DE19750038A1 - Vorrichtung zur Kontaktierung von Lamellen eines Kollektors eines Elektromotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontaktierung von Lamellen eines Kollektors eines Elektromotors mit einer von einer Feder gegen den Kollektor vorgespannten Kohlebürste, wobei die Feder in einem von der Kohlebürste aus gesehen seitlichen Bereich abgestützt und mit einem Ende zum Haltern der Kohlebürste ausgebildet ist.

Solche Vorrichtungen sind unter dem Namen Hammerkohle gebräuchlich und aus der Praxis bekannt. Ein Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, daß der Elektromotor keinen kosten intensiv zu fertigenden und zu montierenden Schacht für die Kohlebürste benötigt. Da die Kohlebürste nicht an Wänden eines Schachtes vibrieren kann, hat der Elektromotor in einer Vorzugsdrehrichtung zudem einen geräuscharmen Lauf. In ent­ gegengesetzter Drehrichtung besteht jedoch eine erhebliche Geräuschentwicklung.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist zudem, daß die Charakteristik der Feder zum sicheren Andrücken der Kohlebürste sehr steif ausgeführt sein muß. Die hohe Steifigkeit der Feder führt zu einem schnellen Abnutzen der Kohlebürste. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die Kohlebürste durch Unebenheiten des Kollektors in Schwingungen versetzt wird und von den Lamellen abheben kann. Hierdurch ist eine zuverlässige Kontaktierung der Lamellen des Kollektors nicht mehr gewährleistet. Deshalb wird diese Gestaltung der Vorrichtung nur bei Elektromotoren mit niedriger Leistung und/oder Vorzugsdrehrichtung eingesetzt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Kohlebürste bei einer ausschließlichen Führung durch die Feder möglichst zuverlässig gegen den Kollektor vorgespannt wird und der Elektromotor in beiden Drehrichtungen geräuscharm läuft.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine zweite, auf der der ersten Feder gegenüberliegenden Seite der Kohlebürste abgestützte Feder zur Vorspannung der Kohlebürste.

Durch diese Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch den Kollektor auf die Kohlebürste ausgeübte Kippmomente zuverlässig von zwei Federn abgestützt. Durch die Abstützung der Federn auf gegenüberliegenden Seiten der Kohlebürste können die Federn ohne die Gefahr eines Verdrehens oder Kippens der Kohlebürste zusammen eine geringere Steifigkeit aufweisen als die einzelne Feder der bekannten Vor­ richtung. Die Kohlebürste wird damit besonders zuverlässig gegen den Kollektor vorgespannt. Hierdurch eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für den Einsatz in einem Elektromotor mit hoher Leistung und Drehzahl. Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehene Elektromotor hat zudem in jeder der beiden Drehrichtungen einen besonders geräuscharmen Lauf. Man könnte sich vorstellen, die Federn beispielsweise als Spiralfedern, Biegefedern oder als Schenkelfedern auszubilden.

Die Federn lassen sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig fertigen und montieren, wenn die beiden Federn ein einziges Bauteil bildend miteinander verbunden sind. Die Herstellung der Federn ist besonders einfach, wenn die beiden Federn vorzugsweise aus einem gemeinsamen Materialstreifen gefertigt sind. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, daß die Kohlebürste be­ sonders sicher von den Federn gehalten wird. Ein mögliches Flattern der Kohlebürste bei Unebenheiten des Kollektors wird deshalb auch bei hohen Drehzahlen des Elektromotors besonders zuverlässig vermieden.

Die Kohlebürste läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sehr einfach an den Federn befestigen, wenn die Kohlebürste auf ihrer dem Kollektor abgewandten Seite einen hervorstehenden Zapfen zur Befestigung mit den Federn aufweist.

Ein Verdrehen der Kohlebürste im Betrieb des Elektromotors läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach dadurch verhindern, daß der Zapfen mehrkantig gestaltet ist und die Federn dem Zapfen entsprechende Ausnehmungen aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestaltet sich konstruktiv besonders einfach, wenn der gemeinsame Materialstreifen der Federn in seinem mittleren Bereich eine Ausnehmung zur Aufnahme des Zapfens der Kohlebürste aufweist.

Die Halterung der Kohlebürste an den Federn ist vorteilhaft besonders steif und verhindert somit zuverlässig Vibrationen der Kohlebürste, wenn der gemeinsame Materialstreifen der Federn im Bereich seiner Ausnehmung eine Versteifung aufweist.

Die Kohlebürste ist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung formschlüssig mit dem Materialstreifen der Federn verbunden, wenn der Materialstreifen der Federn im Bereich seiner Ausnehmung zum Eingreifen in eine Nut des Zapfens der Kohlebürste vorgesehene Biegelaschen aufweist. Zur Montage wird der Zapfen der Kohlebürste einfach in die Ausnehmung des Materialstreifens eingeschoben. Anschließend werden die Biegelaschen umgebogen. Die Nut kann hierbei vorgefertigt sein oder beim Umbiegen der Biegelaschen in den Zapfen durch Eindrücken erzeugt werden. Diese formschlüssige Befestigung der Kohlebürste an dem Materialstreifen stellt eine besonders dauerhafte Verbindung sicher.

Die Federn können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zur Kontaktierung der Kohlebürste vorgesehen sein, wenn die Federn aus Metall - eine hohe Leitfähigkeit der Federn gewährleistend z. B. aus einer Kupferlegierung - gefertigt sind.

Die Federn sind gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig herstellbar, wenn sie aus Kunststoff gefertigt sind.

Die Federn haben gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine hohe elektrische Leitfähigkeit, wenn sie eine Beschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweisen. Weiterhin lassen sich hierdurch die Federn einfach mit einer elektrischen Leitung verlöten.

Die Befestigung der Federn in dem Elektromotor gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn die Federn jeweils mit ihrem der Kohlebürste abgewandten Ende formschlüssig um einen zur Befestigung an einem Lagerschild oder an einer Bürstenplatte des Elektromotors vorgesehenen Haltebolzen herumgeführt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich als bauliche Einheit kostengünstig vormontieren, wenn einer der Haltebolzen eine Ausnehmung zur Aufnahme eines der Versorgung der Kohlebürste mit elektrischem Strom vorgesehenen Steckkontakt aufweist.

Die Kohlebürste wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch bei starken Vibrationen zuverlässig mit elektrischem Strom versorgt, wenn sie mittels einer elektrischen Leitung mit dem Steckkontakt verbunden ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II durch einen Haltebolzen aus Fig. 1,

Fig. 2a eine Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2 durch einen alternativen Haltebolzen,

Fig. 2b eine perspektivische Ansicht des Haltebolzens aus Fig. 2a,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III durch eine Kohlebürste aus Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Elektromotor in einem Querschnitt durch einen vor einem Lagerschild 1 angeordneten Kollektor 2. Der Kollektor 2 ist auf einer in dem Lagerschild 1 gelagerten Welle 3 befestigt und weist eine Vielzahl von Lamellen 4 auf. Die Lamellen 4 werden über zwei bei einer Drehung der Welle 3 über den Kollektor 2 gleitende Kohlebürsten 5, 6 kontaktiert. Die Kohlebürsten 5, 6 sind jeweils von zwei einander gegenüberstehend angeordneten Federn 7-10 gegen den Kollektor 2 vorgespannt. Die Federn 7-10 jeder der Kohlebürsten 5, 6 sind jeweils aus einem einzelnen Materialstreifen 11, 12 gefertigt und mit ihren der Kohlebürste 5, 6 abgewandten Enden jeweils in einem Haltebolzen 13-16 (in ihrer Längsrichtung beweglich) eingespannt. Jeweils einer der Haltebolzen 13, 15 der Materialstreifen 11, 12 weist einen elektrischen Steckkontakt 17, 18 auf. Die elektrischen Kontakte sind jeweils über eine elektrische Leitung 19, 20 mit einer der Kohlebürsten 5, 6 verbunden.

Zusätzlich können - wie in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet - zur Entstörung des Elektromotors Entstörungsbauteile in Form einer Kapazität C und zweier Induktivitäten L Verwendung finden. In diesem Fall weisen zur Kontaktierung der Entstörungsbauteile C, L auch die Haltebolzen 14, 16 jeweils einen elektrischen Steckkontakt 17a, 18a auf. Die Kapazität C ist dabei zwischen den Steckkontakten 17a, 18a angeordnet und jeweils eine Induktivität L zwischen den Steckkontakten 17, 17a sowie 18, 18a.

Die Fig. 2 zeigt in einem Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 einen Haltebolzen 13, der einen der Steckkontakte 17 aufweist. Der Haltebolzen 13 ist pilzförmig gestaltet und einteilig mit dem Lagerschild 1 aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt. Der Materialstreifen 11 der in Fig. 1 dargestellten Federn 7, 8 umgreift den Schaft 21 des Haltebolzens 13 und wird von einem Hutbereich 22 des Haltebolzens 13 gehalten. Dabei ist eine Beweglichkeit der Federn 7, 8 in ihrer Längsrichtung zulässig, um bei Abnutzung und Verkürzung der Kohlebürste 5 weiterhin einen Anpreßdruck auf diese ausüben zu können.

Die elektrische Leitung 19 zur Versorgung der in Fig. 1 dargestellten Kohlebürste 5 mit elektrischem Strom ist an einem Ende des Steckkontaktes 17 festgelötet. Selbstverständlich kann die elektrische Leitung 19 auch bei einer entsprechenden Gestaltung des Steckkontaktes 17 festgeklemmt oder aufgesteckt sein. Das andere Ende des Steckkontaktes 17 ist zum Anschluß an eine nicht dargestellte Stromversorgung aus dem Elektromotor herausgeführt. Zur Montage wird der Steckkontakt 17 in eine Ausnehmung 23 des Haltebolzens 13 eingeführt. Anschließend werden zwei Zungen 24, 25 des Steckkontaktes 17 seitlich umgebogen. Hierdurch ist der Steckkontakt 17 formschlüssig in dem Haltebolzen 13 befestigt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen einen zu dem in Fig. 2 dargestellten Haltebolzen 13 alternativen Haltebolzen 33 sowie dessen Anbringung in einem Lagerschild 1, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Haltebolzen 33 besteht aus Messing und weist einen rohrförmigen Abschnitt 35 auf, der einerseits mit einem Kragen 34 abschließt und andererseits in einen flachen, sägezahnförmigen Abschnitt 36 übergeht. Der sägezahnförmige Abschnitt 36 läuft in einen Anschluß 37 aus.

Der Haltebolzen 33 wird in eine Ausnehmung 39 des Lagerschilds 1, das z. B. aus Kunststoff besteht, eingeführt und weitet dabei die Ausnehmung 39 ein wenig auf, wobei sich die Zähne des sägezahnförmigen Abschnitts 36 in den Lagerschild 1 eingraben. Damit ist eine sichere mechanische Verbindung zwischen Haltebolzen 33 und Lagerschild 1 gewährleistet. Der rohrförmige Abschnitt 35 des Haltebolzens 33 hält zwischen Kragen 34 und Lagerschild 1 einen Materialstreifen 11 der in Fig. 1 dargestellten Federn 7, 8. Über eine Kontaktfläche 38, die z. B. verkupfert sein kann, ist der Materialstreifen 11 mit dem Haltebolzen 33 kontaktiert. Das andere, den Anschluß 37 aufweisende Ende des Haltebolzens 33 ist zum Anschluß an eine nicht dargestellte Stromversorgung aus dem Elektromotor herausgeführt.

Wenn der Materialstreifen 11 z. B. (wie in der nachfolgenden Fig. 3 dargestellt) mit einer Kohlebürste 5 (Fig. 1) kontaktiert ist, dann ist mit dem Haltebolzen 33 eine zusätzliche elektrische Leitung 19 zwischen Kohlebürste 5 und einem Steckkontakt nicht erforderlich, da die Kontaktierung der Kohle mittels vorhandener mechanischer Bauteile, die elektrisch leitend sind, erfolgt.

Die Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III durch eine der Kohlebürsten 5 aus Fig. 1. Die Kohlebürste 5 weist auf ihrem dem Kollektor 2 aus Fig. 1 abgewandten Ende einen hervorstehenden Zapfen 26 auf. Der Zapfen 26 durchdringt den Materialstreifen 11 der Federn 7, 8 in einer Ausnehmung 27 und kann die Leitfähigkeit erhöhend z. B. verkupfert sein. Im Bereich der Ausnehmung 27 ist der Materialstreifen 11 mit einer Versteifung dienenden seitlichen Abkantungen 32 versehen. Der Material­ streifen 11 hat im Bereich seiner Ausnehmung 27 zwei einander gegenüberstehende Biegelaschen 28, 29, die zur Befestigung an der Kohlebürste 5 dienen. Die Biegelaschen 28, 29 können - wie in Fig. 3 dargestellt - in jeweils eine in dem Zapfen 26 eingearbeitete Nut 30, 31 eingedrückt sein; sie können aber auch direkt in den Zapfen 26 eingedrückt sein, ohne daß in letzterem separate Aufnahmenuten vorgesehen sind. Die elektrische Leitung 19 ist in die Kohlebürste 5 eingestampft.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Kontaktierung von Lamellen eines Kollektors eines Elektromotors mit einer von einer Feder gegen den Kollektor vorgespannten Kohlebürste, wobei die Feder in einem von der Kohlebürste aus gesehen seitlichen Bereich abgestützt und mit einem Ende zum Haltern der Kohlebürste ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine zweite, auf der der ersten Feder (8, 10) gegenüberliegenden Seite der Kohlebürste (5, 6) abgestützte Feder (7, 9) zur Vorspannung der Kohlebürste (5, 6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (7-10) ein einziges Bauteil bildend miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (7-10) aus einem gemeinsamen Materialstreifen (11, 12) gefertigt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürste (5) auf ihrer dem Kollektor (2) abgewandten Seite einen hervorstehenden Zapfen (26) zur Befestigung mit den Federn (7, 8) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (26) mehrkantig gestaltet ist und die Federn (7, 8) dem Zapfen (26) entsprechende Ausnehmungen (27) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Materialstreifen (11) der Federn (7, 8) in seinem mittleren Bereich eine Ausnehmung (27) zur Aufnahme des Zapfens (26) der Kohlebürste (5) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Materialstreifen (11) der Federn (7, 8) im Bereich seiner Ausnehmung (27) eine Versteifung (Abkantung 32) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialstreifen (11) der Federn (7, 8) im Bereich seiner Ausnehmung (27) zum Eingreifen in eine Nut (30, 31) des Zapfens (26) der Kohlebürste (5) vorgesehene Biegelaschen (28, 29) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (7-10) aus Metall gefertigt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (7-10) aus Kunststoff gefertigt sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (7-10) eine Beschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (7-10) jeweils mit ihrem der Kohlebürste (5, 6) abgewandten Ende formschlüssig um einen zur Befestigung an einem Lagerschild (1) oder an einer Bürstenplatte des Elektromotors vorgesehenen Haltebolzen (13-16) herumgeführt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Haltebolzen (13, 15) eine Ausnehmung (23) zur Aufnahme eines der Versorgung der Kohlebürste (5, 6) mit elektrischem Strom vorgesehenen Steckkontakt (17, 18) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürste (5, 6) mittels einer elektrischen Leitung (19, 20) mit dem Steckkontakt (17, 18) verbunden ist.