DE19818113A1 - Elektrische Maschine mit Kommutator - Google Patents

Abstract

Bekannt sind elektrische Maschinen mit einem Kollektor und gegen diesen andrückbaren Bürsten sowie mit einem Vorrat an Schmiermittel, das zwischen dem Kollektor und den Bürsten wirksam zum Vermindern oder Vermeiden von Lichtbögen im Betrieb der Maschine und daraus resultierenden Kratern auf dem Kollektor. Solche Krater führen zu unruhigem Betrieb der elektrischen Maschine. Gemäß dem Stand der Technik wird das Schmiermittel auf dem Kollektor aufgesprüht oder aber die Bürsten werden im Vakuum auf ihren gesamten Längen getränkt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den beispielsweise öligen Schmierstoff vor dem Einbau der Bürsten (19, 20) in die elektrische Maschine (2) nur im Bereich von kollektorseitigen Stirnseiten (29, 30) der Bürsten (19, 20) anzubringen. Das Anbringen kann dabei durch Sprühen oder auf andere Art und Weise erfolgen. Hierbei wird das Anbringen des Schmiermittels auf die Stirnseiten (29, 30) oder an diese angrenzende kurze Teillängen (19a, 20a) der Bürsten (19, 20) beschränkt. DOLLAR A Durch die Beschränkung des Vorrates an Schmiermittel wird dieser während oder mit nicht allzu lange nach einer Einlaufzeit der elektrischen Maschine (2) aufgebraucht sein mit dem Vorteil, daß einer Gefahr von nachteiliger Ansammlung von Bürstenabrieb oder Kollektorabrieb in Nuten (28) zwischen Kollektorlamellen (27) entgegengewirkt wird. Je weniger Abrieb in die Nuten (28) eingelagert wird, desto geringer ist die Gefahr der Ausbildung von parasitären Strömen zwischen den ...

Description

Stand der Technik

Durch die Druckschrift DE 31 31 759 C2 ist das Herstellen einer elektrischen Maschine mit einer Kombination aus Kommutator, wenigstens einer an diesen andrückbaren Bürste und einem Vorrat von öligem Schmiermittel bekannt. Anläßlich des Zusammenbauens der elektrischen Maschine wird der Kommutator mit öligem Schmiermittel besprüht. Beim Besprühen ist unvermeidlich, daß öliges Schmiermittel in elektrisch isolierende Nuten zwischen Kollektorlamellen des Kommutators gerät. Das ölige Schmiermittel auf den Kollektorlamellen wirkt im Betrieb der elektrischen Maschine der Ausbildung von Lichtbögen, auch Bürstenfeuer genannt, und einer durch Lichtbögen verursachten Kraterbildung auf dem Kommutator und somit auch einem unruhigen Lauf der elektrischen Maschine entgegen. Damit der Vorrat an Schmiermittel einerseits möglichst groß ist, aber andererseits ausreichender elektrischer Kontakt zwischen den Lamellen des Kommutators und der wenigstens einen Bürste möglich ist, werden vor dem Besprühen kleine Kugeln gegen die Lamellen des Kommutators geschleudert zur Erzeugung von kleinen Vertiefungen, die als Vorratsbehälter für den öligen Vorrat dienen oder diesen vergrößern.

Ein Kollektor für eine solche elektrische Maschine wird beispielsweise hergestellt durch Einspritzen eines thermoplastischen Werkstoffes in einen im wesentlichen rohrartigen Rohling aus Kupfer und durch Zersägen des Rohlings in regelmäßigen in Umfangsrichtung zu messenden Abständen, wodurch der Kollektor Nuten und elektrisch voneinander isolierte Lamellen erhält. Dabei erstrecken sich diese Nuten auch hinein in den thermoplastischen Werkstoff. Einem solchen Kollektor zugeordnete Bürsten werden im allgemeinen auf ihrer dem Kollektor zugekehrten Stirnseite mit in Umfangsrichtung des Kollektors verlaufenden Rillen versehen, zu dem Zweck, daß beim ersten Einschalten der elektrischen Maschine relativ viel Abrieb entsteht, so daß die Bürsten an den genannten Stirnseiten möglichst schnell an die Außenkontur des Kollektors angepaßt werden. Ein schneller Einlaufvorgang ist erwünscht, damit die ursprünglich kleinen Kontaktflächen der Bürsten rasch größer werden und dadurch die elektrische Stromstärke je Kontaktflächeneinheit abnimmt. Der beim Einlaufvorgang anfallende Abrieb von den Bürsten und aber auch vom Kupfer der Kollektorlamellen ist elektrisch leitfähig und kann deshalb, wenn er in die Nuten zwischen den Kollektorlamellen gelangt und dort angesammelt wird, zu parasitärem Stromfluß von Kollektorlamelle zu Kollektorlamelle führen. Wenn gemäß der Druckschrift DE 31 31 759 C2 der Kollektor mit einem öligen Schmiermittel besprüht wird, ist das Ansammeln und Haftenbleiben von leitfähigem Abrieb in den Schlitzen begünstigt. Starker Stromfluß durch angesammelten Abrieb kann prinzipiell ein "Wegbrennen" des angesammelten Abriebs und damit eine Art von thermischer Reinigung der Nuten bewirken. Solch starke Ströme kommen aber nur bei starker Belastung der elektrischen Maschine vor. Wird eine solche elektrische Maschine als ein Antrieb für Lüftergebläse in einem Fahrzeug verwendet, so tritt häufig der Fall auf, daß aus Gründen gering gehaltener Geräuschbelästigung eine solche elektrische Maschine nur mit niedriger Drehzahl und kleiner Stromstärke betrieben wird. Demzufolge ist nicht ausschließbar, daß eine erwünschte thermische Reinigung der genannten Art ausbleibt.

Ein Beispiel für eine Bürste, die einen schnellen Einlaufvorgang ermöglicht, ist bekannt durch die DE- Offenlegungsschrift 28 56 112.

Durch die GB-Patentschrift 1 591 349 ist es bekannt, Bürsten mit im Motorbetrieb nicht schmelzendem Wachs oder nicht fließendem Öl beispielsweise unter Verwendung von Geliermmittel vollständig zu imprägnieren mit dem Ziel, die Schmierung auf die gesamte Gebrauchsdauer der Bürsten zu verlängern. Demgemäß wird aller Abrieb von den Bürsten Schmiermittel enthalten.

Vorteile der Erfindung

Die elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und auch das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 ergeben den Vorteil, daß ein ölfreier bzw. schmiermittelfreier Kollektor in die elektrische Maschine einbaubar ist und daß ein Vorrat von öligem Schmiermittel unter Verwendung der wenigstens einen Bürste als Vorratsbehältnis in die elektrische Maschine einbringbar ist. Hierbei ist das Ziel, den Vorrat an öligem Schmiermittel so gering zu halten, daß er für die Zeit der Anpassung der Bürstenstirnseiten an die Krümmung der Kollektorlamellen und zur Glättung der Kollektorlamellen im Reibkontakt mit den Bürsten ausreicht. Nach einem solchen sogenannten Einlaufen der Kombination aus Kollektorlamellen und Bürsten ist also das von den Bürsten gehaltene ölige Schmiermittel aufbrauchbar, so daß der hauptsächliche Teil der Betriebsdauer der elektrischen Maschine unter Entstehung von Bürstenabrieb ohne nachteiliges Beisein von öligem Schmiermittel abläuft. Dementsprechend gering ist die Gefahr, daß die zwischen den Kollektorlamellen befindlichen Nuten mit leitfähigem Abrieb gegebenenfalls auf Dauer gefüllt werden und parasitäre Ströme leiten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind alternative Möglichkeiten zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 2 angegeben. Beispielsweise kann das ölige Schmiermittel stirnseitig auf die jeweilige Bürste aufgesprüht werden, wobei die der Bürste zugeordnete Menge beispielsweise durch die Sprühdauer bestimmbar ist. Die Alternative gemäß dem Anspruch 4 wird verwendet, wenn das ölige Schmiermittel an sich verhältnismäßig dickflüssig ist und die Eindringtiefe dieses Schmiermittels in die Bürste zu steuern ist. Der Anspruch 5 betrifft eine Bürste, deren kennzeichnende Merkmale für Schmiermittelvorrat in einer elektrischen Maschine mit Kollektor sorgen.

Zeichnung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend im einzelnen näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine mit Kollektor und Bürsten, Fig. 2 eine Stirnansicht des Kollektors und der zugeordneten Bürsten und Fig. 3 eine Einzelheit der beispielsweise verwendeten Bürsten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte elektrische Maschine 2 hat beispielsweise ein erstes topfartiges Gehäuseteil 3 und ein zweites topfartiges Gehäuseteil 4, im topfartigen Gehäuseteil 3 untergebrachte Permanentmagnete 5, 6, einen zwischen den Permanentmagneten 5 und 6 drehbaren Anker 7 sowie einen dem Anker 7 zugeordneten Kollektor 8, eine den Anker 7 und den Kollektor tragende und dabei verdrehfest miteinander verbindenden Welle 9, ein dem Kollektor 8 benachbartes Gleitlager 10 und in einem Abstand davon ein dem Anker 7 benachbartes weiteres Gleitlager 11. Das Gleitlager 10 besteht beispielsweise aus einer Gleitlagerbuchse 12 und einem in der Gleitlagerbuchse 12 gelagerten Wellenabschnitt 13, der hier im Ausführungsbeispiel ein zapfenartiges Ende der pauschal mit 9 bezeichneten Welle bildet. Die Gleitlagerbuchse 12 ist beispielsweise gemäß dem Stand der Technik gesintert, beispielsweise aus Metall oder einem Gemisch aus Metallen und mit einem öligen Schmierstoff getränkt. Die Gleitlagerbuchse 12 wird gehalten von einem Lagerschild 14, das beispielsweise an das Gehäuseteil 4 angeformt ist. Beispielsweise in gleichartiger Weise ist ein weiteres Lagerschild 15 an das Gehäuseteil 3 angeformt und nimmt ebenfalls eine gesinterte Gleitlagerbuchse 16 auf. Ein weiterer Wellenabschnitt 17 erstreckt sich drehbar innerhalb der gesinterten Lagerbuchse 16, wodurch der Wellenabschnitt 17 und die gesinterte Lagerbuchse 16 das Gleitlager 11 bilden. Der Wellenabschnitt 17 trägt beispielsweise ein nicht dargestelltes Gebläserad oder Lüfterrad.

Dem Kollektor 8 zugeordnet sind im Beispiel zwei Bürsten 19, 20, die beispielsweise gemäß dem Stand der Technik entweder teilweise aus Kohle oder überwiegend aus Metallpulver oder Legierungen gepreßt sind. Die mechanische Führung der Bürsten 19 und 20 soll ihre elektrische Kontaktierung erfolgen mittels Bürstenhaltern 21 und 22. Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß fallweise auch drei oder mehr Bürsten dem Kollektor 8 zuordenbar sind.

Auf der Welle 9 kann zwischen dem Kollektor 8 und der Gleitlagerbuchse 12 eine Staubschutzscheibe 25 angeordnet sein.

Gemäß der Fig. 2 besitzt der Kollektor 8 verdrehfest auf der Welle 9 einen isolierenden Tragkörper 26 und von diesem getragen eine Anzahl Lamellen 27, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. In einer durch den Stand der Technik bekannten Weise ist der Kollektor 8 herstellbar aus einem im wesentlichen rohrförmigen Rohling, in den hinein aus thermoplastischem Werkstoff der isolierende Tragkörper hineinspritzbar ist, wonach durch Anordnen von Nuten 28 aus dem genannten rohrförmigen Rohling die in der Fig. 2 dargestellten einzelnen Lamellen 27 entstehen. In der Fig. 2 sind beispielsweise acht Lamellen dargestellt. Abweichend davon kann der Konstrukteur eine andere Anzahl von Lamellen wählen.

In der Fig. 2 dargestellt sind Stirnseiten 29, 30 der Bürsten 19, 20, wobei diese Stirnseiten 29 und 30 gegen den Kollektor 8 gerichtet sind zur elektrisch leitenden Anlage an den Lamellen 27 dieses Kollektors 8. Von diesen Stirnseiten 29 und 30 ausgehend ist im dargestellten Beispiel jede der beiden Bürsten 19, 20 auf einer graphisch markierten Teillänge 19a bzw. 20a mit einem beispielsweise öligen Schmiermittel präpariert. Dieses ölige Schmiermittel, dessen Auswahl man dem Fachmann für die Kombination von Kollektor und Bürsten überlassen kann, kann beispielsweise lange vor dem Einbau der Bürsten 19, 20 in die elektrische Maschine 2 unverdünnt oder verdünnt aufgesprüht oder auf andere Art und Weise aufgebracht werden. Mithin hat also der Fachmann für solche Bürsten 19, 20 eine Auswahlmöglichkeit zwischen mehreren Verfahren zum Anbringen oder Einbringen eines für den Verwendungszweck günstigen Vorrates von öligem Schmiermittel an die Stirnseiten 19, 20 bzw. durch diese hindurch hinein bis in Teillängen 19a, 20a der Bürsten 19, 20.

An sich genügt es, wenn eine der beiden Bürsten 19 oder 20 mit einem Vorrat von öligem Schmiermittel versehen wird, weil alle Kollektorlamellen 27 von dieser präparierten Bürste ausgehend mit dem Schmierstoff in Kontakt geraten. Wenn beide Bürsten 19 und 20 mit je einem Vorrat von Schmierstoff versehen und eingebaut werden, ergibt sich der Vorteil, daß nur eine Art von Bürsten auf Vorrat zu halten ist. Bei jeder der Bürsten, die mit Schmierstoff versehen ist, ist sichergestellt, daß auch jede elektrische Maschine im Sinne der Erfindung geschmiert ist.

In der Fig. 3 ist eine weitere Abbildung für die Bürste 20 enthalten. Hier ist die Bürste 20 gegenüber der Fig. 2 um 90° gedreht. Dadurch sind Rillen 31 zu sehen, die in Umfangsrichtung des Kollektors 8 ausgerichtet sind. Diese Rillen 31 dienen, wie dies bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt ist, einer schnellen Anpassung der Krümmung der Stirnseiten 29 und 30 der Bürsten 19 und 20 an die äußere Form der Lamellen 27 mit dem Ziel, schnell eine Kontaktfläche zu erzeugen, die in Umfangsrichtung des Kollektors 8 der zugeordneten Abmessung der Bürsten 19, 20 entspricht. Solche Rillen 31 sind, wenn sie vor dem Anbringen oder Aufbringen von öligem Schmiermittel in die Bürsten 19, 20 eingearbeitet sind, auch nützlich als Vorratsbehältnisse für das ölige Schmiermittel.

Claims (5)

1. Elektrische Maschine (2) mit einer Kombination aus einem Kommutator (8), wenigstens einer Bürste (19, 20) und einem Vorrat an öligem Schmiermittel, das zwischen dem Kommutator (8) und der wenigstens einen Bürste (19, 20) Schmierung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Bürsten (19 oder/und 20) den Vorrat enthält an oder in einer kollektorseitigen Stirnseite (29, 30) oder einer an der kollektorseitigen Stirnseite (29, 30) beginnenden Teillänge (19a, 20a)) dieser Bürste (19, 20).

2. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (2) mit einem Kommutator (8) und wenigstens einer Bürste (19, 20) und einem Vorrat an öligem Schmiermittel, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Bürsten (19, 20) vor dem Einbauen in die elektrische Maschine (2) im Bereich einer zum Kontakt mit dem Kollektor (8) bestimmten Stirnseite (29, 30) wenigstens einen Teil des Vorrates des Schmiermittels aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ölige Schmiermittel aufgesprüht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ölige Schmiermittel mit einem Lösungsmittel gemischt aufgesprüht wird.

5. Bürste für eine mit einem Kollektor ausgerüstete elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste (19, 20) im Bereich einer dem Kollektor (8) zugeordneten Stirnseite (29, 30) einen Vorrat an Schmiermittel aufweist.