DE19742091A1

DE19742091A1 - Halterung für ein Gleitkontaktstück einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE19742091A1
Application number: DE1997142091
Authority: DE
Inventors: Walter Haussecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: DE19742091B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für ein Gleitstück ei ner elektrischen Maschine, wie sie im Oberbegriff des An spruchs 1 angegeben ist.

STAND DER TECHNIK

Bei einer bekannten Halterung für ein Gleitkontaktstück bzw. eine Bürste eines Kommutatormotors (DE 89 05 006 U1) ist die mit dem am Rotor des Motors vorgesehenen Kommutator in Ein griff stehende Bürste an einem Hebel befestigt, der schwenk bar an einer relativ zum Rotor des Motors feststehenden Bür stenhalterplatte angelenkt ist. Der die Bürste tragende Hebel ist dabei von einer Feder auf die Rotorachse hin vorgespannt, so daß er die Gleitkontaktfläche der Bürste gegen die ent sprechende Kontaktfläche des Kommutators drückt.

Eine andere bekannte Trägereinrichtung (DE 94 00 080 U1) für Bürsten zur Verwendung in elektrischen Maschinen, insbesonde re zur Verwendung in Großgeneratoren nach Art von Turbogene ratoren, weist einen Halter auf, an dem mehrere Bürsten ange bracht sind und der schwenkbar an einer Schubstange angeord net ist. Die Schubstange, die radial zur Motorwelle verläuft, kann mittels eines Stellantriebs verschoben werden, um die Bürsten mit einem auf der Motorwelle angeordneten Schleifring in ohmschen Kontakt zu bringen.

Bei dieser bekannten Trägereinrichtung sind die Bürsten je doch gegenüber der Schubstange geneigt, so daß sie zwar radi al zur Motorwelle stehen, jedoch gegenüber der mittels der Schubstange erzeugten Andrückkraft geneigt sind, so daß sie nicht genau senkrecht zur Kontaktfläche am Schleifring ange preßt werden.

Erfolgt das Andrücken der Bürsten nicht genau senkrecht zur Kontaktfläche bzw. wird der Bürstenanpreßdruck nicht genau zentrisch erzeugt, so berührt die Bürste mit ihrer Gleitkon taktfläche die Kontaktfläche am Rotor in gewissen Grenzen un definiert. Die Bürste bzw. das Gleitkontaktstück hat infolge dessen beim Betrieb der elektrischen Maschine keine stabile Lage, so daß ein unkontrolliertes Springen der Bürste auf tritt, das zu Geräuschen führt.

Derartige Geräusche sind insbesondere in Kraftfahrzeugen, wo vermehrt elektrische Kleinmotoren als Verstellmotoren einge setzt werden, unerwünscht. Darüber hinaus führen nicht genau definierte Berührungsbereiche zwischen den Kontaktflächen an der Bürste und am Kollektor oder Kommutator des Rotors ebenso wie das Springen der Bürste zu einem erhöhten Verschleiß.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Halterung für ein Gleitkontaktstück ei ner elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Gleit kontaktstück mit seiner Gleitkontaktfläche vom Federelement in genau definierter Weise gegen die Kontaktfläche am Rotor der Maschine gedrückt werden kann, um die Laufgeräusche einer elektrischen Maschine zu verringern. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß das Federelement zumindest an drei Auflage punkten, vorzugsweise an vier Auflagepunkten, an der Rücken fläche des Gleitkontaktstücks angreift. Auf diese Weise läßt sich der Berührungsbereich zwischen der Gleitkontaktfläche am Gleitkontaktstück und der Kontaktfläche am Rotor genau in ei ner gewünschten Weise einstellen.

Erfindungsgemäß läßt sich also der Anpreßdruck zwischen den Kontaktflächen an Gleitkontaktstück und Rotor so einstellen, daß auch bei einer Gleitbewegung mit hoher Relativgeschwin digkeit zwischen den Kontaktflächen die Kontaktflächen mit einander in definierter Weise in Berührung stehen, so daß un erwünschte und störende Geräusche beim Motorbetrieb vermieden oder zumindest wesentlich reduziert werden können. Insbeson dere läßt sich mit der erfindungsgemäßen Halterung ein Sprin gen des Gleitkontaktstücks gegenüber der Kontaktfläche am Ro tor und die damit verbundenen hochfrequenten Geräusche ver hindern, wodurch die Stromversorgung zum Rotor und damit der Motorbetrieb verbessert wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auflagepunkte des Fe derelements am Gleitkontaktstück symmetrisch zu einer von der Rotationsachse des Rotors und einer dazu radialen Längsmit telachse des Gleitkontaktstücks aufgespannten Ebene angeord net sind, da dich hierdurch die erfindungsgemäße Beaufschla gung des Gleitkontaktstücks besonders einfach erreichen läßt.

Um den Berührungsbereich zwischen den Kontaktflächen und die in den einzelnen Abschnitten des Berührungsbereichs wirkenden Anpreßkräfte je nach der Art der elektrischen Maschine, bei der die erfindungsgemäße Halterung eingesetzt werden soll, anpassen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, daß das Federelement das Gleitkontaktstück an den einzelnen Auflage punkten mit vorgegebenen Andrückkräften beaufschlagt, die entsprechend einer gewünschten Vorzugslage des Gleitkontakt stücks eingestellt sind, wobei es beispielsweise möglich ist, die einzelnen vom Federelement erzeugten Andrückkräfte an um fangsmäßig hintereinanderliegenden Auflagepunkten gleich und an axial gegeneinander versetzten Auflagepunkten unterschied lich zu wählen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gleitkontaktstück auch in Umfangsrichtung federnd abgestützt ist.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Federelement einen im we sentlichen rechteckigen Rahmen mit zentralen Öffnung auf weist, der im wesentlichen quer zur Radialrichtung der Ro torachse, also im wesentlichen parallel zur Rückfläche des Gleitkontaktstücks liegt, und an dem mehrere in Radialrich tung wirkende Federzungen vorgesehen sind, die sich in die radiale Öffnung hinein erstrecken. Hierdurch läßt sich eine einfach Montage der erfindungsgemäßen Halterung gewährlei sten.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn zur federnden Abstützung des Gleitkontaktstücks in Umfangsrichtung das Federelement zumindest eine Federzunge aufweist, die sich im wesentlichen in Radialrichtung erstreckend am Rahmen gehalten ist und die das Gleitkontaktstück in Umfangsrichtung abstützt. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung läßt sich sowohl die Geräuschbil dung einer elektrischen Maschine als auch die Montage der Gleitkontaktstücke wesentlich vereinfachen. Ein weiterer Vor teil besteht darin, daß bei Verwendung eines elektrisch gut leitenden Materials für das Federelement auf ein sonst bei Gleitkontaktstücken bzw. Bürsten übliches Kontaktkabel bzw. Bürstenseil verzichtet werden kann, ohne das die Übergangswi derstände zu hohe elektrische Verluste bewirken. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung der elektrischen Maschine.

Um die Halterung auch bei in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung arbeitenden elektrischen Maschinen einsetzen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Federelement zu der von der Rotorachse und der radialen Längsmittelachse des Gleit kontaktstücks aufgespannten Ebene symmetrisch ausgebildet und angeordnet ist.

ZEICHNUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Halterung, wobei das Fede relement im wesentlichen als Schnitt nach Linie I-I in Fig. 2, dargestellt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Halterung,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä ßen Halterung, wobei das Federelement als Schnitt im wesentlichen nach Linie III-III in Fig. 4, dargestellt ist, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Halterung nach Fig. 3.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent sprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Gleitkontaktstück, das im folgen den, wie bei elektrischen Maschinen üblich, als Bürste 10 be zeichnet wird, mit einer Gleitkontaktfläche 11 auf einer Kon taktfläche 12 eines Rotors 13 einer nicht dargestellten elek trischen Maschine angeordnet. Die Bürste 10 wird in Umfangs richtung des Rotors 13 von Führungswänden 14 an einem nicht näher dargestellten Lagerelement so abgestützt, daß sie in Radialrichtung des Rotors 13 gleiten kann. In Axialrichtung des Rotors 13 ist die Bürste ebenfalls durch nicht darge stellte Führungsmittel, die ebenso wie die Führungswände 14 relativ zum Rotor feststehen, abgestützt.

Auf einer von der Gleitkontaktfläche 11 der Bürste 10 abge wandt liegenden Rückenfläche 15 stützt sich ein Federelement 16 mit einer Mehrzahl von an Federzungen 17 vorgesehenen Kon taktabschnitten 18 ab. Die Kontaktabschnitte 17 der Federzun gen 17 sind dabei beispielsweise zylindrisch gebogen und lie gen mit ihren konvexen Oberflächen auf der Rückenfläche 15 des Gleitkontaktstücks 10 auf, so daß relativ kleine Berüh rungsbereiche 18' zwischen den Kontaktabschnitten 18 und der Rückenfläche 15 vorliegen, die als nahezu punktförmig im Sin ne der vorliegenden Erfindung angesehen werden können. Um die Berührungsbereiche 18' für die Auflagepunkte des Federele ments 16 auf der Rückenfläche der Bürste 10 noch besser an einen Berührungspunkt anzunähern, kann vorgesehen sein, daß die Federzungen 17 in ihren Kontaktabschnitten eine kugelför mige Ausdrückung aufweisen.

Wie besonders deutlich in Fig. 2 zu erkennen ist, weist das Federelement 16 einen Rahmen 19 mit einer zentralen Öffnung 20 auf. Die Federzungen 17 sind vorzugsweise einstückig mit dem Rahmen 19 des Federelements 16 ausgebildet und erstrecken sich von parallel zur Rotorachse A liegenden Rahmenabschnit ten 21 aufeinander zu in die zentrale Öffnung 20 hinein. Das Federelement 16 ist mit seinem Rahmen 19 in nicht näher dar gestellter Weise relativ zum drehenden Rotor 13 feststehend gehalten.

Anstelle des in Fig. 2 dargestellten rechteckigen Rahmens 19 kann das Federelement auch einen an die jeweiligen Einbauver hältnisse angepaßten Rahmen aufweisen. Insbesondere ist es möglich einen trapezförmig oder einen mit abgerundeten Seiten ausgebildeten Rahmen für das Federelement vorzusehen. Darüber hinaus ist es auch möglich, statt der in Fig. 2 dargestell ten, in der Projektion zur Rotorachse A senkrechten Anordnung der Federzungen 17 diese in der Projektion schräg oder paral lel zur Rotorachse A vorzusehen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar in, daß bei Verwendung eines Federelements aus einem elek trisch leitenden Material auf ein herkömmliches mit der Bür ste 10 verbundenes Anschlußkabel bzw. Bürstenseil verzichtet werden kann, wodurch sich die elektrische Verbindung zwischen Rotor und den feststehenden Schaltungsteilen des Motors ver einfachen läßt.

Das in Fig. 3 und 4 dargestellte Federelement 16' nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bezüglich des Rahmens 19, der zentralen Öffnung 20 und der Federzungen 17 in gleicher Weise aufgebaut wie das Federelement 16 nach Fig. 1 und 2. An parallel zur Rotorachse A liegenden Rahmenab schnitten 21 des Federelements 16' sind jedoch Kontaktzungen 22 vorgesehen, die sich im wesentlichen parallel zur Radial richtung erstrecken und an einander in Umfangsrichtung des Rotors 13 gegenüberliegenden Seitenflächen 23 der Bürste 10 anliegen, um diese in Umfangsrichtung abzustützen. In Axial richtung ist die Bürste 10 auch bei diesem Ausführungsbei spiel durch geeignete, nicht dargestellte Lagermittel abge stützt, so daß sie in Radialrichtung gleitend gehalten ist.

Durch die Verwendung der weiteren, die Bürste 10 umfangsmäßig stützenden Federzungen 22 wird der ohmsche Kontakt zwischen der Bürste 10 und dem vorzugsweise aus elektrisch leitenden Material bestehenden Federelement 16 weiter verringert, so daß die elektrische Verbindung zum Rotor 13 weiter verbessert wird.

Obwohl die in Umfangsrichtung des Rotors 13 federnd ausge staltete Abstützung der Bürste 10 vorzugsweise durch am Fede relement 16 angeordnete Federzungen 22 erfolgt, ist es auch möglich, geeignete Federelemente zwischen den Führungswänden 14 eines Lagerelements, beispielsweise eines Lager- und Füh rungskäfigs für die Bürste 10 vorzusehen.

Erfindungsgemäß greift also das Federelement 16 mit mehreren als Andrückfedern dienenden Federzungen 17 an der Bürste 10 an, so daß diese stabil gehalten wird, wodurch sich Betriebs geräusche der elektrischen Maschine, insbesondere im hochfre quenten Bereich, verringern lassen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar in, daß die Andrückkräfte der einzelnen Federzungen 17 vari iert werden können, so daß die Federzungen 17 die Bürste 10 unterschiedlich stark beaufschlagen. Beispielsweise ist es möglich, daß jeweils zwei in Umfangsrichtung hintereinander liegende Federzungen die gleiche Andrückkraft liefern, wäh rend die in Axialrichtung dazu versetzten Federzungen, also beispielsweise wie die in Fig. 2 oberen Federzungen eine hö here, untereinander jedoch wieder gleiche Andrückkraft lie fern, so daß der Bürste eine axiale Vorzugsrichtung aufge prägt wird. Es ist jedoch auch denkbar, die Anpreßkraft in Axialrichtung gleich und in Umfangsrichtung unterschiedlich auszugestalten, was insbesondere bei elektrischen Maschinen, die nur in einer Richtung arbeiten, von Vorteil ist.

Claims

1. Halterung für ein Gleitkontaktstück (10) einer elektri schen Maschine,

- mit einem das Gleitkontaktstück (10) in bezug auf die Rotationsachse (A) des Rotors (13) der Maschine axial und umfangsmäßig abstützenden Lagerelement (14, 22) das relativ zum Rotor (13) feststeht, und
- mit einem das Gleitkontaktstück (10) mit seiner Gleitkontaktfläche (11) radial gegen eine Kontaktflä che (12) am Rotor (13) der Maschine drückenden Feder element (16, 16'), dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (16) das Gleitstück (10) auf einer von der Gleitkontaktfläche (11) abgewandten Rückfläche (15) im wesentlichen punktförmig beaufschlagt.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Federelement (16) zumindest an drei Auf lagepunkten (18') an der Rückenfläche (15) des Gleitkon taktstücks (10) angreift.

3. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das Federelement (16) an vier Auflagepunkten (18') auf der Rückenfläche (15) des Gleitkontaktstücks (10) angreift.

4. Halterung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auflagepunkte (18') des Federele ments (16) am Gleitkontaktstück (10) symmetrisch zu ei ner von der Rotationsachse (A) des Rotors (13) und einer dazu radialen Längsmittelachse des Gleitkontaktstücks aufgespannten Ebene angeordnet sind.

5. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnete daß das Federelement (16) das Gleitkontaktstück (10) an den einzelnen Auflagepunkten (18') mit vorgegebenen Andrückkräften beaufschlagt, die entsprechend einer gewünschten Vorzugslage des Gleitkon taktstücks (10) eingestellt sind.

6. Halterung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die einzelnen vom Federelement (16) erzeugten Andrückkräfte an umfangsmäßig hintereinander liegenden Auflagepunkten (18') gleich und an axial gegeneinander versetzten Auflagepunkten (18') unterschiedlich sind.

7. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitkontaktstück (10) auch in Umfangsrichtung federnd abgestutzt ist.

8. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (16) einen Rahmen (19) mit einer zentralen Öffnung (20) aufweist, der mit seiner Hauptebene im wesentlichen quer zur Ra dialrichtung des Rotors (13) liegt, wobei am Rahmen (19) mehrere in Radialrichtung wirkende Federzungen (17) vor gesehen sind, die sich in die zentrale Öffnung (20) hin ein erstrecken.

9. Halterung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (16) zumindest eine Federzunge (17) aufweist, die sich im wesentlichen in Radialrichtung erstreckend am Rahmen (19) gehalten ist und das Gleitkontaktstück (10) in Umfangsrichtung ab stützt.

10. Halterung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (16) zu der von der Rotorachse (A) und der radialen Längsmittelachse des Gleitkontaktstücks (10) aufgespannten Ebene symmetrisch ausgebildet und angeordnet ist.