DE19650245A1

DE19650245A1 - Carbon brush for contacting electric motor commutator

Info

Publication number: DE19650245A1
Application number: DE1996150245
Authority: DE
Inventors: Zoran Ivkovic
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: GESELLSCHAFT FUER ELEKTRISCHE GERAETE GMBH & CO. K
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-06-10

Abstract

The carbon brush (7) has a contact surface (9) for engaging the lamella plates (4) of the electric motor collector (2), with the side edges of the carbon brush, perpendicular to the contact surface provided with a series of raised projections (12), extending in the rotation direction of the collector. The commutator/collector may be provided by triangular cross-section ribs or by pyramid or conical projections arranged in rows which are relatively offset.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kohlebürste zur Kontaktierung eines sich drehenden, mehrere Lamellen aufweisenden Kol lektors eines Elektromotors, welche eine Kontaktfläche zur Kontaktierung der Lamellen hat.The invention relates to a carbon brush for contacting of a rotating col lecturer of an electric motor, which has a contact surface for contacting the slats.

Solche Kohlebürsten werden in Elektromotoren häufig zur Kontaktierung einer auf einem Rotor angeordneten Wicklung eingesetzt und sind damit bekannt. Die Enden der Wicklung sind hierbei über Kupferdrähte elektrisch leitend mit den Lamellen verbunden, die jeweils durch einen Luftspalt voneinander elektrisch isoliert sind.Such carbon brushes are often used in electric motors Contacting a winding arranged on a rotor used and are therefore known. The ends of the winding are electrically conductive with the copper wires Slats connected, each by an air gap are electrically isolated from each other.

Nachteilig bei den bekannten Elektromotoren ist, daß sie Pfeifgeräusche erzeugen, die umso lauter sind, je höher die Drehzahl des Kollektors ist. Diese Pfeifgeräusche werden durch Schwingungen der Kohlebürsten beim Gleiten über die Lamellen und die Luftspalte erzeugt. Diese Schwingungen sind besonders stark, wenn die Kohlebürsten nach einiger Betriebs zeit des Elektromotors von dem Kol lektor angeschliffen sind und an den seitlichen Begren zungen der Kontaktflächen scharfe Kanten entstehen. Man könnte daran denken, die Kanten der Kohlebürste abzurun den. Dies führt jedoch nur zu einer kurzzeitigen Verrin gerung der Pfeifgeräusche, da die abgerundeten Kanten nach einiger Betriebs zeit erneut scharfkantig geschliffen sind.A disadvantage of the known electric motors is that they Generate whistling noises, the louder the higher is the speed of the collector. These whistling noises are caused by vibrations of the carbon brushes when sliding generated over the fins and the air gaps. This Vibrations are particularly strong when the carbon brushes after some time of operation of the electric motor from the Kol are ground and on the side borders tongues of the contact surfaces have sharp edges. Man might remember to run away the edges of the carbon brush the. However, this only leads to a brief delay reduction of whistling noises because of the rounded edges sharpened again after some operating time are.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kohlebür ste der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie in einem Elektromotor möglichst wenig Pfeifgeräusche ver ursacht.The invention is based on the problem of a carbon brush most of the type mentioned so that they Ver whistling as little as possible in an electric motor causes.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest die der Bewegungsrichtung der Lamellen zuge wandte Kante der Kontaktfläche in allen Verschleißzustän den durch mehrere in einem an der Kontaktfläche angren zenden Bereich der Kohlebürste angeordnete Erhebungen un regelmäßig geformt ist.This problem is solved according to the invention in that at least that of the direction of movement of the slats turned edge of the contact surface in all wear conditions by several in one on the contact surface the region of the carbon brush is shaped regularly.

Durch diese Gestaltung werden bei einer Bewegung des Kol lektors zunächst die äußeren Bereiche der Erhebungen mit der nächsten Lamelle kontaktiert, wodurch bei gleichblei bendem, den Lamellen zugeführtem elektrischen Strom an dieser Stelle eine hohe Stromdichte vorhanden ist. Hier durch steigt die Temperatur an dieser Stelle stark an, was eine teilweise Oxidation der äußeren Bereiche der Kontaktfläche zur Folge hat. Da die Wärme aus den äußeren Bereichen der Erhebungen schlechter abgeleitet wird als aus den unteren Bereichen, werden die Erhebungen in ihren äußeren Bereichen besonders stark durch Lichtbogenerosi on oxidiert. Durch die Oxidation wird Material von den Rändern der Kontaktfläche abgetragen, was dazu führt, daß die Kanten der Kontaktfläche der Kohlebürste sofort abgerundet werden. Deshalb werden scharfe Kanten an der Kontaktfläche vermieden und Pfeifgeräusche des Elektromo tors dauerhaft verringert. With this design, when the Kol first the outer areas of the surveys the next slat contacted, whereby at the same electrical current supplied to the slats there is a high current density at this point. Here the temperature rises sharply at this point, which is a partial oxidation of the outer areas of the Contact area results. Because the heat comes from the outside Areas of the surveys are derived worse than from the lower areas, the surveys are in their outer areas particularly strong due to arc erosion on oxidized. The oxidation removes material from the Edges of the contact surface, which leads to that the edges of the contact surface of the carbon brush immediately be rounded off. Therefore, sharp edges on the Avoided contact area and whistling noises of the electromo tors permanently reduced.

Bei besonders kleinen und leistungsstarken Elektromotoren könnte die Stromstärke in den Erhebungen so groß werden, daß die Erhebungen vollständig oxidieren und damit im unteren Bereich der Erhebungen scharfe Kanten entstehen. Solche scharfen Kanten lassen sich gemäß einer vorteil haften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vermeiden, wenn die Erhebungen an ihrem unteren Ende einen Radius aufweisen. Durch den Radius sind die Erhebungen in ihrem unteren Bereich sehr stark dimensioniert, so daß an die ser Stelle die bei der Lichtbogenerosion erzeugte Wärme besonders gut abgeleitet wird und die Erhebungen nahezu ausschließlich im oberen Bereich oxidieren. Weiterhin hält diese Kohlebürste größeren mechanischen Belastungen stand als eine mit im unteren Bereich scharfkantig ge stalteten Erhebungen.For particularly small and powerful electric motors the current intensity in the surveys could become so great that the elevations completely oxidize and thus in sharp edges arise at the bottom of the elevations. Such sharp edges can be according to one advantage reliably avoid further development of the invention, if the bumps have a radius at their lower end exhibit. Due to the radius, the bumps are in theirs lower area very strongly dimensioned, so that to the place the heat generated by arc erosion is derived particularly well and the surveys almost oxidize only in the upper area. Farther holds this carbon brush larger mechanical loads stood as one with sharp edges in the lower area designed surveys.

Die Kohlebürste ist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig zu fertigen, wenn die Erhebungen mehrere auf die Kontaktflä che zulaufende Stege aufweisen. Weiterhin können die Ste ge als Führung einer in einem Schacht angeordneten Kohle bürste ausgebildet sein. Eine bekannte Kohlebürste läßt sich zudem sehr einfach zu der erfindungsgemäßen Kohle bürste überarbeiten, indem die Stege durch ein Herausfrä sen von Zwischenräumen erzeugt werden.The carbon brush is advantageous according to another Further development of the invention is particularly cost-effective manufacture if the elevations several on the contact surface have tapered webs. Ste ge as a guide of a coal arranged in a shaft brush be formed. A known carbon brush lets also very simple to the coal of the invention Rework the brush by cutting out the bars gaps are created.

Eine ausreichende Oxidationsfähigkeit der oberen Bereiche der Erhebungen läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaf ten Weiterbildung der Erfindung einfach dadurch sicher stellen, daß die Stege nach außen hin spitz zulaufend gestaltet sind.Adequate oxidation ability of the upper areas the surveys can be advantageous according to another ten further development of the invention simply safe make sure that the webs taper to the outside are designed.

Regelbare Elektromotoren werden häufig in unterschiedli chen oder dauerhaft in mittleren Leistungsbereichen be trieben. Hierdurch kann eine zur Oxidation der oberen Be reiche der Stege erforderliche Stromdichte häufig nicht gewährleistet werden. Die zur Verringerung der Pfeifge räusche erforderliche Abrundung der Kanten der Kontakt fläche läßt sich dann gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach erzeugen, wenn die Erhebungen im oberen Bereich kegel- oder pyrami denförmig gestaltet sind, wobei die kegel- oder pyrami denförmigen Erhebungen in Reihen angeordnet sind, welche senkrecht zueinander einen Versatz aufweisen. Durch diene Gestaltung werden die oberen Bereiche der Erhebungen be sonders leicht oxidiert, da die erzeugte Wärme an dieser Stelle besonders schlecht abgeleitet wird. In ihrem unte ren Ende wird die Wärme besonders gut abgeleitet, so daß an dieser Stelle eine besonders hohe Stromdichte zur Oxi dation erforderlich ist. Hierdurch wird die Erzeugung der die Pfeifgeräusche unterbindenden Abrundung auch bei ei nem Betrieb des Elektromotors in unterschiedlichen Lei stungsbereichen zuverlässig sichergestellt. Die reihen förmige Anordnung der Erhebungen in Reihen, die zueinan der einen Versatz aufweisen, dient dazu, die zu erzeugen de unregelmäßige Kante der Kontaktfläche in allen Ver schleißzuständen der Kohlebürste sicherzustellen.Adjustable electric motors are often different or permanently in medium performance ranges drove. This can lead to the oxidation of the upper Be the current density required for the bridges is often not sufficient be guaranteed. The one to reduce the whistle noise required rounding the edges of the contact area can then be according to another advantageous Generate further development of the invention particularly easily, if the elevations in the upper area are conical or pyrami are designed in the shape of a cone or pyrami The shaped elevations are arranged in rows, which have an offset perpendicular to each other. By serving Design will be the top areas of the surveys particularly easily oxidized, since the heat generated on it Place is particularly poorly derived. In her bottom Ren end the heat is dissipated particularly well, so that at this point a particularly high current density to the oxi dation is required. This will create the the rounding prevents whistling noises even with egg Operating the electric motor in different lei areas reliably ensured. The rows shaped arrangement of the elevations in rows that go together which have an offset is used to generate the de irregular edge of the contact surface in all ver ensure wear conditions of the carbon brush.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei da von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention permits numerous embodiments. For There are two more to clarify its basic principle of shown in the drawing and are below described. This shows in

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kollek tors eines Rotors eines Elektromotors mit ei ner erfindungsgemäßen Kohlebürste, Fig. 1 is a perspective view of a collector-gate of a rotor of an electric motor with egg ner carbon brush according to the invention,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teilbereichs des Kol lektors mit der Kohlebürste aus Fig. 1, Fig. 2 is a side view of a portion of the Kol lector with the carbon brush in FIG. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Kohlebürste, Fig. 3 shows a further embodiment of the erfindungsge MAESSEN carbon brush,

Fig. 4a-4e fünf verschiedene Ausführungsbeispiele für Er hebungen einer Kohlebürste. Fig. 4a-4e five different embodiments for lifting a carbon brush.

Die Fig. 1 zeigt einen drehfest auf einer Motorwelle 1 befestigten Kollektor 2 eines Rotors eines Elektromotors. Der Kollektor 2 weist auf seiner Mantelfläche eine Viel zahl von Lamellen 4 aus einem elektrisch leitenden Mate rial auf. Die Lamellen 4 sind über Kupferdrähte 5 mit ei ner nicht dargestellten Wicklung des Rotors elektrisch leitend verbunden und mittels Luftspalte 6 voneinander elektrisch isoliert. Gegen den Kollektor 2 sind zwei Koh lebürsten 7, von denen zur Verdeutlichung der Zeichnung nur eine dargestellt ist, mittels einer Feder 8 mit ihrer Kontaktfläche 9 vorgespannt. Die Kohlebürste 7 hat im we sentlichen die Breite einer Lamelle 4 und wird über eine elektrische Leitung 10 mit elektrischem Strom versorgt. FIG. 1 shows a collector 2 of a rotor of an electric motor, which is fixed in a rotationally fixed manner on a motor shaft 1 . The collector 2 has a large number of fins 4 made of an electrically conductive mate rial on its outer surface. The fins 4 are electrically conductively connected via copper wires 5 to a winding of the rotor (not shown) and are electrically insulated from one another by means of air gaps 6 . Against the collector 2 are two Koh brushes 7 , of which only one is shown to clarify the drawing, biased by a spring 8 with their contact surface 9 . The carbon brush 7 has essentially the width of a lamella 4 and is supplied with electrical current via an electrical line 10 .

Der Schaft 11 der Kohlebürste 7 ist in und entgegen der Bewegungsrichtung der Lamellen 4 mit Erhebungen 12 verse hen, die senkrecht zu der Kontaktfläche 9 verlaufende, nach außen hin spitz zulaufende Stege 13 aufweisen. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die seitlichen Kanten der Kontaktfläche 9 in einer Ansicht der Kohlebürste 7 von der Seite abgerundet sind. Hierdurch werden Pfeifgeräu sche des Elektromotors deutlich verringert.The shaft 11 of the carbon brush 7 is hen in and against the direction of movement of the lamellae 4 with elevations 12 , which have perpendicular to the contact surface 9 , outwardly tapering webs 13 . In Fig. 2 it can be seen that the side edges of the contact surface 9 are rounded in a view of the carbon brush 7 from the side. As a result, Pfeifgeräu cal of the electric motor are significantly reduced.

Im Betrieb des Elektromotors gleitet die Kohlebürste 7 über die Lamellen 4 und wird dabei abgeschliffen. Da je doch die oberen Enden der Stege 13 zuerst mit der jeweils nächsten Lamelle 4 kontaktiert werden, entsteht an dieser Stelle eine besonders hohe Stromdichte, die zu einer Lichtbogenerosion der äußeren Bereiche der Erhebungen 12 führt. Hierdurch wird die Rundung der Kante der Kontakt fläche 9 der Kohlebürste 7 stets von neuem erzeugt. When the electric motor is in operation, the carbon brush 7 slides over the fins 4 and is thereby ground off. However, since the upper ends of the webs 13 are first contacted with the next lamella 4 , a particularly high current density arises at this point, which leads to arc erosion of the outer regions of the elevations 12 . As a result, the rounding of the edge of the contact surface 9 of the carbon brush 7 is always generated again.

In Fig. 3 ist eine Kohlebürste 14 mit kegelförmigen Er hebungen 15 dargestellt, die an ihrem unteren Ende einen Radius 16 aufweisen. Durch diese Gestaltung werden die Enden der Erhebungen 15 im Vergleich zum Bereich des Ra dius 16 besonders leicht erodiert. Hierdurch wird auch bei regelbaren Elektromotoren, die ständig in einem unte ren oder mittleren Leistungsbereich betrieben werden, die Bildung einer scharfen Kante an der Kontaktfläche der Kohlebürste 14 vermieden. Weiterhin ist in Fig. 3 zu er kennen, daß die kegelförmigen Erhebungen 15 in Reihen angeordnet sind, welche senkrecht zueinander einen Ver satz aufweisen. Hierdurch ist in jedem Verschleißzustand eine Pfeifgeräusche vermindernde unregelmäßige Kante der Kohlebürste 14 sichergestellt.In Fig. 3, a carbon brush 14 is shown with conical he elevations 15 , which have a radius 16 at their lower end. With this design, the ends of the elevations 15 are particularly easily eroded compared to the region of the radius 16 . As a result, the formation of a sharp edge on the contact surface of the carbon brush 14 is avoided even with controllable electric motors that are continuously operated in a lower or medium power range. Furthermore, in Fig. 3 it is known that the conical elevations 15 are arranged in rows which have a Ver set perpendicular to each other. In this way, an irregular edge of the carbon brush 14 which reduces whistling noises is ensured in every state of wear.

Fig. 4a bis 4e zeigen verschiedene Ausführungsbeispie le für Erhebungen einer Kohlebürste. Die bereits aus Fig. 1 bekannte Kohlebürste mit senkrecht zu der Kontakt fläche 9 verlaufende, nach außen hin spitz zulaufende Stege 13 aufweisenden Erhebungen 12 ist in Fig. 4a ver größert dargestellt. Eine ähnliche Ausführungsform mit mehrere auf die Kontaktfläche zulaufende Stege aufweisen den Erhebungen 12 verdeutlicht Fig. 4e. Fig. 4a to 4e show various Ausführungsbeispie le for surveys of a carbon brush. The already known from FIG. 1 carbon brush with perpendicular to the contact surface 9 , outwardly tapering webs 13 having elevations 12 is shown in Fig. 4a enlarged. A similar embodiment with a plurality of webs running towards the contact surface is shown in elevations 12 in FIG. 4e.

Erhebungen 12 der Kohlebürste 7, die im oberen Bereich kegelförmig gestaltet sind, wobei die kegelförmigen Erhe bungen 12 in Reihen angeordnet sind, welche senkrecht zu einander einen Versatz aufweisen, zeigt Fig. 4b. In ei ner perspektivischen Ansicht (Fig. 4d) sowie einer ent sprechenden Seitenansicht (Fig. 4c) sind Erhebungen 12 der Kohlebürste 7 dargestellt, die im oberen Bereich py ramidenförmig gestaltet sind, wobei die pyramidenförmigen Erhebungen 12 in Reihen angeordnet sind, welche senkrecht zueinander einen Versatz aufweisen.Elevations 12 of the carbon brush 7 , which are designed conically in the upper region, the conical elevations 12 being arranged in rows which have an offset perpendicular to one another, FIG. 4b shows. In egg ner perspective view ( Fig. 4d) and a corresponding side view ( Fig. 4c) elevations 12 of the carbon brush 7 are shown, which are pyramid-shaped in the upper region, the pyramid-shaped elevations 12 are arranged in rows which are perpendicular to each other have an offset.

Claims

1. Carbon brush for contacting a rotating, multi-lamella collector of an electromotive, which has a contact surface for contacting the blades, characterized in that at least the direction of movement of the lamellae ( 4 ) facing edge of the contact surface ( 9 ) in all wear states is irregularly shaped by several elevations ( 12 , 15 ) arranged in a region of the carbon brush ( 7 , 14 ) adjoining the contact surface ( 9 ).

2. Carbon brush according to claim 1, characterized in that the elevations ( 15 ) have a Ra dius ( 16 ) at their lower end.

3. Carbon brush according to claim 1 or 2, characterized in that the elevations ( 12 ) have a plurality of on the con tact surface ( 9 ) tapered webs ( 13 ).

4. Carbon brush according to claim 3, characterized in that the webs ( 13 ) are tapered towards the outside.

5. Carbon brush according to at least one of the preceding claims, characterized in that the elevations ( 15 ) are conical or pyramid-shaped upwards, the conical or pyramid-shaped elevations ( 15 ) are arranged in rows which are perpendicular to each other an offset exhibit.