original assignee: Schunk and Ebe GmbH
Current assignee: Schunk and Ebe GmbH
Priority date: 1966-09-16
Filing date: 1966-09-16
Publication date: 1970-04-23
Also published as: FR1503352A; CH453484A; AT263912B

Description

Halter für Kohlebürsten in elektrischen Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kohlebürstenhalter mit Aussparungen in den Haltertaschenwänden, bei dem die Bildung von Absätzen auf den Kohlebürstenoberflächen ver- mieden wird, die für die Beweglichkeit der Kohlebürsten schädlich sind. Bei bestimmten Bürstenhalterkonstruktionen ist es nötig, in einer oder in den beiden gegenüberliegenden Haltertaschenwänden Aussparungen vorzusehen, damit das Druckelement seine Funktion auch bei abgenutzten Kohlebürsten erfüllen kann. Als Beispiel seien Bürstenhalterausführungen nach den deutschen Patenten 822 693 und 1 112 193 sowie dem USA-Patent 3 158 773 genannt. Schon bei Haltern mit voll ausgebildeten Haltertaschenwänden besteht die Gefahr, daß sich die Halterwände in das Kohlebürstenmaterial einarbeiten. Der an den Berührungs- flächen zwischen den Haltern und den Kohlebürsten auftreten- de Kohlebürstenverschleiß kann bei unruhig laufenden Bürsten durch Reibungsvorgänge bedingt sein, es ist aber auch möglich, daß der Verschleiß auf Materialtransport durch einen von den Kohlebürsten zu den Haltertaschenwänden fließenden Strom zu- rückzuführen ist. Das aus der Haltertasche herausragende Ende der Kohlebürste wird von diesem Verschleiß nicht betroffen, so daß sich an der Kohlebürstenoberfläche ein Absatz bilden kann, der bei ausreichender Tiefe die freie Beweglichkeit der Kohle- bürste in axialer Richtung verhindert. Bei Kohlebürsten, die überhaupt nicht aus den Haltertaschen herausragen, ist diese Abs,Ttzbildung selbstverständlich nicht möglich. Wenn die Koh- lebürsten am oberen Ende aus der Haltertasche herausragen, so achtet man üblicherweise darauf, daß das urigeführte Ende nicht zu lang ist. Nach relativ kurzer Laufzeit wird die Kohlebürste durch den natürlichen Verschleiß an der Gleitfläche ganz in der Haltertasche sein, so daß also gar keine ausreichende Zeit vor- handen war, einen Absatz mit schädlicher Höhe am Kohlematerial zu bilden. Anders liegen die Verhältnisse aber bei Haltern, bei denen Aussparungen in den Halterkastenwänden für das Druckelement vorhanden sind. Die für die Führung der Kohlebürsten zur Ver- fügung stehenden Flächen sind dann verkleinert, damit ist eine Erhöhung des spezifischen Flächendruckes und auch gege- benenfalls eine Erhöhung der Stromdichte gegeben. Dadurch werden die mechanischen und elektrischen Korrosionsvorgänge vergrößert. Die untere senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste verlaufende Kante der Aussparung liegt nahe der Gleit- fläche, so daß durch die Reibung der Kohlebürsten auf dem Kommutator an dieser Stelle beträchtliche Kräfte zur Wirkung gelangen. An dieser Kante können sich also für die axiale Be- weglichkeit der Bitraten störende Absätze bilden. Holder for carbon brushes in electrical machines The present invention relates to a carbon brush holder with recesses in the holder pocket walls, in which the formation of shoulders on the carbon brush surfaces which are detrimental to the mobility of the carbon brushes is avoided. With certain brush holder constructions, it is necessary to provide recesses in one or in the two opposite holder pocket walls so that the pressure element can fulfill its function even when the carbon brushes are worn. Brush holder designs according to German patents 822,693 and 1,112,193 and US patent 3,158,773 are mentioned as an example . Even with holders with fully formed holder pocket walls, there is a risk that the holder walls will work their way into the carbon brush material . The areas to the touch between the holders and carbon brushes occurring de brush wear can at rough-running brushes due to frictional processes to be, it is also possible that the wear on material handling to-recycle by a current flowing from the carbon brushes to the holder pocket walls Power is. The protruding from the holder pocket end of the carbon brush is not affected by the wear, so that it can form on the surface of the carbon brushes, a paragraph, which prevents the free movement of the carbon brush in an axial direction with sufficient depth. In the case of carbon brushes that do not protrude at all from the holder pockets , this etch formation is of course not possible. If the carbon brushes protrude at the upper end of the holder pocket, so attention is paid usually that this traditional lead end is not too long. After a relatively short running time, the carbon brush will be completely in the holder pocket due to the natural wear and tear on the sliding surface , so that there was not enough time to form a shoulder with a harmful height on the carbon material. However, the situation is different for holders in which there are recesses in the holder box walls for the pressure element . The stationary surfaces for guiding addition of the carbon brushes for encryption are then reduced, thus an increase of the specific surface pressure, and also where appropriate, where an increase in the current density. This increases the mechanical and electrical corrosion processes . The lower edge of the recess running perpendicular to the direction of movement of the brush lies close to the sliding surface, so that considerable forces come into effect at this point due to the friction of the carbon brushes on the commutator. At this edge, disruptive steps can form for the axial mobility of the bit rates .

Es ist versucht worden, die mit der Absatzbildung an den Seiten von Kohlebürsten verbundenen Schwierigkeiten dadurch zu beheben, daß die Kanten der Aussparungen einen von der Durchlaufrichtung der Kohlebürsten abweichenden Verlauf auf- weisen. Man geht dabei von der Annahme aus, daß sich die Kan- ten der Aussparungen in das Kohlematerial einarbeiten. Das ist aber nicht der Fall. Das Kohlematerial wird vielmehr flä- chenmäßig durch Reibung und/oder elektrischen Strom abgetra- gen. Die Mindestbreite der Aussparung im Zustand der maxima- len Kohlebürstenabnutzung ist durch die Breite des Druckele- mentes festgelegt. Wenn die Kanten der Aussparungen nicht mit der Durchlaufrichtung der Kohlebürsten gleichlaufen dürfen, müssen sie so verlaufen, daß die Aussparung zum oberen Ende des Bürstenhalters breiter wird. Die Kanten können dabei ge- radlinig unter einem nach oben geöffneten Winkel verlaufen oder eine geschwungene Form aufweisen. In jedem Fall wird die Fläche der Aussparung durch die vorgeschlagene Kanten- führung vergrößert; die Flächen, die für die Führung der Koh- lebürsten übrig bleiben, werden verkleinert. Unter gleichen Betriebsbedingungen werden dann sowohl der spezfische seit- liche Anprefldruok als auch die Stromdichte über die Halter- taschenwände erhöht, was notwendigerweise einen erhöhten mechanischen und elektrischen Verschleiß der Seitenflächen der Kohlebürsten und eine stärkere Absatzbildung zur Folge haben muß. Attempts have been made to eliminate the difficulties associated with the formation of heels on the sides of carbon brushes by virtue of the fact that the edges of the recesses have a course that deviates from the direction of passage of the carbon brushes. It is based on the assumption that the edges of the recesses work their way into the carbon material . But this is not the case. The carbon material is rather area-gen chenmäßig by friction and / or electrical current abgetra-. The minimum width of the recess in the state of maxima len carbon brush wear is determined by the width of the Druckele- mentes. If the edges of the recesses may fail to track with the passage direction of the brushes, they have to extend so that the recess for the upper end of the brush holder becomes wider. The edges can run in a straight line at an angle that opens upwards or have a curved shape. In any case, the area of the recess is enlarged by the proposed edge guide; the areas that remain for the guidance of the carbon brushes are reduced. Under the same operating conditions, both the specific lateral contact pressure and the current density via the holder pocket walls are increased, which must necessarily result in increased mechanical and electrical wear on the side surfaces of the carbon brushes and increased heel formation .

Durch Versuche konnte diese Tatsache einwandfrei nachgewie- sen werden. Unter vollkommen gleichen Betriebsbedingungen liefen auf einem besonders vorbereiteten Prüfkommutator auf derselben Laufbahn je ein Halter mit rechteckigen und trapezförmigen Aussparungen. Die mit den Kohlebürstenlaufflächen parallel verlaufenden Begrenzungen der_Aussparungen hatten selbstverständlich gleiche Längen, denn diese werden ja durch die Breite den in den Halterkasten eindringenden Druckelemen- tes bestimmt. Um die Versuchszeit zu verkürzen, wurden auf dem Kommutator vier muldenförmige Vertiefungen von ungefähr 0,1 mm Tiefe und 20 mm Länge angebracht, außerdem wurde Gleich- strom von den Kohlebürsten über die Halterkastenwand geschickt. Um eine absolut gleiche Strombelastung zu gewährleisten, wa- ren alle Versuchshalter elektrisch in Reihe geschaltet. In allen Haltern saßen Zwillingskohlebürsten 10 x 40 x 50 mm mit keilförmig ausgebildeter Kopfmulde, der Bürstendruck .be- trug 30O gfcm2 bei einer Gleitgeschwindigkeit von 30 m/s. Nach einer Versuchszeit von 300 Stunden hatte die Kohlebürste in dem Halter mit rec:teckiger Aussparung Abb. 1 einen Absatz an der zur Bürstenlauffläche parallel verlaufenden Kante der Aussparung von 0,05 mm,. der entsprechende Absatz bei der Kohle- bürste in dem Halter mit trapezförmiger Aussparung Abb. 2 be- trug dagegen 0,35 mm. Ein Absatz von 0,05 mm braucht noch nicht störend zu sein, der Absatz von 0,35 mm führt dagegen mit Sicherheit zu Schwierigkeiten. Ein Abgehen von der rechtekkigen Form der Aussparungen bringt also nicht nur keine Ver- minderung sondern eine theoretisch erklärliche und praktisch nachgewiesene deutliche Verstärkung der Absatzbildung. Wenn die seitlichen Kanten der Aussparungen nicht parallel zur Bewegungsrichtung der Kohlebürsten verlaufen, können zue sätzliche Schwierigkeiten dadurch entstehen, daß Absatzbildungen an den seitlichen Kanten ebenfalls die freie axiale Beweglichkeit der Kohlebürsten behindern. Verständlicherweise wird die Behinderung umso stärker, je mehr die seitlichen Kanten von dem Parallellauf zur Kohlebürstenbewegungsrichtung abweichen. This fact could be proven by tests . Under exactly the same operating conditions , a specially prepared test commutator ran on the same track with a holder with rectangular and trapezoidal recesses. Der_Aussparungen The parallel with the carbon brushes treads limitations of course had the same lengths, since these are so determined by the width of the penetrating into the holder case Druckelemen- tes. In order to shorten the test time, four trough-shaped recesses approximately 0.1 mm deep and 20 mm long were made on the commutator , and direct current was sent from the carbon brushes over the holder box wall . To ensure that the current load was absolutely the same, all experimenters were electrically connected in series. In all holders were twin carbon brushes 10 x 40 x 50 mm with a wedge-shaped head recess, the brush pressure was 30O gfcm2 at a sliding speed of 30 m / s. After a test time of 300 hours, the carbon brush in the holder with the square recess Fig. 1 had a shoulder on the edge of the recess running parallel to the brush running surface of 0.05 mm. the corresponding step in the case of the carbon brush in the holder with trapezoidal recess Fig. 2 , on the other hand, was 0.35 mm. A step of 0.05 mm does not have to be disturbing, the step of 0.35 mm, on the other hand, certainly leads to difficulties. A departure from the rectangular shape of the recesses does not only result in a reduction, but also in a theoretically explainable and practically proven clear increase in the formation of the heel. If the side edges of the recesses are not parallel to the direction of movement of the carbon brushes, additional difficulties can arise because heel formations on the side edges also impede the free axial mobility of the carbon brushes. Understandably, the more the lateral edges deviate from the parallel run to the direction of movement of the carbon brushes, the greater the hindrance.

Nach der Erfindung wird nun die störende Absatzbildung mit Sicherheit durch einen Bürstenhalter vermieden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Aussparungen im unteren Teil der Büratenhaltertaschen innen, in Form von Ausnehmungen in geringer Tiefe und einer Breite, die der maximalen Breite der Aussparung entspricht, bis zur unteren Bürstenhalterkante fortgesetzt sind.According to the invention, the disruptive formation of heels is now with certainty avoided by a brush holder, which is characterized in that the recesses in the lower part of the bureau holder pockets inside, in the form of small recesses Depth and a width that corresponds to the maximum width of the recess, up to continued to the lower edge of the brush holder.

Eine Ausführung des Halters ist beispielsweise in der Abb. 3 dargestellt. Die Haltertaschenwände 1 sind mit Aussparungen 2 versehen, in denen sich das auf die Kohlebürsten einwirkende Druckelement bis zu den unteren Aussparungskanten 3 bewegen kann. Von den Ausaparungskanten 3 aus abwärts bis zum Fuß des Halters sind die Aussparungen 2 durch Ausnehmungen 4 fortgeführt, die nur eine geringe, aber ausreichende Tiefe aufweisen.One embodiment of the holder is shown in Fig. 3, for example. The holder pocket walls 1 are provided with recesses 2 in which the the carbon brushes acting pressure element up to the lower recess edges 3 can move. From the Ausaparungskanten 3 down to the foot of the holder are the recesses 2 continued by recesses 4, which are only a small, but have sufficient depth.

Die trauenden Flächen 5 der 1ialtertaschenwände können sich nach wie vor in das Kohlebürstenmaterial einarbeiten, es wer- den sich aber nur in Bewegungsrichtung der Kohlebürsten verlaufende und daher unschädliche Absätze bilden. Die Tiefe der Ausnehmung 4 wird man so wählen, daß auch nach längster Laufzeit unter ungünstigsten Bedingungen keine Berührung des Kohlebürstenmaterials mit dem Boden 6 der Ausnehmung möglich ist. Bei Kohlebürstenmaterial mittlerer Härte reichen erfahrungsgemäß 0,5 mm Tiefe aus, bei besonders weichem Kohlebüratenmaterial kann unter Umständen eine Tiefe der- Ausnehmung von 1 mm oder gar darüber notwendig sein. Ein Bürstenhalter mit den Merkmalen der Erfindung lief gleichzeitig mit den beiden oben beschriebenen Halterausführungen im gleiühen Versuch, es trat keine störende Absatzbildung auf.The roughening surfaces 5 of the primary pocket walls can still work their way into the carbon brush material , but shoulders that run in the direction of movement of the carbon brushes and are therefore harmless will be formed. The depth of the recess 4 will be chosen so that even after the longest running time, under the most unfavorable conditions, no contact of the carbon brush material with the bottom 6 of the recess is possible. In the case of carbon brush material of medium hardness, experience has shown that a depth of 0.5 mm is sufficient; in the case of particularly soft carbon brush material, a depth of 1 mm or even more may be necessary for the recess. A brush holder with the features of the invention ran simultaneously with the two holder designs described above in the same test, there was no disturbing formation of heels.

Claims

P atentanspr it ch holder for the carbon brushes in electrical machines with recesses for unimpeded movement of the forces acting on the carbon brush pressure element dadur in ch, Dab the recesses in the lower part of the brush holder pockets on the inside, in the form of recesses at a shallow depth and a width corresponding to the maximum Width of the recess corresponds to the lower edge of the brush holder are continued. Publications considered: Switzerland. Patent 403,057 American _ "697.432, Fig. 3" 963.508 Fig. 2 & 3 "" 1.277.497, Fig. 1 & 3